Sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas.

Sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas,

comprendiendo:

- una lámina de metal (3),

- una capa de aislamiento (4), estando

- la capa de aislamiento (4) dispuesta sobre la lámina de metal (3), y

- al menos dos células fotovoltaicas (5a, 5b)

caracterizado por que

- una primera célula fotovoltaica (5a) está dispuesta sobre la capa de aislamiento (4), presentando

- la capa de aislamiento (4) por debajo de la primera célula fotovoltaica (5a) aberturas de contacto, para garantizar una conexión eléctrica de la lámina de metal (3), que se encuentra debajo de la capa de aislamiento (4), con el lado inferior de la primera célula fotovoltaica (5a), que se encuentra sobre la capa de aislamiento, y

- presentando la lámina de metal (3) al menos un dedo de conexión (10), sobre una segunda célula fotovoltaica adyacente, en el que la superficie de material plástico está intacta, descansando

- el dedo de conexión (10) de la lámina de metal sobre el lado superior de la segunda célula fotovoltaica (5b) adyacente, y

- extendiéndose la capa aislante (4), sobre la cual descansa la primera célula fotovoltaica (5a), por encima del al menos un dedo de conexión (10) sobre la segunda célula fotovoltaica (5b) adyacente.

Sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas

La presente invención se refiere a un sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas (FV) con al menos una lámina de metal y al menos una capa de aislamiento, estando dispuesta la capa de aislamiento sobre la lámina de metal, así como con al menos dos células fotovoltaicas. Del mismo modo es objeto de la Invención un procedimiento para producir el sistema de láminas según la invención. En el documento US-A-2007/0283997 se divulga un sistema de láminas de este tipo. Un módulo FV transforma la luz del sol directamente en energía eléctrica y comprende como componente más importante varias células FV (hasta 60 células), que están interconectadas entre sí. Las células se empaquetan para ello mediante diferentes materiales y se unen dando lugar a una unión, que cumple varios fines: la unión forma una cubierta transparente resistente a la radiación y a la intemperie, y ofrece debido al correspondiente envoltorio, conexiones eléctricas robustas. Las células FV quebradizas y las conexiones eléctricas se protegen tanto frente a influencias mecánicas, como también frente a la humedad. Los componentes eléctricos se protegen frente a accesos y los módulos pueden manejarse y fijarse mejor. Existen las formas de construcción más diferentes de módulos FV con los más diferentes tipos de células FV.

Por regla general, los módulos FV tienen una placa de vidrio en el lado dirigido hacia el sol (lado frontal), utilizándose habitualmente un llamado cristal de seguridad monocapa (ESG por sus siglas en alemán). Ésta está unida normalmente con las células mediante una capa de material plástico transparente, como por ejemplo, etilenovinilacetato (EVA) o goma de silicona. En esta capa de material plástico se incorporan las células FV, que están interconectadas entre sí eléctricamente mediante tiras de soldadura. En el lado posterior se completan los módulos con una lámina de material compuesto de material plástico resistente a la intemperie, por ejemplo, de fluoruro de polivinilo o poliéster, o con otro panel de vidrio. Durante la fabricación de módulos FV, éstos se laminan por norma general a aproximadamente 150°C. Durante la laminación se forma a partir de la lámina de EVA hasta ese momento lechosa, una capa de material plástico clara, tridimensionalmente retlculada y ya no fundible, en la que están integradas las células FV y que está unida firmemente con el panel de vidrio y con la lámina del lado posterior.

