Sistema compuesto para módulos fotovoltaicos.

Sistema compuesto para aplicación fotovoltaica, que está constituido por:

- una lámina de soporte (2),

- una lámina metálica (3), que está aplicada sobre la lámina de soporte (2), y

- una capa de aislamiento (4), que está aplicada sobre la lámina metálica (3) caracterizado porque

- la lámina metálica (3) está provista con una textura superficial,

- la capa de aislamiento (4) está interrumpida en puntos de contacto de la lámina metálica (3), y

- la capa de aislamiento (4) está provista con un medio de unión.

Sistema compuesto para módulos fotovoltaicos

La invención se refiere a un sistema compuesto para módulos fotovoltaicos (PV). El sistema compuesto está constituido por una lámina de soporte, una lámina metálica, que está aplicada sobre la lámina de soporte y una capa de aislamiento, que está aplicada sobre la lámina metálica. Con diferentes técnicas de unión se pueden fijar entonces diferentes células fotovoltaicas (PV) sobre el sistema compuesto y se pueden conectar eléctricamente a través de éste.

Además, la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación del sistema compuesto para módulos PV, así como a la utilización del sistema compuesto para el contacto de células de obleas en el lado trasero, que tienen ambos contactos en el mismo lado y se colocan con estos contactos sobre estructuras de bandas de conductores, que los conectan en un módulo y a la utilización del sistema compuesto para módulos de células capas finas conectadas internamente.

Un módulo PV convierte luz solar directamente en energía eléctrica y contiene como componente más importante varias células-PV (hasta 16 células), que están conectadas entre sí. Las células se agrupan a tal fin en medio de diferentes materiales para formar un compuesto, que cumple varios objetivos: el compuesto forma una cubierta transparente, resistente a la radiación y a la intemperie y proporciona a través del envase correspondiente conexiones eléctricas robustas. Las células PV frágiles y las conexiones eléctricas están protegidas tanto contra influencias mecánicas como también contra la humedad. Adicionalmente, el envase de las células PV permite una refrigeración suficiente de las mismas. Los componentes eléctricos son protegidos contra accesos y los módulos se pueden manipular y fijar mejor. Existen las más diferentes formas de construcción de módulos PV con diferentes tipos de células PV.

En general, los módulos PV poseen una placa de vidrio sobre el lado dirigido hacia el sol (lado frontal), de manera que la mayoría de las veces se utiliza un llamado cristal de seguridad de una hoja (ESG). A través de una capa de plástico transparente, como por ejemplo etileno vinil acetato (EVA) o goma de silicona, ésta está conectada, en general, con las células. En esta capa de plástico están incrustadas las células PV, que están conectadas eléctricamente entre sí a través de cintas de soldadura. Sobre el lado trasero se cierran los módulos con una lámina compuesta de plástico resistente a la intemperie, por ejemplo de fluoruro de polivinilo o de poliéster, o con otra hoja de cristal. Durante la fabricación de módulos PV, éstos son laminados, en general, aproximadamente a 15°C. Durante la laminación se forma a partir de la lámina de EVA lechosa hasta ahora una capa de plástico clara, reticulada tridimensional y que no se puede fundir, en la que están incrustadas las células de PV y que está conectada con la hoja de cristal y con la lámina del lado trasero.

Las células PV mono y policristalinas se fabrican a partir de las llamadas obleas (discos de silicio monocristalinos o policristalinos), como se utilizan en la misma forma o en forma similar también para la fabricación de semiconductores. Estas células de silicio presentan a nivel industrial un rendimiento de hasta 2 % o más y una densidad de podenca de 2 - 5 W/kg. Varias de estas células son conectadas en serien un módulo-PV por medio de cintas de soldadura para formar series individuales (los llamados Strings), hasta que se ha alcanzado la tensión de salida correcta. Varios de tales grupos de células son conectados a continuación en paralelo, para sumar sus corrientes de salida y conducir a las conexiones del módulo. Las líneas utilizadas a tal fin se designan como barras colectoras. Para la conexión en serie de las células debe conectarse, respectivamente, el lado delantero de una célula (por ejemplo, polo negativo) con el lado trasero de la célula siguiente (polo positivo), a cuyo fin se emplean con frecuencia cintas de cobre galvanizadas.

