Procedimiento y sistema de verificación de un conjunto (4, 14) de células solares fotovoltaicas (5) conectadas entre sí en serie mediante tabs (11).

El sistema comprende:

- medios de conexión eléctrica (16) para conectar los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14);

- fuentes de luz (2) regulables para iluminar las células solares (5) de forma independiente;

- medios de control electrónicos (6, 7) para:

- controlar la iluminación de las fuentes de luz (2);

- obtener, mediante inyección de corriente por los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14), unas medidas eléctricas;

- medios de procesamiento de datos (8) para:

- determinar, a partir de las medidas eléctricas, parámetros de elementos del conjunto (4, 14);

- comparar los parámetros obtenidos con unos valores predeterminados;

- decidir, en función de dicha comparación, si algún elemento del conjunto (4, 14) de células solares tiene algún defecto.

PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE VERIFICACIÓN DE UN CONJUNTO DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de la energía solar. Más concretamente, la presente invención se centra en los procedimientos de verificación de células solares fotovoltaicas una vez éstas han sido soldadas en tiras.

Antecedentes de la invención

Una célula solar fotovoltaica es básicamente una lámina de 0, 2mm de grosor de cristal de silicio dopado, que se ha sometido a unos procesos químicos, mecánicos y térmicos para conseguir un generador de corriente cuando se expone a la luz solar. Un panel solar fotovoltaico está formado por un conjunto de células solares conectadas todas en serie mediante “tabs”, y encapsuladas sobre una superficie de cristal. Las células están distribuidas en subconjuntos llamados “tiras”. Las máquinas automáticas de soldadura fabrican “tiras”.

Durante la fase de montaje, una vez que las tiras están interconectadas entre sí se procede al laminado (encapsulado) con el cristal. Una vez realizada esta operación, si hay algún defecto en una tira el panel pierde parte de su valor. Si el defecto es grave la pérdida económica es importante.

Para evitar esa pérdida económica es imprescindible realizar una inspección a fondo de las tiras recién soldadas, identificando las células que están defectuosas y apartándolas del resto de tiras aptas para fabricar un panel sin defectos.

Existen actualmente muchos equipos para testear y clasificar las células solares fotovoltaicas, desde dispositivos manuales hasta altamente automatizados. Todos ellos se centran en la medida de una sola célula antes de entrar en el proceso de soldadura.

Durante el proceso de producción de las tiras, la primera operación que se hace a las células es la soldadura del “tab” por ambas caras para montar una tira. El proceso de soldadura es muy agresivo y es capaz de generar defectos en las células o incrementar defectos ocultos. Estos defectos se traducen en fisuras, roturas, “puntos calientes”, etc.

Los equipos actuales de testeo de células no son aptos para verificar las tiras ya soldadas. Hasta la fecha, la única manera de reducir estas pérdidas consiste en una buena selección de las células utilizadas, teniendo que confiar en el fabricante de las mismas ya que es inviable comprobar todas las células antes de entrar en el proceso de soldadura. Además ello llevaría aparejado un incremento en las roturas pues cada manipulación de una célula indefectiblemente aumenta su estrés mecánico.

La otra manera de reducir pérdidas es la inspección visual, costosa y no detecta todos los problemas posibles. No existe ningún protocolo fiable que elimine las células potencialmente susceptibles de generar “puntos calientes”.

Los equipos actuales de verificación de tiras se basan en electroluminiscencia que es un proceso lento y que producen una imagen óptica que hay que analizar e interpretar. También utilizan contactos mecánicos con las células para hacer las mediciones, lo cual incrementa el estrés mecánico y las manipulaciones que reciben las células, incrementando las roturas.

Por tanto, los dispositivos existentes actualmente presentan los siguientes problemas:

- Los actuales sistemas necesitan contactar con las dos caras de cada célula para dar resultados individuales. Este contacto incrementa las roturas de células en proceso.

- Los actuales sistemas, al necesitar tocar las dos caras, es complicado que puedan realizar la prueba estando sujetas por el manipulador de ventosas, lo que normalmente se soluciona dejando las células en un lugar donde cae sobre la tira una tapa que contiene los contactos superiores. La acción de dejar la tira en un lugar para después volverla a recoger aumenta la rotura de células y ralentiza el proceso.

- Los sistemas de test actuales solo miden potencia, no son capaces de medir el resto de parámetros.

La presente invención soluciona los problemas comentados al proporcionar un procedimiento de verificación de tiras de células solares fotovoltaicas posterior al proceso de soldadura de una manera muy rápida y completa sin contacto eléctrico directo con las células -los únicos contactos eléctricos son los tabs de los extremos de la tira-, y sin soltarlas del manipulador. El mismo procedimiento se hace extensivo para medir paneles solares fotovoltaicos en que los únicos puntos de contacto eléctrico disponible son los contactos de salida de potencia y de interconexionado de diodos bypass.

