Convertidor fotovoltaico con vida útil aumentada.

Dispositivo de conversión fotovoltaica que presenta una zona de captación (2) de los fotones aportados por laradiación luminosa (R) y una zona de conversión (4,

104, 204, 304, 404, 504) de los citados fotones en energíaeléctrica, estando formadas la zona de captación (2) y la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) porrecintos independientes (8, 16), con un fluido cargado de partículas fotoluminiscentes que está destinado a circularentre la zona de captación (2) y la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504), en el que las citadas partículasabsorben los fotones y son transportadas hasta la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) en la que tienelugar una reemisión de los fotones por las partículas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/050672.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Inventor/es: GRUSS,JEAN-ANTOINE, Poncelet,Olivier, JAUSSAUD,CLAUDE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C09K11/08 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09K SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE SUSTANCIAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09K 11/00 Sustancias luminiscentes, p. ej. electroluminiscentes, quimiluminiscentes. › que contienen sustancias inorgánicas luminiscentes.
  • F24J2/46 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar.
  • H01L31/055 SECCION H — 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 eléctrica 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). › donde la luz es absorbida y re-emitida en una longitud de onda diferente por el elemento óptico directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. mediante el uso de material luminiscente, concentradores fluorescente o disposiciones de conversión ascendente.
  • H01L31/058
  • H02N6/00

PDF original: ES-2441066_T3.pdf

 

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Convertidor fotovoltaico con vida útil aumentada.

Fragmento de la descripción:

Convertidor fotovoltaico con vida útil aumentada

Campo técnico y técnica anterior

La presente invención se refiere a un dispositivo de conversión fotovoltaica con vida útil aumentada.

En un dispositivo de conversión fotovoltaica se pueden utilizar diferentes tipos de células fotovoltaicas.

Algunas células están fabricadas a partir de silicio monocristalino, silicio policristalino o silicio amorfo, y las células pueden ser macizas o estar formadas a partir de capas delgadas.

Otras células se fabrican en forma de película delgada por depósito de tipo CIS (cobre indio selenio) o CdTe 15 (telururo de cadmio) sobre vidrio o metal.

Existen incluso otras células de tipo orgánico depositadas sobre vidrio o sobre una película flexible.

Se conoce desventajas relacionadas con la fabricación y el uso de tales células.

En el caso de las células a base de silicio, su coste es relativamente alto debido tanto al coste del silicio como de su procedimiento de fabricación. Es posible reducir la cantidad de silicio necesaria para la fabricación de una célula mediante el uso de un concentrador, pero el coste de este también es elevado. Asimismo, en general se aplican materiales poliméricos en la estructura de los módulos fotovoltaicos a base de silicio, pero estos son sensibles a la radiación ultravioleta y la humedad, lo que se traduce en una reducción de la vida útil de dichos dispositivos.

El problema de la vida útil también aparece en el caso de las células orgánicas, como consecuencia de las radiaciones ultravioleta y de la humedad.

Por otro lado, la radiación electromagnética a la que se ven sometidas las células, y más en general el dispositivo fotovoltaico, también emite en el infrarrojo. Sin embargo, generalmente las células no son capaces de convertir los fotones emitidos en el infrarrojo. Por consiguiente, esta radiación únicamente tiene como resultado un calentamiento del dispositivo. Este calentamiento provoca una reducción del rendimiento de conversión y puede dañar las células y reducir la vida útil de las mismas.

Además, los dispositivos de conversión fotovoltaica actuales solamente producen electricidad cuando las células de los mismos reciben una radiación. Esto significa que durante los períodos de baja insolación, típicamente durante la noche, no se produce generación de electricidad. Este hecho es particularmente problemático en el caso de los sistemas dispuestos en sitios aislados y alimentados por un dispositivo fotovoltaico. Así pues, en estos casos será

preciso disponer de medios para almacenar parte de la electricidad generada en el período de insolación, tales como acumuladores de plomo. Sin embargo, este tipo de acumulador presenta un alto coste de adquisición y mantenimiento. Además, estos acumuladores entrañan problemas de toxicidad.

Se conocen igualmente dispositivos de conversión fotovoltaica capaces de valorizar el calentamiento causado por la 45 radiación infrarroja, por ejemplo, los descritos en el documento US 4135537. Tales dispositivos comprenden una caja provista de una cara transparente a los rayos luminosos y captadores fotovoltaicos para convertir las radiaciones luminosas en electricidad. La caja se encuentra acoplada a un circuito provisto de un intercambiador de calor y se incluye un fluido cargado de partículas luminiscentes que circula por la caja y por el intercambiador de calor para recoger el calor captado por el fluido al pasar a través de la caja.

