MÓDULOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONCENTRADOS QUE USAN CÉLULAS SOLARES DE SEMICONDUCTORES DE LOS GRUPOS III - V.
Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos III-V.
Un módulo de células solares (20) que comprende un conjunto de lentes (22a - 22j), correspondientes a elementos ópticos secundarios (210) y correspondientes a receptores de células solares (12a - 12j). El receptor de célula solar (12) incluye una célula solar (30) que tiene una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V, un diodo (14) acoplado en paralelo con la célula solar (30) y un conector (40) para acoplarse a los otros receptores de células solares. El módulo incluye una carcasa (21) que soporta las lentes (22a - 22j) de forma que cada una de las lentes concentre la energía solar sobre su respectiva célula solar (30).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200803187.
Solicitante: Emcore Solar Power, Inc.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 10420 RESEARCH ROAD SE ALBURQUERQUE, MN 87123 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: KATS,Mikhail, HERING,Gary, ELMAN,SCOTT, GORENZ,ALAN, FANG,LU.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/042 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicas (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
- H01L31/052 H01L 31/00 […] › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).
- H02N6/00
Fragmento de la descripción:
Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos III-V.
Objeto de la invención
Esta exposición se refiere a un módulo o a un submontaje para su uso en un conjunto concentrado de un sistema fotovoltaico que usa células solares multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V.
Antecedentes de la invención
Históricamente, la energía solar (tanto en el espacio como en tierra) ha sido proporcionada por medio de células solares de silicio. En los pasados años, sin embargo, la fabricación a gran escala de células solares multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V de alta eficiencia ha hecho posible la consideración de esta tecnología alternativa para la generación de energía terrestre. En comparación con el silicio, las células multi-unión de semiconductores de los grupos III-V son, por lo general, más resistentes a la radiación y tienen mayores eficiencias de conversión de energía, pero tienden a ser más costosas en su fabricación. Algunas células actuales multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V tienen eficiencias de energía que sobrepasan el 27%, mientras que las tecnologías de silicio por lo general alcanzan aproximadamente sólo una eficiencia del 17%. Bajo concentración, algunas células multi-unión actuales de compuestos semiconductores de los grupos III-V tienen eficiencias de energía que sobrepasan el 37%.
En general, las células multi-unión son de polaridad n-sobre-p y están compuestas de una pila vertical de estructuras de semiconductores de InGaP/(In)GaAs/Ge. Las capas de la célula solar multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V se hacen crecer de manera típica a través de la deposición de vapor químico metal-orgánico (MOCVD) sobre sustratos de germanio (Ge). El uso del sustrato de Ge permite que se forme una unión entre el Ge de tipo n- y p-, utilizando por medio de esto el sustrato para formar el fondo o la subcélula de hueco de banda baja. Las estructuras de célula solar crecen de manera típica sobre obleas de Ge de 100 mm de diámetro con una densidad de masa promedio de aproximadamente 86 mg/cm2. En algunos procesos, la uniformidad de la capa epitaxial a través de un plato que sostiene 12 ó 13 sustratos de Ge durante el proceso de crecimiento MOCVD es mejor del 99,5%. Cada una de las obleas porta de manera típica dos células solares de área grande. Las células solares que son procesadas para su producción oscilan de manera típica de 26,6 a 32,4 cm2. Las obleas epitaxiales pueden ser procesadas con posterioridad dentro de dispositivos de células solares acabados a través de procesos robóticos automatizados de fotolitografía, metalización, limpieza y grabado químico, cubierta antirreflexión (AR), corte en pastillas, y procesos de prueba. La metalización de contacto n- y p- de manera típica está comprendida de manera predominante por Ag con una capa superior delgada de Au para proteger a la Ag de la oxidación. La cubierta AR es una pila dieléctrica de doble capa de TiOx/Al2O3, cuyas características de reflectividad espectral están diseñadas para minimizar la reflexión en la célula de interconexión de recubrimiento vítreo (CIC) o nivel de montaje de célula solar (SCA), así como maximizar el rendimiento al final de su vida útil (EOL) de las células.
En algunas células multi-unión de compuestos semiconductores, la célula intermedia es una célula InGaAs opuesta a una célula GaAs. La concentración de indio puede estar en el intervalo de aproximadamente 1,5% para la célula intermedia de InGaAs. En algunas realizaciones, dicha disposición muestra una eficiencia aumentada. La ventaja en el uso de las capas InGaAs es que dichas capas están sustancialmente adaptadas en celosía de manera perfecta al sustrato de Ge.
