Procedimiento para el análisis de sistemas fotovoltaicos de capas por medio de termografía.

Procedimiento para el análisis de evaluación de un sistema fotovoltaico de capas (S),

con las siguientes etapas:

generación de una corriente eléctrica en el sistema de capas (5);

generación de una imagen resuelta localmente de la radiación térmica de una superficie (10) del sistema de capas (5);

determinación de una distribución de la intensidad de la radiación térmica, relacionada con el número respectivo de puntos de la imagen con el mismo valor de la intensidad;

determinación de un valor medio/mediana de la intensidad a partir de la distribución de la intensidad;

determinación de un intervalo de la intensidad que se basa en la distribución de la intensidad a través de la aplicación de una regla de cálculo predeterminable;

determinación de un índice a través de la suma de productos, dados respectivamente por el número de puntos de la imagen con el mismo valor de la intensidad multiplicado por el valor de la intensidad, para todos los valores de la intensidad por encima del valor medio/mediana de la intensidad elevado en el intervalo de la intensidad;

comparación del índice o de un valor de cálculo que se basa en él con un índice de referencia predeterminable, en el que al sistema de capas está asignado un primer resultado de la evaluación, en el caso de que el índice sea mayor o igual al índice de referencia, o se asigna un segundo resultado de la evaluación en el caso de que el índice sea menor que el índice de referencia.

Procedimiento para el análisis de sistemas fotovoltaicos de capas por medio de termografía

La invención pertenece al campo técnico de la fabricación de instalaciones para la generación de energía fotovoltaica y se refiere a un procedimiento para el análisis de evaluación cuantitativa de sistemas fotovoltaicos de capas.

Las células solares posibilitan una conversión directa de radiación de luz en corriente eléctrica. Con respecto al rendimiento, se han revelado como ventajosas las células solares de capa fina a base de semiconductores de calcopirita pollcrlstalina. Aquí especialmente el diseleniuro de cobre Indio (CulnSe2 o bien CIS), en virtud de su distancia de banda adaptada al espectro de la luz solar, se caracteriza por un coeficiente de absorción especialmente alto. Las células solares de capa fina necesitan para una resistencia mecánica suficiente sustratos de soporte especiales, que contienen la mayoría de las veces vidrio Inorgánico, polímeros o aleaciones de metales y pueden estar configurados en función del espesor de capa y de las propiedades del material como placas rígidas o láminas flexibles. Puesto que con células solares individuales típicamente sólo se pueden conseguir niveles de tensión Inferiores a 1 voltio, se conectan en serie, en general, muchas células solares en un módulo solar, para obtener de esta manera una tensión de salida técnicamente útil. En este caso, los módulos solares de capa fina ofrecen la ventaja especial de que las células solares se pueden conectar en serie ya durante la fabricación de las capas en forma integrada. Para asegura runa protección duradera frente a las influencias del medio ambiente, se combinan las células solares normalmente con vidrios de cal sódica y láminas de polímeros adherentes para formar un compuesto estable a la intemperie.

Ahora durante la fabricación de módulos solares aparecen defectos de diferentes tipos, que provocan de manera desfavorable pérdidas de potencia eléctrica internas y de esta manera reducen el rendimiento de módulos solares. La causa esencial de tales pérdidas de potencia son, por ejemplo, cortocircuitos (Shunts), que conducen a una tasa de recombinación localmente elevada de portadores de carga, y resistencias en serie altas, que resultan esencialmente a partir de las resistencias óhmicas de contactos metálicos, líneas de alimentación y material semiconductor así como resistencias de contacto de contactos de semiconductores metálicos. Además, por ejemplo, los defectos mecánicos como grietas, roturas y delaminaciones o variaciones de la calidad del material conducen a pérdidas de potencia.