Puesto que la conexión del lado delantero de una célula con el lado trasero de la célula adyacente respectiva es costosa y difícil de automatizar, se trabaja con intensidad en el contacto del lado trasero. Especialmente cuando por razones de ahorro de costes se utilizan obleas cada vez más finas, éstas son más difíciles de manipular en virtud del peligro elevado de rotura. Además, las cintas de conexión que se extienden sobre el lado delantero desconectan una parte de la luz, que no se puede utilizar de esta manera para la generación de corriente, de manera que se reduce el rendimiento de las células y de todo el módulo. Un principio para reducir adicionalmente las pérdidas ópticas, que se producen a través de las cintas necesarias para la conexión en serie, se describe en el documento US 27/125415 A1. En este caso, se emplean las llamadas "Series Recolectoras de Luz", dicho con mayor exactitud cintas que reflejan la luz, que alcanza el contacto en el lado delantero, es decir, que ha sido sombreada, bajo un ángulo tal que se refleja en el lado superior del cristal de cubierta en la célula. A pesar de todo, tales cintas son caras, puesto que presentan una superficie de plata y son difíciles de conectar con las células, sin que se destruya la estructura de la superficie necesaria para la reflexión. Durante el contacto en el lado trasero, el contacto delantero es conducido a través del diseño correspondiente de la célula sobre el lado trasero, de manera que ambos contactos (+/-) son accesibles en el mismo lado. De esta manera, en la fabricación del módulo se pueden emplear las llamadas técnicas "Pick-and-Place", en las que las células pueden ser emplazadas automáticamente sobre la estructura de contacto de un circuito impreso (placa de circuito impreso) y se pueden conectar con ésta a través de uniones de soldadura, de enchufe o de encolado. Un módulo-PV de este tipo con contacto en el lado trasero se describe, por

ejemplo, en el documento EP 1 449 261 B1. El contacto se realiza solamente todavía desde un lado, lo que simplifica la manipulación y al mismo tiempo elimina el sombreado a través de las cintas.

Las placas de circuitos impresos, que están dispuestas detrás de cada célula, prestan a las obleas adicionalmente estabilidad, lo que repercute de manera ventajosa especialmente en el caso de obleas finas. Sin embargo, tales placas de circuitos impresos son caras y deben conectarse de nuevo entre sí, lo que o bien hace necesarias las conexiones de placas de circuitos impresos individuales o presupone placas de circuitos impresos muy grandes (del tamaño del módulo), que son correspondientemente costosas de fabricar. Además, estos módulos de células de obleas están constituidos por muchos componentes diferentes, que deben procesarse en etapas de trabajo individuales, respectivamente, lo que es costoso e intensivo de costes. De acuerdo con ello, el cometido de la presente invención es solucionar los inconvenientes mencionados del estado de la técnica, y permitir una estructura más sencilla y más económica de módulos de células de obleas, en particular en el caso de células de obleas cada vez más finas. Sin embargo, con la utilización de obleas cada vez más finas hay que partid de que una parte de la luz no es absorbida ya en la oblea, sino que penetra a través de ésta. Por lo tanto, es deseable reflejar esta luz de nuevo en la célula, donde se puede absorber otra parte.

