Ensamblaje mejorado de células fotovoltaicas.
Un ensamblaje de células fotovoltaicas que comprende:
una pluralidad de células fotovoltaicas (20) que comprende:
una porción fotoactiva (24) con una superficie superior (26);
una estructura colectora superior (28) sobre la superficie superior (26), y
una capa de sustrato conductor opuesta (22) sobre un lado de la porción fotoactiva (24) opuesto a la superficie superior (26);
una primera lámina conductora (60) con una primera superficie (66), en donde la primera lámina conductora (60) está plegada al menos una vez a lo largo de su dimensión mayor, y en donde el al menos un pliegue forma un ángu10 lo α entre 0º y 45º;
en donde la primera superficie (66) está en contacto con la estructura colectora superior (28) y/o la superficie superior (26) de una primera célula fotovoltaica (20) y la capa de sustrato conductor opuesta (22) de una segunda célula fotovoltaica adyacente (20); además en donde al menos una porción de la primera superficie (66) se mantiene en contacto con las células por medio de un adhesivo, y
en donde la pluralidad de células fotovoltaicas (20) incluye cada una además un borde delantero (32) y un borde trasero (34), en donde la lámina conductora (60) está en contacto con la primera célula fotovoltaica (20) en el borde trasero (34) y la lámina conductora (60) está en contacto con la capa de sustrato conductor opuesta (22) de la segunda célula fotovoltaica adyacente (20) en el borde delantero (32), en donde además el borde delantero (32) de la segunda célula fotovoltaica adyacente (20) está solapado con el borde trasero (34) de la primera célula fotovoltaica (20) y la longitud de la lámina conductora (60) en contacto con el borde trasero (34) es de 50 a 100 por ciento de la longitud del borde trasero (34).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/049485.
Solicitante: Dow Global Technologies LLC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 2040 DOW CENTER MIDLAND, MI 48674 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: DEGROOT,MARTY, LANGLOIS,MARC GUY.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/05 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 eléctricas 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). › Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaico, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodos H01L 31/0224; interconexión eléctrica de células solares de película delgada formadas sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptados para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36).
PDF original: ES-2546311_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Ensamblaje mejorado de células fotovoltaicas Campo de la invención La presente invención se refiere a un ensamblaje mejorado de células fotovoltaicas (FV) , más particularmente a un ensamblaje mejorado de células fotovoltaicas que interconecta una pluralidad de células utilizando un elemento conductor plegado o doblado para conectar el sustrato conductor inferior a los elementos conductores superiores de una célula adyacente.
Antecedentes Las células solares de película fina proporcionan varias ventajas, especialmente cuando se utilizan en aplicaciones fotovoltaicas integradas en edificios -es decir, dispositivos que están integrados en estructuras de edificios, por ejemplo, como tejas para tejados o revestimientos de paredes exteriores. Una de dichas ventajas es que estas composiciones tienen una alta sección transversal para absorber la luz incidente. Es decir, las capas fotovoltaicas que son muy finas pueden absorber y convertir en electricidad un porcentaje relativamente alto de la luz incidente. Por ejemplo, en muchos dispositivos de células solares de películas finas, las capas fotovoltaicas pueden tener un espesor en el intervalo de alrededor de 1 µm a alrededor de 4 µm. Estas capas finas permiten que los dispositivos que las incorporan sean flexibles.
El método convencional para el ensamblaje de células fotovoltaicas es el método llamado de cadena y lengüeta, en el cual se conectan las células solares entre sí usando cintas (ómnibus) de alambre planas revestidas de estaño o aleación de soldar y se unen por soldadura fuerte y/o por otro material adhesivo, tal como una resina epoxi conductora. La cinta de alambre se une típicamente a las localizaciones de las barras ómnibus sobre una rejilla conductora que se aplica a la superficie de la célula. Se cree que la sección transversal del alambre puede estar limitada de tal manera que los alambres más gruesos son demasiado rígidos y los alambres delgados y anchos ocultan demasiada luz. El resultado neto es que las pérdidas de resistencia en la interconexión, así como la cantidad de área de superficie de la célula activa que está bloqueada por la cinta puede explicar una reducción significativa en el rendimiento del ensamblaje de células fotovoltaicas (por consiguiente del dispositivo FV) . El proceso de cadena y lengüeta es particularmente adecuado para uso en aplicaciones fotovoltaicas, en donde las células fotovoltaicas son rígidas. Este proceso puede ser difícil de utilizar con células solares de película fina porque la cadena de células en serie resultante puede ser frágil y susceptible a la pérdida del contacto de la cinta FV con la célula solar. Además, el aspecto de las grandes cintas ómnibus sobre la superficie del dispositivo FV puede ser estéticamente indeseable para los clientes.
