Módulo solar con elevada rigidez a la flexión.

Módulo solar con una disposición plana de células fotovoltaicas (3) en cuyo reverso se ha previsto una construccióndel reverso y en cuya parte frontal se ha previsto un panel frontal (6) transparente a las radiaciones,

con una masa derelleno (7) fraguante y transmisora de cargas mecánicas que rodea la disposición de células fotovoltáicas (3) entre laconstrucción del reverso y el panel frontal (6), que conecta el panel frontal (6) con toda su superficie orientada a laconstrucción del reverso con la construcción del reverso y encierra completamente la disposición de célulasfotovoltaicas (3), estando la construcción del reverso configurada como módulo separado, estando la construcción delreverso configurada en forma de un soporte plástico (1) fabricado mediante el moldeo por inyección o compresión y elsoporte de plástico (1), previendo el soporte de plástico (1) una estructura metálica de terminales eléctricos (2) para unaconexión eléctrica con la disposición de células fotovoltáicas (3) integrada de tal manera que al menos un sector parcialde la estructura de terminales eléctricos (2) está rodeado completamente por el material del soporte plástico y al menosotro sector parcial de la estructura de terminales eléctricos (2) presenta un sector de contactos libre orientado a ladisposición de células fotovoltáicas (3), caracterizado porque la disposición de células fotovoltaicas (3) está dispuestaentre el panel frontal (6) y la construcción del reverso a lo largo o próxima al sector del plano de flexión neutral que se produce en la deformación del módulo solar.

Módulo solar con elevada rigidez a la flexión Ámbito técnico La invención se refiere a un módulo solar con una disposición plana de células fotovoltaicas, en cuyo reverso se ha previsto una construcción del reverso y en su frente un panel frontal transparente a las radiaciones, con una masa de relleno transmisora de cargas mecánicas y fraguante, que encierra la disposición de células fotovoltaicas entre la construcción del reverso y el panel frontal, que une el panel frontal con toda su superficie vuelta hacia de la construcción del reverso con la construcción del reverso y encierra, completamente, la disposición de células fotovoltaicas.

Estado actual de la técnica Los módulos solares son elementos constitutivos fotovoltaicos para la generación directa de corriente eléctrica a partir de la luz solar.

Los factores clave para una generación de corriente de energía solar de coste eficiente son los costes de fabricación y la durabilidad de los módulos solares.

Los módulos solares se componen, generalmente, de un compuesto de un panel frontal, las células fotovoltaicas interconectadas encerradas en un material de encapsulamiento, y una construcción del reverso. Para la manipulación y posterior fijación, una variante difundida de módulos solares está provista de perfiles de aluminio que, de forma circunvalante, son colocados como bastidor y, en parte, también como arrostramiento auxiliar. Para ello, los diferentes elementos de un módulo solar deben cumplir las funciones siguientes:

El panel frontal, generalmente de vidrio, más o menos de 3-4 mm de espesor, sirve para la protección frente a influencias mecánicas y climáticas y proporciona una parte de la resistencia del módulo. Debe ser altamente transparente, preferentemente de vidrio incoloro de 90-92 % de factor de transmisión en el espectro superior, para mantener, a ser posible, reducidas las pérdidas de absorción en el espectro óptico de 300 nm a 1500 nm, aproximadamente, y, de este modo, elevado, a ser posible, la eficiencia de las células fotovoltaicas de silicio usadas habitualmente.

El material de encapsulamiento -frecuentemente se usan para ello láminas de etilvinilacetato, abreviado láminas EVAsirve para encapsular las células interconectadas y para el pegado de todo el compuesto modular. Sin embargo, los encapsulamientos de este tipo no están en condiciones de transmitir cargas mecánicas, un aspecto que se comentará más adelante.

En el reverso del módulo se usa una lámina compuesta, generalmente, de polivinilfluoruro (PVF) y tereftalato de polietileno (PET) o de PVF y aluminio, como protector mecánico y aislamiento eléctrico para la protección de las células fotovoltaicas y del material de encapsulamiento contra la humedad y el oxígeno. En algunos casos se usa un panel de vidrio, tanto en el reverso como en la parte frontal.