Las células FV mono y policristalinas se producen a partir de las llamadas obleas (obleas de silicio monocristalinas o policristalinas), como se utilizan de la misma forma o similar también para la fabricación de semiconductores. Estas células de silicio presentan una eficiencia a gran escala de hasta un 20% o más y una densidad de potencia de 20- 50 W/kg. Varias de estas células se conectan en serie en un módulo FV mediante tiras de soldadura dando lugar a cadenas Individuales (los llamados strings), hasta que se alcanza la tensión de salida correcta. Varios de estos grupos de células se conectan acto seguido o bien nuevamente en serie o en paralelo, adicionándose en el primer caso las tensiones y en el segundo caso las corrientes de salida y conduciéndose a las conexiones del módulo. Las conducciones utilizadas para ello se conocen como barras colectoras. Para el encadenamiento de las células, los contactos tienen que unirse respectivamente en el lado frontal de una célula (por ejemplo, polo negativo) con los contactos del lado posterior de la siguiente célula (polo positivo), utilizándose a menudo tiras de cobre estañadas que tienen típicamente un grosor de hasta 200 pm. En general, estos contactos están configurados como líneas metalizadas de aproximadamente 2 mm de ancho, que se extienden por toda la longitud de la célula, las llamadas líneas de contacto. También pueden proporcionarse por cada polo dos o también tres de estas líneas de contacto. Las células FV con este tipo de disposición de conexión también se denominan como las llamadas células H.

Dado que las tiras no pueden presentar cualquier anchura debido al sombreado en el lado anterior de la célula, tienen que presentar un determinado grosor, para que la resistencia eléctrica de la conexión no sea demasiado alta, típicamente de hasta 200 pm. El aumento del grosor de las tiras tiene sin embargo, ciertas desventajas. Por un lado, la distancia entre las células está determinada también por el espacio que es requerido por la flexión de las tiras desde el lado frontal al posterior. Debido a ello, la distancia entre las células no puede quedar por debajo de típicamente 3 mm. Las células están dispuestas además, sobre las tiras relativamente gruesas y delgadas, lo cual aumenta el estrés mecánico en las células durante el proceso de laminación. En el caso de las células que tienden a ser cada vez más delgadas, esto puede conducir a un aumento de las fracturas en las células, y con ello a averías de los módulos en una etapa tardía de la producción del módulo. En los procedimientos habituales hoy en día, se unen además, primeramente las células entre sí mediante las tiras dando lugar a una cadena, que se transfiere entonces al módulo. Este proceso es laborioso y propenso a errores.

La tarea de la presente invención ha sido por lo tanto, proporcionar una posibilidad para crear una interconexión de las células de oblea fotovoltaicas dando lugar a módulos FV, que supera las desventajas del estado de la técnica.

Esta tarea se soluciona mediante el sistema de láminas según la invención para poner en contacto células fotovoltaicas, comprendiendo una lámina de metal, una capa de aislamiento, estando dispuesta la capa de aislamiento sobre la lámina de metal, y al menos dos células fotovoltaicas. Una primera célula fotovoltaica se encuentra en este caso sobre la capa de aislamiento, presentando la capa de aislamiento aberturas (aberturas de contacto) por debajo de una célula fotovoltaica, para garantizar una conexión eléctrica de la lámina de metal, que se encuentra por debajo de la capa de aislamiento, con la al menos una línea de contacto en el lado inferior de la primera célula fotovoltaica, que se encuentra sobre la capa de aislamiento. Las aberturas de contacto se encuentran en este caso debajo de una línea de contacto del lado inferior de la célula. La lámina de metal presenta en este caso

al menos un dedo de conexión, disponiéndose el al menos un dedo de conexión de la lámina de metal, que se encuentra por debajo de la primera célula fotovoltaica, sobre la al menos una línea de contacto en el lado anterior de una segunda célula fotovoltaica, y encontrándose la capa de aislamiento, sobre la cual se encuentra la primera célula fotovoltaica, por encima del al menos un dedo de conexión de la segunda célula fotovoltaica adyacente. Se prefiere en este caso, que sobre la parte inferior y la parte superior de una célula FV, se proporcione la misma cantidad de líneas de contacto.