Un método para interconectar células solares de película fina es el método llamado de "tejamiento", en donde la superficie conductora inferior de una célula solar está en contacto con la superficie superior de una célula adyacente. De nuevo, este proceso puede dar como resultado interconexiones de células solares que sean susceptibles de pérdida de contacto entre los dispositivos.
Entre la bibliografía referente a esta tecnología están incluidos los siguientes documentos de patentes: US 6.936.761; U.S. 7.022.910; U.S. 7.432.438; Publicaciones de U.S. 2007/0251570; 2009/00025788; y 2009/0255565.
Sumario de la invención La presente invención se refiere a un ensamblaje mejorado de células fotovoltaicas que aborda al menos uno o más de los problemas descritos en los párrafos anteriores.
Se cree que un beneficio potencial de la presente invención sobre la técnica anterior es que el ensamblaje de células fotovoltaicas del invento está construido y configurado de tal modo que los planos horizontales de las células solares no necesitan estar sustancialmente en el mismo plano para mantener la conexión eléctrica entre las células fotovoltaicas. Esto proporciona grados de libertad adicionales respecto a la flexibilidad del módulo, además de la flexibilidad proporcionada por las células solares flexibles. La flexibilidad adicional es proporcionada por un elemento de interconexión conductor que está plegado (o doblado) al menos una vez, preferiblemente alrededor del eje longitudinal (es decir, el eje paralelo a la dimensión más larga) . Se considera que el pliegue (o pliegues) puede no estar localizado en el centro del elemento de interconexión conductor ni a lo largo de su eje longitudinal, siempre que dicho elemento esté plegado al menos una vez. El ensamblaje de células fotovoltaicas descrito en esta memoria también carece de grandes cintas ómnibus que obstruyen la luz que entra en la célula. La ausencia de las cintas ómnibus también puede hacer que el dispositivo FV sea estéticamente más atractivo en comparación con los productos convencionales preparados usando el método de cadena y la lengüeta. Además, el uso de este método puede reducir la cantidad de tinta conductora de plata aplicada a la rejilla al eliminar las grandes barras ómnibus de plata que se aplican generalmente para ensamblajes de células fotovoltaicas preparados utilizando el método de cadena y lengüeta. Se considera que la cadena de células puede ser encapsulada en un estratificado de polímero después de la aplicación de los elementos conductores. Una ventaja adicional considerada puede ser mejorar la resistencia a los ciclos térmicos y al tratamiento con calor húmedo sobre las conexiones adhesivas o soldadas con aleación que pueden ser susceptibles a la degradación bajo estos tipos de tensiones ambientales.
Por consiguiente, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un ensamblaje de células fotovoltaicas que incluye al menos una pluralidad de células fotovoltaicas, incluyendo dichas células al menos una porción fotoactiva con una superficie superior, una estructura colectora superior sobre la superficie superior y una capa de sustrato conductor opuesta sobre un lado de la porción fotoactiva opuesto a la superficie superior; una primera lámina conductora con una primera superficie y en donde la primera lámina conductora está plegada al menos una vez a lo largo de su dimensión mayor y en donde al menos un pliegue forma un ángulo entre 0º y 45º; en donde la primera superficie está en contacto con la estructura colectora superior y/o la superficie superior de una primera célula fotovoltaica y la capa de sustrato conductor opuesta de una segunda célula fotovoltaica adyacente; en donde además al menos una porción de la primera superficie se mantiene en contacto con las células por medio de un adhesivo; y en donde la pluralidad de células fotovoltaicas incluye además cada una un borde delantero y un borde trasero, en donde la lámina conductora está en contacto con la primera célula fotovoltaica en el borde trasero y la lámina conductora está en contacto con la capa de sustrato conductor opuesta de la segunda célula fotovoltaica adyacente en el borde delantero; el borde delantero de la segunda célula fotovoltaica adyacente está solapado con el borde trasero de la primera célula fotovoltaica y la longitud de la lámina conductora en contacto con el borde trasero es de 50 a 100 por ciento la longitud del borde trasero.