En la fabricación en serle de módulos solares, en el marco de un control de calidad satisfactorio, en particular para el cumplimiento de determinadas especificaciones de calidad, es importante poder reconocer módulos solares con altas pérdidas de potencia internas. Con esta finalidad se conocen técnicas especiales de medición de infrarrojos, en las que se genera una corriente eléctrica en el módulo solar y por medio de una cámara de infrarrojos se registra una imagen térmica de la superficie del módulo solar. Puesto que todos los procesos elementales en las células solares están unidos siempre con una disipación de calor y los defectos, como cortocircuitos y resistencias en serie están afectados típicamente con una potencia de pérdida relativamente alta, éstos se pueden reconocer a través de una temperatura localmente elevada de la superficie del módulo solar. En la imagen térmica aparecen los defectos, por ejemplo, como lugares (o zonas) más claros (más alientes) ("hot spots"). En la literatura científica se ha descrito ya en detalle este modo de proceder en una pluralidad de publicaciones. Solamente a modo de ejemplo se remite a este respecto al artículo técnico con el título "Quantitative Evaluation of Shunts in Solar Cells by Lock-in Thermography" de O. Breltentein y col. en "Progress in Photovoltaics Research and Applications" (Prog. Photovolt: Res. Appl. 23; 11:515-526) y a los lugares citados allí. Otro antecedente técnico se puede deducir a partir de la solicitud de patente US 21/182421 A1.

En la fabricación en serie de módulos solares se evalúan visualmente, en general, las imágenes térmicas, realizando con la ayuda de la pluralidad de lugares más claros una manifestación cualitativa basada esencialmente sobre experiencias del evaluador sobre su calidad.

La solicitud de patente de los Estados Unidos US 21/21374 A1 describe un procedimiento para el análisis de un sistema fotovoltaico de capas, en el que se evalúa una imagen resuelta localmente de la radiación térmica de una superficie del sistema de capas.

En cambio, el cometido de la presente invención consiste en proporcionar un análisis cuantitativo de los módulos solares, que posibilita una evaluación automática de la calidad de módulos solares. Éstos y otros cometidos se solucionan de acuerdo con la propuesta de la invención por medio de un procedimiento con las características de la reivindicación independiente de la patente. Las configuraciones ventajosas de la invención se indican a través de las características de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la Invención, se muestra un procedimiento para el análisis de evaluación cuantitativa de un sistema de capas para la generación de energía fotovoltaica. En el sistema de capas tiene lugar una separación de los portadores de carga generados o excitones, por ejemplo a través de campos eléctricos internos. El sistema de capas comprende con preferencia al menos una capa de semiconductores que forma de una hetero-transición o bien de una transición-pn, es decir, una secuencia de zonas con diferente tipo de potencia.

En el sistema fotovoltaico de capas se puede tratar, por ejemplo, de una célula solar (individual), de varias células

solares conectadas en serie o como matriz o de un módulo solar que contiene una pluralidad de células conectadas en serie. En particular, en el módulo solar se puede tratar de un módulo solar de capa fina, en el que las células solares están conectadas en serie, por ejemplo, en forma integrada. Tal módulo de capa fina comprende típicamente al menos un sustrato de soporte así como una primera capa de electrodos, una segunda capa de electrodos y al menos una capa de semiconductores dispuesta entre las dos capas de electrodos. Normalmente la capa de semiconductores está dotada con una sustancia de dotación. De manera alternativa, la capa de semiconductores se puede dotar con una sustancia, por ejemplo sodio, que conduce a una dotación intrínseca a través de la formación de defecto propio. Con preferencia, la capa de semiconductores está constituida por un compuesto de calcopirita, en el que se puede tratar especialmente de un semlconductor-l-lll-IV del grupo de cobre-lndlo/gallo-diazufre/diseleniuro (Cu(lnGa)(SSe)2), por ejemplo diseleniuro de cobre-indio (CulnSe2 o bien CIS), (Cu(lnGa)(SSe)2) dotado con sodio o compuestos relacionados.

Pero en el sistema fotovoltaico de capas se puede tratar también de un producto Intermedio en la fabricación de células solares o bien de módulos solares, que comprende al menos una capa de semiconductores que forma una transición-pn.