En el sistema de láminas según la invención, para poner en contacto células fotovoltaicas, se utiliza por lo tanto, una lámina de metal, sobre cuyo lado superior hay dispuesta una capa de aislamiento. Cada célula FV de un módulo FV producido con el sistema de láminas según la invención, descansa con el lado inferior sobre la capa de aislamiento, debajo de la cual se encuentra la capa de metal, y sobre el lado anterior (lado superior) se disponen los dedos de conexión. En la zona, que descansa respectivamente sobre el lado anterior de una célula FV, se elimina la capa de metal mediante un procedimiento de láser o de grabado, de manera que solo quedan los dedos de conexión. Dado que los dedos de conexión consisten en la capa de metal, por encima de los dedos de conexión se encuentra por lo tanto la capa de aislamiento.

En el sentido de esta invención ha de entenderse con los dedos de conexión, las franjas de metal que quedan tras el mecanizado mediante láser o grabado, que descansan mediante las líneas de metal (líneas de contacto), sobre el lado anterior de las células y entran en contacto con éstas. Estas líneas representan el contacto en el lado anterior de la célula FV y se extienden por toda la longitud de la célula. Pueden proporcionarse por cada polo dos o más de estas líneas de contacto. En este caso, las líneas de contacto se encuentran en el lado anterior de una célula como continuación de las líneas de contacto del lado posterior de la célula adyacente.

Mediante la combinación del conductor plano en el lado posterior de las células FV y la geometría de las tiras debido a los dedos de conexión en el lado anterior de las células FV, puede reducirse en general el grosor... [Seguir leyendo]

1. Sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas, comprendiendo:

- una lámina de metal (3),

- una capa de aislamiento (4), estando

- la capa de aislamiento (4) dispuesta sobre la lámina de metal (3), y

- al menos dos células fotovoltaicas (5a, 5b)

caracterizado por que

- una primera célula fotovoltalca (5a) está dispuesta sobre la capa de aislamiento (4), presentando

- la capa de aislamiento (4) por debajo de la primera célula fotovoltaica (5a) aberturas de contacto, para garantizar una conexión eléctrica de la lámina de metal (3), que se encuentra debajo de la capa de aislamiento (4), con el lado inferior de la primera célula fotovoltaica (5a), que se encuentra sobre la capa de aislamiento, y

- presentando la lámina de metal (3) al menos un dedo de conexión (10), sobre una segunda célula fotovoltaica adyacente, en el que la superficie de material plástico está intacta, descansando

- el dedo de conexión (10) de la lámina de metal sobre el lado superior de la segunda célula fotovoltaica (5b) adyacente, y

- extendiéndose la capa aislante (4), sobre la cual descansa la primera célula fotovoltaica (5a), por encima del al menos un dedo de conexión (10) sobre la segunda célula fotovoltaica (5b) adyacente.

2. Sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas según la reivindicación 1, caracterizado por que

- hay dispuestas varias células fotovoltaicas (5a, 5b) unas junto a otras sobre la capa de aislamiento (4), presentando

- la capa de aislamiento (4) por debajo de la primera fila de células fotovoltaicas (5a) aberturas de contacto para garantizar una conexión eléctrica de la lámina de metal (3), que se encuentra debajo de la capa de aislamiento (4), con el lado inferior de la primera fila de células fotovoltaicas (5a), que se encuentran sobre la capa de aislamiento (4), y

- presentando la capa de metal (3) al menos un dedo conexión (10) por cada célula fotovoltaica (5a, 5b), presentando la lámina de metal (3) al menos un dedo de conexión (10) sobre una segunda célula fotovoltaica adyacente, en el que la superficie de material plástico está intacta, y

- descansando los dedos de conexión (10) de la lámina de metal (3) respectivamente sobre el lado superior de la segunda célula fotovoltaica (5b), y

- extendiéndose la capa de aislamiento (4), sobre la que se encuentra la primera fila de células fotovoltaicas (5a), por encima de los dedos de conexión (10) en la fila adyacente de células fotovoltaicas (5b).