Breve descripción de la invención
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares comprende un submontaje que incluye un receptor de célula solar que tiene una célula solar de compuestos semiconductores multi-unión de los grupos III-V, un elemento óptico secundario y una lente para concentrar la luz incidente sobre la célula solar.
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad comprende: una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado que es opuesto al primer lado; un conjunto integrado de lentes de Fresnel acoplada al primer lado de la carcasa, cada lente teniendo una longitud focal entre aproximadamente 38,1 cm y aproximadamente 50,8 cm; una pluralidad de receptores de célula solar dispuestos sobre el segundo lado de la carcasa, comprendiendo cada uno de los receptores de célula solar: una célula solar que comprende una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V en las que la célula solar tiene unas dimensiones de aproximadamente 1 centímetro por aproximadamente 1 centímetro; un diodo que tiene un cuerpo, un terminal de ánodo y un terminal de cátodo, el diodo acoplado en paralelo con la célula solar; un primer y un segundo terminales eléctricos acoplados en paralelo con la célula solar y el diodo y adaptados para proporcionar la conexión eléctrica a uno o más receptores de célula solar espaciados separados; una pluralidad de elementos ópticos secundarios dispuestos en la trayectoria óptica de cada una de las respectivas lentes, cada elemento óptico secundario definiendo un canal óptico respectivo que termina en punta que tiene una pluralidad de paredes reflectoras; cada una de las células solares estando dispuestas en una trayectoria óptica de una lente respectiva y un canal óptico respectivo, en el que la lente se puede hacer funcionar para concentrar la energía solar sobre la respectiva célula solar por un factor de 400 o más y generar más de 14 vatios de potencia de pico.
En algunas realizaciones, el receptor de células solares comprende: un sustrato para soportar la célula solar y el diodo; en el que el cuerpo del diodo comprende una parte superior y una parte inferior, la parte inferior estando dispuesta más cercana al sustrato que la parte superior; una cubierta dispuesta sobre la parte superior del cuerpo del diodo y que se extiende al sustrato, la cubierta encapsulando de manera sustancial el cuerpo del diodo, el terminal del ánodo y el terminal del cátodo; una bajocubierta que ocupa sustancialmente todo el espacio entre la parte del fondo del cuerpo del diodo y el sustrato.
En algunas realizaciones, la bajocubierta está dispuesta de forma que no haya ningún hueco de aire entre el diodo y el sustrato.
En algunas realizaciones, el conjunto integrado de lentes de Fresnel está en una hoja acrílica que tiene un elemento de alineamiento adaptado para acoplarse con un elemento de alineamiento sobre la carcasa.
En algunas realizaciones, la longitud focal de la lente es de aproximadamente 45 cm.
En algunas realizaciones, la célula solar es una célula multi-unión que comprende al menos tres regiones en las que las regiones comprenden de manera respectiva un sustrato que contiene germanio, una capa que contiene InGaAs o GaAs dispuesta sobre el sustrato y una capa de InGaP dispuesta sobre la capa que contiene InGaAs o GaAs.
En algunas realizaciones, el elemento óptico secundario es un sólido predominantemente trapezoidal con una superficie interior altamente reflectora.
En algunas aplicaciones, el canal óptico está definido por una toma de entrada óptica y una salida óptica, la entrada óptica siendo mayor que la salida óptica.
En algunas realizaciones, la salida óptica está dimensionada para tener aproximadamente las mismas dimensiones que la célula solar.
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad comprende: una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado que es opuesto al primer lado; una estructura de alineamiento acoplada al primer lado de la carcasa, comprendiendo la estructura de alineamiento una pluralidad de receptáculos para acoplarse con un elemento de alineamiento; un conjunto integrado de catorce lentes de Fresnel sobre la estructura de alineamiento, teniendo cada una de las lentes una longitud focal de entre aproximadamente 38,1 cm y aproximadamente 50,8 cm, comprendiendo el conjunto siete lentes en una primera dirección y dos lentes en una segunda dirección perpendiculares a la primera dirección; una pluralidad de elementos...
Reivindicaciones:
1. Un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad caracterizado porque comprende:
una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado opuesto al primer lado;
un conjunto integrado de lentes de Fresnel acoplada al primer lado de la carcasa;
una pluralidad de receptores de células solares dispuestos sobre el segundo lado de la carcasa, comprendiendo cada uno de los receptores de células solares:
cada célula solar estando dispuesta en un trayecto óptico de una lente respectiva, en el que la lente pueda funcionar para concentrar la energía solar sobre la respectiva célula solar por un factor de 400 o más, de manera que la respectiva célula solar genere más de 14 vatios de potencia CC de pico.
2. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las lentes del conjunto integrado de lentes de Fresnel tiene una longitud focal entre 38,1 cm y 50,8 cm.
3. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las células solares de cada receptor de célula solar tiene unas dimensiones de 1 cm por 1 cm.
4. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque comprenden
una pluralidad de elementos ópticos secundarios dispuestos en la trayectoria óptica de cada una de las respectivas lentes, entre la lente y la célula solar correspondiente, definiendo cada elemento óptico secundario un respectivo canal óptico en forma de cono que tiene una pluralidad de paredes reflectoras, en el que cada célula solar está dispuesta en una trayectoria óptica de un canal óptico respectivo.
5. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los receptores de célula solar comprende:
un sustrato para soportar la célula solar y el diodo;
en el que el cuerpo del diodo comprende una parte superior y una parte inferior, la parte inferior estando dispuesta más cercana al sustrato que la parte superior;
una cubierta dispuesta sobre la parte superior del cuerpo del diodo y que se extiende por el sustrato, la cubierta encapsulando el cuerpo del diodo, el terminal del ánodo y el terminal del cátodo;
una bajocubierta que ocupa todo el espacio entre la parte del fondo del cuerpo del diodo y el sustrato.
6. El módulo de células solares de la reivindicación 5 caracterizado porque la bajocubierta está dispuesta de forma que no exista un hueco de aire entre el diodo y el sustrato.
7. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto integrado de lentes de Fresnel es una hoja acrílica que tiene un elemento de alineamiento adaptado para acoplarse con un elemento de alineamiento sobre la carcasa.
8. El módulo de células solares de la reivindicación 2, caracterizado porque la longitud focal de cada una de las lentes del conjunto integrado es de 45 cm.
9. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque la célula solar es una célula multiunión que comprende al menos tres regiones en las que las regiones comprenden de manera respectiva un sustrato que contiene germanio, una capa que contiene InGaAs o GaAs dispuesta sobre el sustrato, y una capa de InGaP dispuesta sobre la capa que contiene InGaAs o GaAs.
10. El módulo de células solares de la reivindicación 4, caracterizado porque el canal óptico está definido por medio de una entrada óptica y una salida óptica, la entrada óptica siendo mayor que la salida óptica.
11. El módulo de células solares de la reivindicación 10, caracterizado porque la salida óptica está dimensionada para que tenga las mismas dimensiones que la célula solar.
Patentes similares o relacionadas:
Soporte de módulo solar, del 17 de Junio de 2020, de K2 Systems GmbH: Soporte de módulo solar para sostener sujetando un módulo solar , presentando un soporte base que se puede sujetar en el lugar de montaje, un elemento intermedio […]
Procedimiento para fabricar una película delgada a base de CI(G)S fotovoltaica mediante el uso de un fundente con un punto de fusión bajo, del 6 de Mayo de 2020, de KOREA INSTITUTE OF ENERGY RESEARCH: Un procedimiento de fabricación de una película delgada a base de CI(G)S para una celda solar mediante el uso de un fundente que tiene un punto de fusión […]
Procedimiento de fabricación de un elemento fotovoltaico, del 22 de Abril de 2020, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Procedimiento de fabricación de un elemento fotovoltaico, que comprende: a) una etapa de conexión eléctrica en serie de una pluralidad de células fotovoltaicas […]
Baldosa y sistema asociado para el control de alumbrado y/o aforo del tráfico, del 2 de Abril de 2020, de ACTIVIDADES DE CONSULTORIA TECNICA, INVESTICACION Y SERVICIOS AVANZADOS, S.L: Baldosa para el control de alumbrado y/o aforo del tráfico, que comprende una carcasa para su instalación en el pavimento , medios fotovoltaicos […]
Módulo de batería solar, del 25 de Marzo de 2020, de SHIN-ETSU CHEMICAL CO., LTD.: Un módulo de células solares que comprende primeras células solares que comprenden un primer sustrato de tipo conductividad que es un […]
Cargador solar para dispositivos electrónicos portátiles, del 13 de Marzo de 2020, de ARRESE MATA, Fiona: 1. Cargador solar para dispositivos electrónicos portátiles, tal como un teléfono móvil, tableta o similar, caracterizado por el hecho de […]
Control de altitud de globo usando ajuste de densidad y/o ajuste de volumen, del 12 de Febrero de 2020, de Loon LLC: Un globo , que comprende: una envoltura ; una carga útil colocada debajo de la envoltura , en donde la envoltura comprende […]
Dispositivo de soporte de panel, del 22 de Enero de 2020, de Ciel et Terre International: Instalación fotovoltaica flotante que comprende paneles fotovoltaicos y un sistema de soporte de paneles fotovoltaicos resultante del […]