En el procedimiento de acuerdo con la invención para el análisis de evaluación cuantitativa del sistema fotovoltaico de capas se genera una corriente eléctrica en el sistema de capas, a través de la cual se provoca una potencia de pérdida eléctrica en la zona de defectos del sistema de capas, de manera que los defectos se puede reconocer a través de una temperatura elevada, frente a la temperatura ambiente, de una superficie del sistema de capas. La corriente eléctrica se puede generar a través de la aplicación de una tensión eléctrica en la dirección de bloqueo y/o en la dirección de flujo de la transición-pn al sistema de capas. Pero también es concebible que la corriente en el sistema de capas sea generada si contacto a través de radiación con luz, pudiendo someterse de esta manera especialmente los productos intermedios durante la fabricación de módulos solares, que no disponen todavía de conexiones eléctricas exteriores, de manera sencilla para un análisis de evaluación cuantitativa a través del procedimiento de acuerdo con la invención.

En una relación temporal adecuada para la detección de las pérdidas de potencia generadas a través del flujo de corriente, en particular simultáneamente o casi al mismo tiempo que la generación de corriente se genera por medio de una cámara de formación de imágenes de calor o bien una cámara de infrarrojos una imagen térmica de la radiación de calor de una superficie del sistema fotovoltaico de capas. En los módulos solares se pude... [Seguir leyendo]

I.- Procedimiento para el análisis de evaluación de un sistema fotovoltaico de capas (S), con las siguientes etapas: generación de una corriente eléctrica en el sistema de capas (5);

generación de una imagen resuelta localmente de la radiación térmica de una superficie (1) del sistema de capas

(5);

determinación de una distribución de la intensidad de la radiación térmica, relacionada con el número respectivo de puntos de la imagen con el mismo valor de la intensidad;

determinación de un valor medio/mediana de la intensidad a partir de la distribución de la intensidad;

determinación de un intervalo de la intensidad que se basa en la distribución de la intensidad a través de la aplicación de una regla de cálculo predeterminadle;

determinación de un índice a través de la suma de productos, dados respectivamente por el número de puntos de la imagen con el mismo valor de la intensidad multiplicado por el valor de la intensidad, para todos los valores de la intensidad por encima del valor medio/mediana de la intensidad elevado en el intervalo de la intensidad;

comparación del índice o de un valor de cálculo que se basa en él con un índice de referencia predeterminadle, en el que al sistema de capas está asignado un primer resultado de la evaluación, en el caso de que el índice sea mayor o igual al índice de referencia, o se asigna un segundo resultado de la evaluación en el caso de que el índice sea menor que el índice de referencia.

2 - Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema fotovoltaico de capas (5) comprende al menos una capa de semiconductores que forma una transición-pn.

3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la corriente eléctrica en el sistema de capas (5) es generada mediante la aplicación de una tensión eléctrica en la dirección de bloqueo y/o en la dirección de flujo de la corriente de la transición-pn.

4 - Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que se aplican tensiones con diferente polaridad y/o diferente tamaño.

- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la corriente eléctrica es generada en el sistema de capas (5) a través de radiación del sistema de capas (5) con luz.

6 - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el intervalo de intensidad se calcula sobre la base de una desviación estándar del valor medio/mediana de la distribución de la intensidad.

7 - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se normaliza el índice, por que se divide por un índice general, que resulta a partir de la suma de productos, dados, respectivamente, a través del número de puntos de la imagen con el mismo valor de la intensidad multiplicado por el valor de la intensidad, para todas las intensidades de la distribución de la intensidad.

8.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que como valor de cálculo para la comparación con el índice de referencia se calcula un cociente entre el índice y el índice general.

9.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que como valor de cálculo para la comparación con el índice de referencia se calcula la diferencia entre el índice y el índice general.

1.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que para una pluralidad de secciones diferentes entre sí de la superficie del sistema de capas se calcula en cada caso un índice.

II.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las secciones contienen, respectivamente, al menos una línea de estructuración para la estructuración del sistema de capas.

12.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que se forman secciones separadas, siendo realizada la separación en secciones con líneas de estructuración y secciones con puras porciones de células.

13.- Utilización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12 para el análisis de evaluación de módulos solares, en particular módulos solares de capa fina (5), cuya capa de semiconductores está constituida por un compuesto de calcopirita, en particular (Cu(lnGa)(S,Se)2).