La presente invención presenta en concreto las siguientes ventajas:

- El sistema sólo necesita realizar los contactos eléctricos del principio y final de la tira y no necesita contactar con las caras superior e inferior de las células, no toca las células solares.

- El sistema sólo necesita tener accesible la cara frontal de las células, lo que permite realizar la verificación mientras es soportada por una tira de ventosas por la parte posterior.

- El sistema permite realizar la prueba sin que la suelte el manipulador, es decir, no incrementa el número de manipulaciones de la tira.

- El sistema proporciona resultados individuales de todas las células de la tira de:

• Puntos Calientes.

• Baja Potencia.

• Alta Potencia.

• Verificación Soldadura TAB.

• Células con Baja Rsh. -El tiempo necesario para el test de una tira de 12 células es inferior a 12 segundos.

- Gracias a no necesitar contactos directos con las células, el sistema puede ser empleado también para realizar test de módulos fotovoltaicos completos, proporcionando resultados célula a célula.

A continuación se expone un glosario de términos/acrónimos conocidos en el campo de las células solares fotovoltaicas y que son utilizados a lo largo de la presente memoria descriptiva:

• Tab: Cinta de cobre que se suelda entre las células solares para su interconexión eléctrica. Hay dos por cada cara de una célula.

• STC: Condiciones stándard de medida 1000W/m2 y 25ºC.

• Tira: Conjunto de varias células ya soldadas. En los extremos tienen los tabs prolongados para su conexión con otras “tiras”.

• Voc: Tensión en circuito abierto o lo que es lo mismo, sin carga conectada y con la célula en STC.

• Ipmp: Corriente en el punto de máxima potencia en STC.

• Vpmp: Tensión en el punto de máxima potencia en STC.

• Isc: Corriente de cortocircuito en STC.

• Factor “alfa”: corrección de corriente en función de la temperatura.

• Factor “beta”: corrección de tensión en función de la temperatura.

• Tensión Zener: Valor de tensión en el que un diodo sometido a tensión inversa entra en la zona de avalancha de corriente.

• Manipulador (de tiras) : Brazo robótico que traslada las células solares a distintos puntos de una máquina.

• Palpador: Aguja retráctil para realizar un contacto eléctrico de test en un punto determinado.

• Generador de pendiente de V. Cualquier circuito que varía su tensión con el tiempo. Hay múltiples perfiles posibles y formas de generarlo. Se trata de fuentes de alimentación controladas a distancia.

• Curva I-V. Conjunto de datos que reflejan el comportamiento eléctrico de una célula o una tira. Se obtiene forzando una de las variables y midiendo las dos de manera simultánea. Una rampa V en los extremos de la tira generará una tabla de valores V-I.

• Señalizador óptico. Cualquier sistema capaz de suministrar una información visual. Ejemplos: led, bombilla, relé electromecánico con señalizador de estado.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un...

1. Sistema para verificar un conjunto de células solares fotovoltaicas, estando el conjunto (4, 14) a verificar formado por una pluralidad de células solares (5) conectadas entre sí en serie mediante tabs (11) , caracterizado porque comprende:

- medios de conexión eléctrica (16) configurados para conectar eléctricamente, para cada extremo del conjunto (4, 14) de células solares, sus dos tabs (11) extremos;

- una pluralidad de fuentes de luz (2) de intensidad regulable para iluminar, independientemente entre sí, las células solares (5) del conjunto (4, 14) de células solares;

- medios de control electrónicos (6, 7) configurados para:

• controlar la iluminación de las fuentes de luz (2) ;

• obtener, a través del control de las fuentes de luz (2) y de la inyección de corriente por los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14) de células solares, unas medidas eléctricas de dicho conjunto (4, 14) de células solares; -medios de procesamiento de datos (8) conectados a los medios de control

electrónicos (6, 7) y configurados para:

• determinar, a partir de las medidas eléctricas obtenidas, al menos un parámetro de al menos un elemento del conjunto (4, 14) de células solares;

• comparar dicho al menos un parámetro obtenido con al menos un valor predeterminado;

• decidir, en función de dicha comparación, si algún elemento del conjunto (4, 14) de células solares tiene algún defecto.

2. Sistema según la reivindicación 1, donde para la obtención de las medidas eléctricas los medios de control electrónicos (6, 7) comprenden un generador de corriente (21) de zener inversa conectado a los extremos del conjunto (4, 14) de células solares; estando los medios de control electrónicos (6, 7) configurados para obtener para cada célula (5) del conjunto (4, 14) de células solares a verificar, su tensión de zener mediante la inyección, a través del generador de corriente (21) de zener inversa, de una corriente inversa predeterminada en serie con el conjunto (4, 14) de células solares una vez iluminadas, a un nivel de radiación predeterminado, todas las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares menos la célula (5) cuya tensión de zener se va a obtener.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde para la obtención de las medidas eléctricas los medios de control electrónicos (6, 7) comprenden una fuente controlada de tensión (23) y medios de lectura de tensión y corriente (24) conectados a los extremos del conjunto (4, 14) de células solares; estando los medios de control electrónicos (6, 7) configurados para obtener, mediante la fuente controlada de tensión (23) y los medios de lectura de tensión y corriente (24) , la curva I-V del conjunto (4, 14) de células solares estando iluminadas todas las células