3. Sistema de láminas según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la lámina de metal (3)

- se elimina de tal manera, preferiblemente mediante procedimiento de láser o un proceso de grabado, que se forma al menos un dedo de conexión, manteniéndose intacta la superficie de material plástico; y/o

- presenta dos o tres dedos de conexión (10) conductores para la conexión al lado anterior de las células; y/o

- consiste en cobre y/o aluminio; y/o

- presenta un grosor de al menos 25 pin, preferiblemente de 25 pm a 250 pm, de manera particularmente ventajosa de 50 pm a 100 pm;

4. Sistema de láminas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la lámina de metal (3)

- está provista de un revestimiento, preferiblemente de cobre puro o aleado o de aleaciones de níquel; y/o

- está provista de una capa que aumenta la reflexión, tratándose preferiblemente de dióxido de silicio y/o de dióxido de titanio, presentando la capa sobre la lámina de metal (3) preferiblemente una reflexión de > 80% en el rango de longitud de onda de 300 nm a 1000 nm.

5. Sistema de láminas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la lámina de metal (3)

- está provista de una textura de la superficie, que consiste preferiblemente en estructuras tridimensionales, regulares o irregulares, de manera particularmente preferida en pirámides o semiesferas, presentando la textura preferiblemente una altura de 5 pm a 10 pm, de manera particularmente preferida una distribución de altura aleatoria de 5 pm a 10 pm y/o consistiendo en pirámides con un ángulo de vértice de < 140°; o

- está provista de una textura de la superficie, que consiste preferiblemente en estructuras tridimensionales, regulares o irregulares, preferiblemente en pirámides o semiesferas, presentando la textura preferiblemente una altura de como máximo 1000 nm, presentando la textura de la superficie y/o las pirámides o semiesferas de manera particularmente preferida una distribución de altura aleatoria de 10-1000 nm, preferiblemente de 100- 1000 nm.

6. Sistema de láminas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de aislamiento (4)

- está provista de un agente de unión, tratándose en el caso del agente de unión sobre la capa de aislamiento (4), de un adhesivo; y/o estando configurada la capa de aislamiento (4) de manera adhesiva.

7. Sistema de láminas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de aislamiento (4)

- consiste en un material transparente y eléctricamente aislante, preferiblemente un material plástico o una resina sintética, de manera particularmente preferida una resina epoxl, o en una capa sol-gel o una capa dieléctrica.

8. Sistema de láminas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de aislamiento (4)

- consiste en un material plástico, que presenta propiedades adhesivas, preferiblemente en butlral de polivinilo (PVB), y/o en copolímeros, preferiblemente EVA, y/o en materiales plásticos a base de silicona y/o en materiales plásticos termoplásticos, por ejemplo, ionómeros; y/o

- es ópticamente transparente en el rango de 400 nm a 1100 nm.

9. Procedimiento para la producción de un sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas según una de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo los siguientes pasos:

- aplicación de una capa de aislamiento (4) sobre una lámina de metal (3) mediante una unión adhesiva, y

- apertura de la capa de aislamiento (4) para el contacto con la lámina de metal (3),

- eliminación de la lámina de metal (3) en la zona que descansa sobre un lado anterior de una célula fotovoltaica (5a, 5b), utilizando un proceso de láser o un proceso de grabado, de modo que surge al menos un dedo de conexión (10),

- colocación de una célula fotovoltaica (5a) con un agente de unión sobre la capa de aislamiento (4) y fijación de la célula fotovoltaica (5a) mediante tratamiento térmico sobre la capa de aislamiento (4),

- plegado de la zona no ocupada por la célula fotovoltaica (5a) de la lámina, consistente en capa de aislamiento (4) y lámina de metal (3), hacia una célula fotovoltaica (5b) adyacente, de manera que cada célula fotovoltaica (5a, 5b) está conectada en su lado inferior con una capa de aislamiento (4) y la lámina de metal dispuesta debajo, así como en su lado anterior con al menos un dedo de conexión (10) de la misma lámina de metal y de la capa de aislamiento (4) dispuesta sobre ella.