Una tecnología difundida para encapsular es una laminación en vacío, porque al laminar se evita mediante el vacío, ampliamente, la formación de burbujas de aire. Durante la laminación, el EVA funde a 150º C, aproximadamente, fluye alrededor de las células fotovoltaicas interconectadas y es reticulado térmicamente.

Los materiales de encapsulamiento o de embutición deben tener, en este caso, buenas propiedades de barrera contra vapor de agua y oxígeno, sobre todo porque gracias al vapor de agua u oxígeno se presentan daños debidos a la corrosión de los contactos metálicos y puede llegar a la degradación del material EVA. Por lo tanto, el frente y el reverso del módulo solar deben presentar una gran resistencia a los factores climáticos y proteger las células fotovoltaicas encapsuladas de la corrosión mediante el efecto barrera, por ejemplo contra el vapor de agua y oxígeno.

Básicamente, los módulos solares deben presentar para su uso, por ejemplo, sobre techos de casas, una elevada resistencia mecánica, en particular una elevada rigidez a la flexión y resistencia a la flexión para poder soportar sin daños las posibles cargas posibles durante el funcionamiento, por ejemplo cargas por viento y nieve. La resistencia mecánica de módulos solares conocidos puede ser garantizada mediante su reverso, su parte frontal y/u otros soportes adicionales, por ejemplo en forma de bastidores de aluminio, arrostramientos de aluminio, una construcción de soporte resistente que prevengan la comba del módulo bajo carga.

Además, para garantizar la rentabilidad, los módulos solares deberían tener un tiempo de servicio largo. Los requerimientos de hoy en día habituales respecto de la vida útil de los módulos solares son al menos de 25 años con una tendencia creciente. En funcionamiento, los módulos solares están sometidos a elevadas cargas mecánicas, por ejemplo debidas a cargas de viento y nieve, asimismo por variaciones de temperatura cíclicas que pueden ser de 80 °C con radiación solar plena hasta debajo del punto de congelación.

Los elevados costes de material y fabricación condicionan, por ejemplo mediante un panel frontal especial, láminas compuestas especiales para el reverso, laminación en vacío, bastidor de aluminio, etc., los trabajos manuales

requeridos, por ejemplo soldeo de los conductores eléctricos, montaje y contacto de las cajas de conexión, y los tiempos de procesamiento relativamente largos, por ejemplo para la laminación y reticulación del EVA, producen un componente comparativamente grande, en el intervalo porcentual de dos dígitos, de los costes para la construcción del módulo en los costes totales.

Además, debido al panel de vidrio frontal relativamente grueso, los módulos solares convencionales presentan un peso que, a su vez, requiere construcciones de retención resistentes y caras.

Otro punto importante es la disipación del calor. Con una radiación solar plena, los módulos se calientan hasta los 80 °C, lo que tiene por resultado una disminución de la eficiencia de las células fotovoltaicas.

Si bien existen diferentes propuestas para reducir los costes de fabricación de los módulos solares mediante componentes y procedimientos de fabricación más económicos, dichas propuestas no son realmente conducentes al objetivo. Para la invención son significativas, entre otras posibles, la patente EP 325369 A2 (abreviatura. EP) y la solicitud de patente DE 10101 770 A1 de Bayer AG (abreviatura DE) .

En el documento EP 325369 A2 se describe un módulo fotovoltaico que se basa en el encapsulamiento de un "panel fotovoltaico” en un elastómeros reactivo. El panel fotovoltaico se compone de una combinación de una capa de material transparente, una disposición de células fotovoltaicas interconectadas y una capa del reverso que, sin embargo, no ofrece ninguna resistencia mecánica.