Por consiguiente, de acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método de fabricación de un ensamblaje fotovoltaico, que incluye las etapas de: (a) proporcionar al menos dos células solares, incluyendo las al menos dos células solares una porción fotoactiva con una superficie superior, una estructura colectora superior y un sustrato conductor inferior, en donde además las al menos dos células incluyen un borde delantero y un borde trasero; (b) proporcionar al menos una lámina conductora que tenga una primera superficie; (c) proporcionar al menos una primera y una segunda barra terminal; (d) colocar una primera célula de tal manera que una superficie inferior del sustrato conductor inferior en el borde delantero de la célula solar esté en contacto con la primera barra terminal; (e) conectar la primera barra terminal a la primera célula usando un componente conductor; (f) plegar dicha primera lámina conductora al menos una vez alrededor de un eje a lo largo de su dimensión mayor, en donde el al menos un pliegue forma un ángulo entre 0º y 45º; (g) aplicar y conectar la primera lámina conductora plegada a la superficie superior y/o a la estructura colectora superior de dicha primera célula en el borde trasero de dicha primera célula, en donde la longitud de dicha primera lámina conductora plegada en contacto con el borde trasero es de 50 a 100 por ciento de la longitud del borde trasero; y (h) colocar y conectar una segunda célula sobre la primera... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un ensamblaje de células fotovoltaicas que comprende:
una pluralidad de células fotovoltaicas (20) que comprende:
una porción fotoactiva (24) con una superficie superior (26) ;
una estructura colectora superior (28) sobre la superficie superior (26) , y una capa de sustrato conductor opuesta (22) sobre un lado de la porción fotoactiva (24) opuesto a la superficie superior (26) ;
una primera lámina conductora (60) con una primera superficie (66) , en donde la primera lámina conductora (60) está plegada al menos una vez a lo largo de su dimensión mayor, y en donde el al menos un pliegue forma un ángulo entre 0º y 45º;
en donde la primera superficie (66) está en contacto con la estructura colectora superior (28) y/o la superficie superior (26) de una primera célula fotovoltaica (20) y la capa de sustrato conductor opuesta (22) de una segunda célula fotovoltaica adyacente (20) ; además en donde al menos una porción de la primera superficie (66) se mantiene en contacto con las células por medio de un adhesivo, y en donde la pluralidad de células fotovoltaicas (20) incluye cada una además un borde delantero (32) y un borde trasero (34) , en donde la lámina conductora (60) está en contacto con la primera célula fotovoltaica (20) en el borde trasero (34) y la lámina conductora (60) está en contacto con la capa de sustrato conductor opuesta (22) de la segunda célula fotovoltaica adyacente (20) en el borde delantero (32) , en donde además el borde delantero (32) de la segunda célula fotovoltaica adyacente (20) está solapado con el borde trasero (34) de la primera célula fotovoltaica (20) y la longitud de la lámina conductora (60) en contacto con el borde trasero (34) es de 50 a 100 por ciento de la longitud del borde trasero (34) .
2. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura colectora superior (28) comprende una serie de líneas conductoras espaciadas (27) de un material con menor resistencia laminar que la superficie superior (26) .
3. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la estructura colectora superior (28) comprende al menos una barra ómnibus (29) .
4. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde al menos una porción de una porción del borde periférico de las células incluye una porción de capa no conductora (30) .
5. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la porción de la capa no conductora (30) comprende un dieléctrico líquido que es curado por radiación UV o una cinta no conductora.
6. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la lámina conductora (60) es una cinta adhesiva eléctricamente conductora.
7. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la lámina conductora (60) es una cinta de láminas con una superficie en relieve y en donde al menos el 10% del área superficial de la superficie en relieve está en contacto directo con la célula.
8. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el adhesivo es un adhesivo conductor.
9. El ensamblaje de células fotovoltaicas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el adhesivo es un adhesivo no conductor.
10. El ensamblaje fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde un solapamiento de la lámina conductora (60) sobre la capa de sustrato conductor tiene una longitud de al menos 2, 0 mm.
11. El ensamblaje fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en donde un solapamiento de la lámina conductora (60) solapa al menos aproximadamente 10% de un área de la barra ómnibus (29) .
12. El ensamblaje fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la lámina conductora (60) incluye una pluralidad de pliegues.
13. Un método para fabricar un ensamblaje fotovoltaico, que comprende las etapas de:
(a) proporcionar al menos dos células solares (20) , incluyendo las al menos dos células solares una porción fotoactiva (24) con una superficie superior (26) , una estructura colectora superior (28) y un sustrato conductor inferior (22) , 11 5
en donde además las al menos dos células solares incluyen un borde delantero (32) y un borde trasero (34) ;
(b) proporcionar al menos una lámina conductora (60) , que tiene una primera superficie (66) ;
(c) proporcionar al menos una primera y una segunda barra terminal (70) ;
(d) colocar una primera célula (20) de tal manera que una superficie inferior del sustrato conductor inferior (22) en el borde delantero de la primera célula solar (20) esté en contacto con la primera barra terminal (70) ;
(e) conectar la primera barra terminal (70) a la primera célula (20) utilizando un componente conductor;
(f) plegar dicha primera lámina conductora (60) al menos una vez alrededor de un eje a lo largo de su dimensión mayor, en donde el al menos un pliegue forma un ángulo entre 0º y 45º;
(g) aplicar y conectar la primera lámina conductora plegada (60) a la superficie superior (26) y/o a la estructura colectora superior (28) de dicha primera célula en el borde trasero (34) de dicha primera célula,
en donde la longitud de dicha primera lámina conductora plegada (60) en contacto con el borde trasero (34) de dicha primera célula es del 50 al 100 por ciento de la longitud del borde trasero; y
(h) colocar y conectar una segunda célula de la primera lámina conductora plegada (60) que ya ha sido aplicada a la primera célula solar de modo que una superficie inferior del sustrato conductor inferior (22) de la segunda célula solar esté en contacto en su borde delantero (32) con la primera lámina conductora plegada (60) , produciendo de este modo una cadena que tiene una primera célula y una célula final, y
(i) opcionalmente plegar una lámina conductora adicional (60) como en la etapa (f) , aplicar y conectar la lámina conductora plegada adicional (60) a la superficie superior (26) y/o a la estructura colectora superior (28) de dicha célula final en su borde trasero (34) , en donde la longitud de la lámina conductora plegada adicional en contacto con el borde trasero (34) de dicha célula final es de 50 a 100 por ciento de la longitud del borde trasero (34) ; y colocar y conectar una célula adicional sobre la lámina conductora plegada adicional (60) que ya ha sido aplicada a la célula solar final de tal manera que una superficie inferior del sustrato conductor inferior (22) de la célula solar adicional esté en contacto en su borde delantero con la lámina conductora plegada adicional (60) , para formar una cadena con una primera célula y al menos una célula intermedia y una célula final, donde la célula final previa se convierte en una célula intermedia;
(j) opcionalmente repetir la etapa (i) ;
(k) colocar la segunda barra terminal (70) de tal manera que esté en contacto con la barra ómnibus (29) de la estructura colectora (28) en el borde trasero (34) de la célula solar final; y
(l) conectar la segunda barra terminal (70) a la célula final utilizando un componente conductor.
14. El ensamblaje fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la barra ómnibus (29) se encuentra dentro de 10 mm del borde periférico de la célula en el borde trasero (34) .
15. El ensamblaje fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la lámina conductora (60) está en contacto con al menos una porción de la barra ómnibus (29) de la estructura colectora (28) .
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