En oposición a las células-PV mono y policristalinas (células de oblea), las llamadas células de capas finas están constituidas la mayoría de las veces de una capa fina de semiconductores de silicio amorfo y/o de silicio moncristalino (a-Si o bien p-Si), pero también telururo de cadmio (CdTe), diselenio de cobre-indio (CIS) otros materiales. El rendimiento modular de módulos de capa fina está, en virtud del espesor reducido de la capa de silicio o bien de la capa de semiconductores entre 5 y 7 % y la densidad de potencia alcanza hasta 2 W/kg. Por medio de la combinación de silicio amorfo con silicio cristalino, como por ejemplo silicio microcristalino, se pueden conseguir a través de un aprovechamiento mejorado del espectro de la luz rendimientos más elevados de hasta 1 %. En la fabricación de módulos de capa fina se aplica la capa activa de semiconductores, típicamente silicio amorfo y/o silicio microcristalino, con procesos especiales de recubrimiento sobre una placa de vidrio o sobre un soporte flexible, típicamente bandas de acero o de cobre. Una ventaja en la fabricación de módulos en la tecnología de capa fina es la conexión sencilla de las células. Después del recubrimiento con el material activo se divide aquél por medio de procesos especiales de láser en células,... [Seguir leyendo]

1.- Sistema compuesto para aplicación fotovoltaica, que está constituido por:

una lámina de soporte (2),

una lámina metálica (3), que está aplicada sobre la lámina de soporte (2), y una capa de aislamiento (4), que está aplicada sobre la lámina metálica (3) caracterizado porque

la lámina metálica (3) está provista con una textura superficial,

la capa de aislamiento (4) está interrumpida en puntos de contacto de la lámina metálica (3), y la capa de aislamiento (4) está provista con un medio de unión.

2.- Sistema compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el medio de unión sobre la capa de aislamiento (4)

se trata de un adhesivo.

3.- Sistema compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa de aislamiento (4)

está constituida de un material transparente y aislante de electricidad, con preferencia de un plástico o una resina sintética, de manera especialmente preferida de una resina epóxido, o de una capa de sol-gel o de una capa dieléctrica, y/o en la zona de longitudes de onda de 4 nm a 1 nm presenta un índice de refracción de > 1,6, o

en el que la capa de aislamiento (4) está constituida de un plástico, que presenta propiedades adherentes, con preferencia de polivinilbutiral (PVB).

4.- Sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la lámina de soporte

(2) está constituida de

polivinilbutiral, fluoruro de polivinilo, etileno vinil acetato o de un plástico con propiedades térmicas y físicas comparables, o

de polietileno tereftalato en forma de poliéster orientado biaxialmente (boPET), y/o está recubierta sobre el lado trasero, con preferencia con aluminio.

- Sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la lámina metálica

(3) está constituida de

cobre, aluminio o plata, o con preferencia de estaño o de una aleación de estaño, o de una lámina de estaño plaqueada; y/o

de un espesor mayor que 5 pm, con preferencia de 1 pm a 2 pm; y/o

está provista con una capa, que eleva la reflexión, de manera que con preferencia se trata de dióxido de silicio y/o de dióxido de titanio, de manera que la capa sobre la lámina metálica (3) presenta con preferencia una reflexión de > 8 % en la zona de longitudes de onda de 3 nm a 1 nm; y/o está provista con una textura de la superficie, que está constituida con preferencia de estructuras tridimensionales, regulares o irregulares, en particular con preferencia de pirámides o semiesferas, de manera que la textura presenta con preferencia una altura de 5 pm a 1 pm, de manera especialmente preferida una distribución aleatoria de la altura de 5 pm a 1 pm y/o de pirámides con un ángulo del vértice de < 14°; y/o

está provista con una textura superficial, que está constituida con preferencia de estructuras tridimensionales, regulares o irregulares, con preferencia de pirámides o semiesferas, de manera que la textura presenta con preferencia una altura de máximo 1 nm, de manera que la textura de la superficie y/o las pirámide so semiesferas presentan de manera especialmente preferida una distribución aleatoria de la altura de 1-1 nm, con preferencia de 1-1 nm.

6.- Procedimiento para la fabricación de un sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 para módulos-PV que contiene las siguientes etapas del procedimiento:

fabricación de una lámina metálica (3),

conexión de una lámina metálica (3) con una lámina de soporte (2) a través de una conexión adhesiva, conexión de la lámina metálica (3) y la lámina de soporte (2) con una capa de aislamiento (4) a través de una unión adhesiva, y

apertura de la capa de aislamiento (4) para contacto.