En el documento DE 10 101 770 A1 se describe un módulo solar en el que con las células fotovoltaicas están revestidas completamente por extrusión de un material poliuretánico, bien de uno y el mismo o de dos materiales poliuiretánicos diferentes. El poliuretano transparente es elastoméricamente blando, de modo que su resistencia a la flexión es despreciable. Ello tiene por resultado una resistencia a la flexión sólo menor de todo el módulo solar. Otra variante descrita de un módulo solar es aquella en la que las células fotovoltaicas están fijadas sobre una pieza moldeada que sirve como reverso del módulo, En dicha variante es posible conseguir una mayor resistencia a la flexión del módulo solar mediante el uso de una pieza moldeada rígida a la sección como reverso del módulo, por ejemplo un policarbonato reforzado con fibras de vidrio. Básicamente, se pretenden módulos solares que dispongan de una elevada resistencia mecánica. Un módulo altamente resistente, característicamente con una superficie de 1, 4 m², aproximadamente, es uno que sin soportes adicionales, como bastidores de aluminio, arrostramientos de aluminio, consiga una construcción de soporte resistente que prevenga una comba bajo carga, etc., o sea que con ser autoportante cumple todas las normas correspondientes de los ensayos de carga mecánica prescriptos.

Para poder conseguir los requerimientos definidos para un módulo solar con alta resistencia mecánica, o bien el reverso del módulo solar debe ser realizado relativamente grueso, algo que trae aparejado una mala evacuación de calor y un mayor peso del módulo solar, o el panel de vidrio debe ser fabricado relativamente grueso. Ambos casos resultan en un peso elevado del módulo.

Además, del documento DE 102 30 392 A1 es posible inferir un módulo solar que entre una placa superior y una placa inferior de vidrio acrílico prevé una disposición de células fotovoltaicas encapsulada en una masa de relleno que, al mismo tiempo, une el panel... [Seguir leyendo]

1. Módulo solar con una disposición plana de células fotovoltaicas (3) en cuyo reverso se ha previsto una construcción del reverso y en cuya parte frontal se ha previsto un panel frontal (6) transparente a las radiaciones, con una masa de relleno (7) fraguante y transmisora de cargas mecánicas que rodea la disposición de células fotovoltáicas (3) entre la construcción del reverso y el panel frontal (6) , que conecta el panel frontal (6) con toda su superficie orientada a la construcción del reverso con la construcción del reverso y encierra completamente la disposición de células fotovoltaicas (3) , estando la construcción del reverso configurada como módulo separado, estando la construcción del reverso configurada en forma de un soporte plástico (1) fabricado mediante el moldeo por inyección o compresión y el soporte de plástico (1) , previendo el soporte de plástico (1) una estructura metálica de terminales eléctricos (2) para una conexión eléctrica con la disposición de células fotovoltáicas (3) integrada de tal manera que al menos un sector parcial de la estructura de terminales eléctricos (2) está rodeado completamente por el material del soporte plástico y al menos otro sector parcial de la estructura de terminales eléctricos (2) presenta un sector de contactos libre orientado a la disposición de células fotovoltáicas (3) , caracterizado porque la disposición de células fotovoltaicas (3) está dispuesta entre el panel frontal (6) y la construcción del reverso a lo largo o próxima al sector del plano de flexión neutral que se produce en la deformación del módulo solar.

2. Módulo solar con una disposición plana de células fotovoltaicas (3) en cuyo reverso se ha previsto una construcción del reverso y en cuya parte frontal se ha previsto un panel frontal (6) transparente a las radiaciones, con una masa de relleno (7) fraguante y transmisora de cargas mecánicas, que rodea la disposición de células fotovoltáicas (3) entre la construcción del reverso y el panel frontal (6) , que conecta el panel frontal (6) con toda su superficie orientada a la construcción del reverso con la construcción del reverso y encierra completamente la disposición de células fotovoltaicas (3) , estando la construcción del reverso configurada como módulo separado, estando la construcción del reverso configurada en forma un elemento plano rígido a la flexión cerámico u orgánico y en la construcción del reverso está integrada una estructura metálica de terminales eléctricos (2) para una conexión eléctrica con la disposición de células fotovoltáicas (3) de tal manera que al menos un sector parcial de la estructura de terminales eléctricos (2) está rodeado completamente por el material de la construcción del reverso y al menos otro sector parcial de la estructura de terminales (2) presenta un sector de contactos libre orientado a la disposición de células fotovoltáicas (3) , caracterizado porque la disposición de células fotovoltaicas (3) está dispuesta entre el panel frontal (6) y la construcción del reverso a lo largo o próxima al sector del plano de flexión neutral que se produce en la deformación del módulo solar.