10. Procedimiento para la producción de un sistema de láminas para poner en contacto células fotovoltaicas según una de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo los siguientes pasos:

- aplicación de una capa de aislamiento (4) sobre una lámina de metal (3) mediante una unión adhesiva, y

- apertura de la capa de aislamiento (4) para la puesta en contacto con la lámina de metal (3),

- eliminación de la lámina de metal (3) en la zona que descansa sobre un lado anterior de una célula fotovoltaica (5a), mediante un proceso de láser o un proceso de grabado, de modo que surge al menos un dedo de conexión (10),

- medición de la lámina, consistente en lámina de metal (3) y en la capa de aislamiento (4), de manera que pueda alojar en su anchura varias células FV (5a, 5b) unas junto a otras,

- colocación de varias células fotovoltaicas (5a, 5b) con un agente de unión sobre la capa de aislamiento (4) y fijación de la célula fotovoltaica (5a) mediante tratamiento térmico sobre la capa de aislamiento (4),

- plegado de la zona no ocupada por la célula fotovoltaica (5a) de la lámina, consistente en capa de aislamiento (4) y lámina de metal (3), hacia una fila adyacente de células fotovoltaicas (5b), de manera que cada célula fotovoltaica (5a, 5b) está conectada en su lado inferior con una capa de aislamiento (4) y la lámina de metal (3) dispuesta debajo, así como en su lado anterior con al menos un dedo de conexión (10) de la misma lámina de metal y de la capa de aislamiento (4) dispuesta sobre ella.

11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque

- la apertura de la capa de aislamiento (4) para la puesta en contacto con la lámina de metal (3) se realiza en la zona, en la que descansa un lado inferior de una célula fotovoltaica (5a, 5b); y/o

- la colocación de una célula fotovoltaica (5a, 5b) con un agente de unión sobre la capa de aislamiento (4) se produce de tal manera, que la al menos una línea de contacto del lado inferior de una célula FV (5a, 5b) descansa sobre las aberturas de contacto (9) de la lámina.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque

- una célula fotovoltaica (5a, 5b) está provista en las superficies de contacto con la lámina de metal (3) de un agente de contacto, preferiblemente de adhesivo conductor o pasta de soldadura; y/o

- una célula fotovoltaica (5a, 5b) se fija mediante un tratamiento térmico sobre la lámina consistente en la capa de aislamiento (4) y la lámina de metal (3).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por que

- las células fotovoltaicas (5a, 5b) preparadas para el contacto con los sistemas de láminas consistentes en la capa de aislamiento (4) y en la lámina de metal (3), se colocan sobre el lado posterior del módulo, consistente en

una parte final del módulo del lado posterior y en una lámina de incorporación, colocándose los dedos de

conexión (10) sobre la al menos una línea de contacto, preparada para el contacto, de la superficie anterior del lado anterior de las células de la correspondiente célula adyacente, y fijándose preferiblemente mediante tratamiento térmico; y/o

- el módulo se provee de una capa de incorporación (6) y de un vidrio frontal (7); y/o

- las capas se unen entre sí mediante proceso de laminación.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por que

- se graba una textura de reflector en la lámina de metal (3); o

- la capa de aislamiento (4) presenta en el lado dirigido hacia la lámina de metal (3) una textura de reflector, que

se transfiere a la lámina de metal durante la conexión.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado por que

- como capa de aislamiento (4) se utiliza una resina sintética, preferiblemente una resina epoxi, que se endurece

mediante temperatura y/o radiación UV; o

- la capa de aislamiento (4) consiste en una capa dieléctrica, que se aplica mediante un procedimiento PVD; y/o

- para la producción de una conexión eléctrica entre el sistema de unión y las células fotovoltaicas (5a, 5b) se utiliza un adhesivo endurecible térmicamente, conductor eléctricamente o una plomada de baja fusión sobre las

aberturas de contacto (9), o se produce mediante un proceso de soldadura láser.