Este dispositivo está diseñado para refrigerar las células mediante la circulación del fluido. Sin embargo, las células se calientan en todo momento por acción de la radiación infrarroja.

Por otro lado, sigue existiendo el problema de la generación de electricidad en los períodos de baja insolación. 55 Además, las células del documento US 4135537 se encuentran directamente sometidas a la radiación ultravioleta.

Por consiguiente, uno de los objetos de la presente invención consiste en dar a conocer un dispositivo fotovoltaico con una vida útil aumentada.

Exposición de la invención El objeto expuesto anteriormente se consigue mediante un dispositivo de conversión fotovoltaica que comprende una primera zona en la que se capta la radiación luminosa y una segunda zona provista de células fotovoltaicas destinada a convertir la radiación luminosa en electricidad, efectuándose la transferencia desde la zona de captación 65 hasta la zona de conversión por medio de partículas fotoluminiscentes.

De forma ventajosa, gracias al uso de partículas fotoluminiscentes fosforescentes, la reemisión de los fotones se realiza con cierto retraso, con el resultado de que se difiere la conversión en energía eléctrica. Por consiguiente, se puede contemplar la generación de electricidad con posterioridad a un período de insolación.

En consecuencia, las células fotovoltaicas dejan de encontrarse sometidas directamente a la radiación luminosa. Como resultado, las células ya no se calientan directamente como consecuencia de la radiación infrarroja. Además, las células solares dejan de encontrarse sometidas a la radiación ultravioleta, dado que los fotones reemitidos por las partículas fotoluminiscentes se encuentran en el espectro visible. Todo esto redunda en un aumento de la vida útil de las células.

De igual forma, es posible diseñar medios para recuperar el calor transportado por el fluido que contiene las partículas fotoluminiscentes.

El objeto de la presente invención es un dispositivo de conversión fotovoltaica que comprende una zona de captación de los fotones aportados por la radiación luminosa y una zona de conversión de los citados fotones en energía eléctrica, estando formadas la zona de captación y la zona de conversión por recintos independientes, con un fluido cargado de partículas fotoluminiscentes que está destinado a circular entre la zona de captación y la zona de conversión, en el que las citadas partículas absorben los fotones y son transportadas hasta la zona de conversión en la que tiene lugar una reemisión de los fotones por las partículas.

De manera particularmente ventajosa, las partículas fotoluminiscentes son partículas fosforescentes. Estas son, por ejemplo, sulfuros o seleniuros o fosforescentes de tipo óxido, y más en particular, sulfuros de zinc o aluminatos de alcalinotérreos dopados.

Por lo que respecta al fluido, este puede ser un alcano o un perfluoroalcano.

Se selecciona, por ejemplo, una concentración en masa de las partículas fotoluminiscentes comprendida entre el 0, 1 % y el 30 %.

El fluido también puede comprender ventajosamente nanopartículas que permiten la aparición de un fenómeno de «corte cuántico» (quantum cutting) y/o favorecen la conversión de la longitud de onda de los fotones reemitidos desde el espectro ultravioleta hasta el visible.

Más particularmente, el recinto de la zona de captación puede comprender al menos una cara transparente a la radiación luminosa y el recinto de la zona de conversión fotovoltaica puede presentar al menos una parte de las caras interiores de sus estructuras internas recubierta con células fotovoltaicas, presentando cada recinto un orificio de alimentación y un orificio de evacuación del fluido, estando conectado el orificio de evacuación de un recinto al orificio de alimentación del otro recinto.

De manera ventajosa, el dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la invención puede comprender un intercambiador de calor, lo que permite al mismo tiempo aumentar el rendimiento de conversión fotovoltaica gracias a la refrigeración del fluido antes de su entrada en el convertidor y recuperar la energía térmica.

En una forma de realización, la zona de conversión comprende al menos una placa de silicio en la que se 45 encuentran grabados canales de circulación del fluido, y los materiales de la placa y de la superficie de los canales forman uniones p-n o n-p. En un ejemplo de realización, los canales se encuentran, por ejemplo, contenidos dentro del plano de la placa. En otro ejemplo de realización, los canales son transversales y ortogonales al plano de la placa de manera que forman una membrana perforada. Así, por estructuras internas se entiende, por ejemplo, un conjunto de placas.

El dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la invención puede comprender un apilamiento de al menos dos placas. Las placas del apilamiento pueden estar alimentadas con el fluido en paralelo.

También se puede concebir la disposición de un intercambiador de calor interpuesto entre cada par de placas del 55 apilamiento.