3. Módulo solar según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el panel frontal (6) es de vidrio, vitrocerámica, o de un plástico transparente, preferentemente un plástico a base de PMMA.

4. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 o 3, caracterizado porque el soporte plástico (1) está fabricado de un plástico termoplástico, preferentemente de PBT, PET, PA, PMMA, PC, PP, biopolímeros, en particular PLA, copolímeros PLA, o de un plástico termoestable, en particular de un SMC, preferentemente de resinas fenólicas, de poliéster o epoxicas.

5. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1, 3 a 4, caracterizado porque el soporte plástico (1) presenta un plástico reforzado con fibras.

6. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1, 3 a 5, caracterizado porque el soporte plástico (1) contiene materiales de carga, como polvo metálico, creta, plaquitas de vidrio, silicatos.

7. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se produce una conexión eléctrica entre la disposición de células fotovoltaicas (3) y la estructura de terminales eléctricos (2) prevista en la construcción del reverso mediante contacto eléctrico directo por medio de un adhesivo electroconductor, conexionado de cables y/o mediante soldadura.

8. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la construcción del reverso presenta en el lado orientado a la disposición de células fotovoltaicas (3) una estructura de alojamiento y/o de fijación para la disposición de células fotovoltaicas (3) .

9. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el panel frontal (6) contiene sustancias que convierten la longitud de onda de la radiación incidente en el panel frontal (6) de tal manera que la radiación convertida a la longitud de onda consigue en la estructura de células fotovoltaicas (3) una eficiencia mayor que la radiación no convertida.

10. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la disposición de células fotovoltaicas (3) es una célula fotovoltaica de capa delgada con una capa de cubierta transparente a la radiación, y porque la capa de cubierta de la disposición de células fotovoltaicas (3) es usada como panel frontal (6) que, al menos en el sector superficial próximo al borde, está encerrado en la masa de relleno (7) transparente a la radiación y establece una conexión transmisora de carga con la construcción del reverso.

11. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la estructura de terminales eléctricos

(2) prevé en la superficie de la construcción del reverso orientada a la disposición de células fotovoltaicas (3) elementos de soporte sobresalientes en forma de barras, retículas o costillas mediante los cuales la disposición de células 9

fotovoltaicas (3) tiene, localmente, contacto eléctrico y/o de soporte.

12. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la estructura de terminales eléctricos (2) presenta como componente integral dentro de la construcción del reverso sectores parciales configurados en forma de bandas, de retícula y/o de perfil extruido, mediante los cuales aumenta la resistencia mecánica de la construcción 5 del reverso.

13. Módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la construcción del reverso presenta una estructura de soporte de un material que se diferencia del material de la construcción del reverso y que al menos un sector parcial de la estructura de soporte se encuentra rodeado completamente por el material de la construcción del reverso.

14. Módulo solar según la reivindicación 13, caracterizado porque la estructura de soporte se compone de uno o más de los materiales siguientes: metal, vidrio, cerámica, plástico o material compuesto reforzado con fibras.

15. Módulo solar según las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque al menos sectores parciales de la estructura de soporte están implementados como perfiles continuos en forma de barras, bandas o reticulados.

16. Módulo solar según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque al menos un sector parcial de una

estructura de soporte metálica funciona al mismo tiempo como sector parcial de la estructura de terminales eléctricos (2) para la conexión eléctrica de la disposición de células fotovoltaicas (3) entre sí y de la disposición de células fotovoltaicas (2) con terminales eléctricos hacia fuera para la captación de corriente.