(5) del conjunto (4, 14) de células solares a dos valores de radiación distintos.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende una pluralidad de sensores de corriente (10) de alta frecuencia, cada uno configurado para medir la corriente diferencial entre los dos tabs (11) de una célula diferente del conjunto (4, 14) de células solares; estando los medios de control electrónicos (6, 7) configurados para:

• obtener las medidas de los sensores de corriente (10) ;

• generar una corriente alterna de alta frecuencia que circule a través de los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14) de células solares;

• obtener, para cada célula (5) y mediante los sensores de corriente de alta frecuencia (10) , la corriente diferencial entre dos tabs (11) de una misma cara de la célula (5) , estando iluminadas todas las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares a un nivel de radiación predeterminado.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un sensor de temperatura (15) para medir la temperatura de las células

(5) del conjunto (4, 14) de células solares, estando los medios de control electrónicos (6, 7) configurados para, a partir de la información suministrada por el sensor de temperatura (15) , compensar las medidas obtenidas en función de la temperatura de medida.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de procesamiento de datos (8) comprenden un ordenador comunicado con los medios de control electrónicos (6, 7) .

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un manipulador (9) encargado de posicionar el conjunto (4, 14) de células solares en posición de inicio para empezar la verificación y comunicar dicha circunstancia a los medios de control electrónicos (7) .

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conjunto (4, 14) de células solares comprende uno cualquiera de los siguientes:

- una tira (4) de células solares;

- un panel solar (14) formado por varias tiras (4) unidas entre sí eléctricamente

en serie.

9. Procedimiento de verificación un conjunto de células solares fotovoltaicas, estando el conjunto (4, 14) de células solares a verificar formada por una pluralidad de células solares (5) conectadas entre sí en serie mediante tabs (11) , caracterizado porque comprende:

- para cada extremo del conjunto (4, 14) de células solares, conectar eléctricamente sus dos tabs (11) extremos;

- conectar eléctricamente dichos tabs (11) extremos del conjunto (4, 14) de células solares a unos medios de control electrónicos (6, 7) ;

- disponer una pluralidad de fuentes de luz (2) de intensidad regulable y operables por los medios de control electrónicos (6, 7) para iluminar, independientemente entre sí, las células solares (5) del conjunto (4, 14) de células solares;

- obtener, a partir de los medios de control electrónico (6, 7) y de las fuentes de luz (2) , unas medidas eléctricas del conjunto (4, 14) de células solares;

- determinar, a partir de las medidas eléctricas obtenidas, al menos un parámetro de al menos un elemento del conjunto (4, 14) de células solares;

- comparar dicho al menos un parámetro obtenido con al menos un valor predeterminado;

- decidir, en función de dicha comparación, si algún elemento del conjunto (4, 14) de células solares tiene algún defecto.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde la etapa de obtención de medidas eléctricas del conjunto (4, 14) de células solares comprende:

- para cada célula (5) del conjunto (4, 14) de células solares a verificar, obtener su tensión de zener mediante la inyección, controlada por los medios de control electrónico (6, 7) , de una corriente inversa predeterminada por los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14) de células solares una vez iluminadas, a un nivel de radiación predeterminado, todas las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares menos la célula (5) cuya tensión de zener se va a obtener.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, donde la etapa de obtención de medidas eléctricas del conjunto (4, 14) de células solares comprende obtener la curva I-V del conjunto (4, 14) de células solares estando iluminadas todas las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares a dos valores de radiación distintos.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, donde la etapa de obtención de medidas eléctricas del conjunto (4, 14) de células solares comprende generar una corriente alterna de alta frecuencia que circule a través de los tabs (11) extremos del conjunto (4, 14) de células solares y obtener, para cada célula (5) , la corriente diferencial entre dos tabs (11) de una misma cara de la célula (5) , estando iluminadas todas las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares a un nivel de radiación predeterminado.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde la corriente alterna de alta frecuencia generada está comprendida entre 0.1Mhz y 30Mhz.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-13, que comprende adicionalmente medir la temperatura de las células (5) del conjunto (4, 14) de células solares y compensar las medidas obtenidas en función de la temperatura de medida.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-14, donde el al menos un valor predeterminado para la comparación con el al menos un parámetro obtenido de al menos un elemento del conjunto (4) de células solares se selecciona entre:

• tensión en circuito abierto Voc de cada célula;

• corriente de cortocircuito de cada célula;

• máxima potencia de cada célula;

• tensión inversa Tener;

• corriente diferencial.