En otra forma de realización, la zona de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de conversión fotovoltaica que presenta una zona de captación (2) de los fotones aportados por la radiación luminosa (R) y una zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) de los citados fotones en energía eléctrica, estando formadas la zona de captación (2) y la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) por recintos independientes (8, 16) , con un fluido cargado de partículas fotoluminiscentes que está destinado a circular entre la zona de captación (2) y la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) , en el que las citadas partículas absorben los fotones y son transportadas hasta la zona de conversión (4, 104, 204, 304, 404, 504) en la que tiene lugar una reemisión de los fotones por las partículas.

2. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que las partículas fotoluminiscentes son partículas fosforescentes.

3. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que las partículas fosforescentes

son sulfuros o seleniuros o fosforescentes de tipo óxido, preferentemente las partículas fosforescentes son sulfuros de zinc o aluminatos de alcalinotérreos dopados.

4. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la concentración en masa de las partículas fotoluminiscentes se encuentra comprendida entre el 0, 1 % y el 30 % y en el que el fluido es un alcano o un perfluoroalcano.

5. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el recinto (8) de la zona de captación (2) comprende al menos una cara (14) transparente a la radiación luminosa (R) y el recinto (16) de la zona de conversión fotovoltaica (4, 104, 204, 304, 404, 504) presenta al menos una parte de las caras

interiores de sus estructuras internas recubierta con células fotovoltaicas, presentando cada recinto (8, 16) un orificio de alimentación (10, 18) y un orificio de evacuación (12, 20) del fluido, estando conectado el orificio de evacuación (12, 20) de un recinto (8, 16) al orificio de alimentación (18, 10) del otro recinto (16, 8) .

6. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un intercambiador de calor, por ejemplo, encontrándose el intercambiador de calor interpuesto entre la zona de captación y la zona de conversión, aguas arriba de la zona de conversión.

7. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la zona de

conversión (104, 204) comprende al menos una placa en la que se encuentran grabados canales de circulación del 35 fluido (106, 206) , y los materiales de la placa y de la superficie de los canales (106, 206) forman uniones p-n o n-p.

8. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación precedente, en el que los canales (106) se encuentran contenidos dentro del plano de la placa y en el que los canales (206) son transversales y ortogonales al plano de la placa de manera que forman una membrana perforada.

9. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, que comprende un apilamiento de al menos dos placas.

10. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las placas del apilamiento 45 son alimentadas con el fluido en paralelo.

11. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en el que un intercambiador de calor se encuentra interpuesto entre cada par de placas del apilamiento.

12. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la zona de conversión (304, 404, 504) comprende células fotovoltaicas fabricadas con una película delgada de polímeros orgánicos o CIS, CIGS o CdTe depositado sobre metal o vidrio.

13. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación precedente, que comprende canales 55 (306) delimitados por las películas delgadas.

14. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la película delgada se encuentra enrollada sobre sí misma delimitando un canal (406, 506, 508) en forma de espiral.

15. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación precedente, que comprende separadores entre los diferentes arrollamientos de la película de manera que dos arrollamientos de la película se mantengan separados a fin de formar el canal (406, 506, 508) , encontrándose los separadores unidos entre los arrollamientos o formados sobre la película por estampación o resalte de los mismos.

16. Dispositivo de conversión fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende dos canales (506, 508) arrollados uno alrededor del otro formados por plegado de la película delgada sobre sí misma y por arrollamiento de esta película plegada, estando destinado uno de los canales (506) a la circulación del fluido cargado de partículas fotoluminiscentes (F1) y estando destinado el otro canal (508) a la circulación del fluido de transmisión de calor (F2) .

17. Procedimiento de fabricación de un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 11, que comprende las siguientes etapas de fabricación de la zona de conversión:

- grabado de los canales (106, 206) en un sustrato (108, 208) de silicio dopado p o n,

- realización de un dopaje (110) de tipo p o n de la cara interior de los canales (106, 206) , formando de este modo zonas emisoras de tipo n o p y zonas colectoras de tipo p o n,

- depósito de electrodos (112, 212, 114, 214) sobre las zonas emisoras y colectoras.

15. recocido de la citada estructura así formada.

18. Procedimiento de fabricación de un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación precedente, que comprende la etapa de depositar un material antirreflectante antes de la etapa de depósito de los electrodos.

19. Procedimiento de fabricación de un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 18, que comprende la etapa de ensamblaje de varias placas apiladas mediante unión por adhesivo o soldadura.

20. Procedimiento de fabricación de un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16,

que comprende las etapas de: 25

- fabricación de una película de polímero orgánico de CIS, CIGS y CdTe, por ejemplo mediante un procedimiento continuo de tipo «rodillo a rodillo» (roll to roll) ,

- arrollamiento de la película sobre sí misma dejando un espacio de separación entre las diferentes capas del 30 arrollamiento.


 

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