7.- Procedimiento para la fabricación de un sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 para módulos-PV que contiene las siguientes etapas del procedimiento:

fabricación de una lámina metálica (3),

conexión de una lámina metálica (3) con una capa de aislamiento (4) a través de una unión adhesiva, conexión de la lámina metálica (3) y de la capa de aislamiento (4) con una lámina de soporte (2) a través de una unión adhesiva, y

apertura de la capa de aislamiento (4) para contacto.

8.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque

durante o después de la unión de la lámina metálica (3) y de la lámina de soporte (2) se corta una estructura de banda de conductores (12), con preferencia por medio de un procedimiento con láser en la lámina metálica (3); y/o

antes o después de la unión de la lámina de soporte (2) con la lámina metálica (3) se estampa una textura de reflector en la lámina metálica (3); o

la capa de aislamiento (4) presenta sobre el lado dirigido hacia la lámina metálica (3) una textura de reflector, que se transmite durante la unión sobre la lámina metálica (3); y/o se perfora la lámina metálica (3); y/o

se recorta la lámina metálica (3) en la dirección de transporte durante la unión con la lámina de soporte (2), con preferencia por medio de un procedimiento con láser; y/o la lámina de soporte (2) está constituida de polivinilbutiral; y/o

como capa de aislamiento (4) se emplea una resina sintética, con preferencia una resina epóxido, que se endurece por medio de temperatura y/o radiación-UV; o

la capa de aislamiento (4) está constituida de una capa dieléctrica, que se aplica por medio de un procedimiento-PVD; y/o

para el establecimiento de una conexión eléctrica (1) entre el sistema compuesto y las células-PV (5, 8) se utiliza un adhesivo conductor de electricidad, que se endurece térmicamente sobre los orificios de contacto, o se realiza a través de un proceso de soldadura por láser; y/o

el sistema de conexión con las células-PV (5, 8) se conecta a través de laminación o presado, de modo que resulta una conexión de las células-PV (5, 8) para formar el módulo.

9.- Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque durante el proceso de laminación en una etapa del procedimiento se establecen adicionalmente

conexiones eléctricas (1) entre el sistema compuesto y las células-PV (5, 8), con preferencia por medio de soldadura, de manera especialmente preferida utilizando soldadura que se funde a baja temperatura; se cierra el módulo hacia atrás; se coloca el cristal de cubierta (6) y/o se realiza la incrustación de las células-PV (8).

- Utilización de un sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 para el contacto del lado trasero de módulos de células de obleas, caracterizada porque

una célula de obleas (8), que tiene ambos contactos (9, 14) sobre el mismo lado se coloca con estos contactos sobre la estructura de banda de conductores (12) y se conecta con ésta; y/o la célula se adhiere durante el montaje sobre la capa de aislamiento y se fija de esta manera; y/o la lámina de soporte (2) forma el cierre trasero del módulo como protección contra influencias del medio ambiente, o

la lámina de soporte (2) establece una unión mecánica fija con una cubierta trasera del módulo.

11.- Utilización de un sistema compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 para la generación de barras colectoras en módulos de células de capa fina, caracterizada por que

la capa de aislamiento (4) está abierta en los lados longitudinales de los bordes del módulo para el cotnacto (17) de la lámina metálica (3, 18), y

la lámina metálica (3, 18) está dividida en el lado longitudinal en dos partes y de esta manera resulta una estructura de banda de conductores, que sirve como barra colectora, de manera que la lámina metálica sirve al mismo tiempo como reflector.

12.- Utilización de un sistema compuesto de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque

la lámina de soporte (2) compensa la diferencia de espesor en los bordes del módulo, que se provoca debido a la ausencia de la capa de aislamiento en los bordes del módulo de células de capa fina; y/o la lámina metálica (3) contacta (17) con la capa activa (5) en segmentos o a través de toda la longitud del módulo en los bordes del módulo; y/o

la lámina de soporte (2) forma el cierre trasero del módulo como protección contra influencias del medio ambiente, o

la lámina de soporte (2) establece una unión mecánica fija con una cubierta trasera del módulo.