MÓDULO DE CÉLULAS SOLARES.
La invención se refiera a un módulo (24) de células solares, que comprende subunidades (26,
28, 30, 32, 34, 36, 38) conectadas en serie de células (40, 42) solares conectadas en paralelo. Para permitir una adaptación individual sin problemas a la distribución de intensidad luminosa incidente de tal manera que en cada subunidad se genere esencialmente la misma corriente fotoeléctrica, la invención prevé que las células solares comprendan al menos primeras y segundas células (40, 42) solares con en cada caso superficies sensibles a la radiación que difieren entre sí y que al menos una subunidad (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) del módulo de células solares presente una primera y al menos una segunda célula solar.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/067774.
Solicitante: AZUR SPACE SOLAR POWER GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: THERESIENSTRASSE 2 D-74072 HEILBRONN ALEMANIA.
Inventor/es: LÖCKENDOFF,Rüdiger.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/042 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). › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicas (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
- H01L31/05 H01L 31/00 […] › 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).
Fragmento de la descripción:
Módulo de células solares La invención se refiere a un módulo de células solares, en particular a un módulo de células solares concentrador, que comprende subunidades conectadas en serie de células solares conectadas en paralelo.
Para convertir luz en energía eléctrica ahorrando material y de manera eficiente con ayuda de células solares, se utilizan sistemas concentradores, en los que la luz del sol se concentra y se dirige sobre células solares de superficie muy pequeña. En particular los sistemas ópticos de gran superficie como espejos parabólicos o grandes lentes de Fresnel pueden generar a partir de la luz del sol puntos de luz con alta eficacia óptica. En estos puntos de luz la intensidad luminosa puede llegar a ser varios cientos de veces la intensidad luminosa de la luz solar directa. Para poder utilizar la energía luminosa en módulos de células solares concentradores con alto rendimiento, es necesario que, en éstos, las células solares individuales presenten una distancia muy pequeña entre sí. En caso contrario la energía luminosa se perdería innecesariamente entre las células solares. Las disposiciones correspondientes de células solares se designan también por tanto como módulos de células solares concentradores compactados, que se refrigeran de manera básicamente activa, por ejemplo por medio de agua. Superficies de módulo menores pueden presentar dado el caso también una refrigeración pasiva. Pueden emplearse las denominadas tuberías de calor (heat pipe) para la refrigeración.
También se conoce disponer células solares sobre denominados refrigeradores de microcanal, que presentan una estructura de tipo sándwich con capas exteriores de cerámica y una capa intermedia por la que fluye agua, que está compuesta a su vez por láminas de cobre finas que forman una estructura de microcanal, que están unidas entre sí.
Los concentradores ópticos de una etapa como espejos parabólicos y lentes de Fresnel básicamente no generan ningún punto de luz homogéneo con límites definidos, sino una distribución de potencia luminosa, que desciende hacia fuera. Si un módulo solar, que presenta células solares con en cada caso igual sensibilidad a la radiación, es decir, superficie activa, se expusiera a un punto de luz con una distribución de potencia luminosa no homogénea, entonces las células solares que se encuentran fuera se expondrían a una potencia luminosa menor que las dispuestas en la zona media, con la consecuencia de que las células solares exteriores generarían menos corriente fotoeléctrica que las que se encuentran en el interior.
Las células solares se conectan en los módulos básicamente en serie. Sin embargo se conocen también disposiciones que se componen de subunidades que presentan células solares conectadas en paralelo, estando conectadas en serie las propias subunidades.
Dado que la corriente es idéntica en cada célula solar o subunidad de una conexión en serie, en consecuencia las células solares o las subunidades que se encuentran en el exterior, que generan la menor corriente fotoeléctrica, limitan la corriente de manera que el módulo trabaja ineficientemente.
Por el documento WO-A-2009/059773 se conoce un módulo de células solares con anchura de células solares adaptada. El módulo comprende células solares conectadas en serie, presentando las células solares que se encuentran en el interior una superficie sensible a la radiación menor que las que se encuentran en el exterior. De este modo, a pesar de una radiación luminosa no homogénea, la corriente fotoeléctrica generada en cada célula solar será esencialmente igual. Para conseguir una adaptación suficiente a las diferentes intensidades luminosas, debería ponerse a disposición una gran cantidad de células solares de superficie activa, es decir, de superficie sensible a la radiación, diferente. Debido al hecho de que se requieren diferentes herramientas y cambios de portaherramientas en las instalaciones automáticas, esto lleva a costes más elevados.
El objeto del documento DE-A-10 2006 015 495 es un módulo de células solares, en el que células solares monolíticamente integradas están dispuestas a través de puentes de contacto en filas de distinta anchura o en forma de meandros.
El documento US-B-6.686.533 se refiere a una disposición de células solares para un módulo solar concentrador. A este respecto una cantidad diferente de células está dispuesta en subgrupos, que se conectan en serie entre sí.
Un módulo de células solares según el documento US-A-4.162.174 se compone de segmentos de células solares que limitan unos con otros, estando dispuestos diodos de protección en la zona de borde del módulo de células solares.
Para conseguir una compactación elevada, se conectan entre sí según el documento US-A-4.089.705 células solares que presentan geometrías que difieren entre sí.
Un módulo de células solares según el documento US-B-6.225.793 comprende varios diodos de derivación conectados en paralelo entre sí.
La presente invención se basa en el objetivo de perfeccionar un módulo de células solares, en particular un módulo solar concentrador, del tipo mencionado al principio de modo que una adaptación individual sin problemas a las intensidades luminosas que deben tenerse en cuenta o a la distribución de intensidad luminosa incidente tiene lugar en la medida en que en cada subunidad se genera esencialmente la misma corriente fotoeléctrica. Al mismo tiempo debe garantizarse que las células solares en las subunidades pueden conectarse sin problemas. También debe garantizarse una refrigeración suficiente.
Para solucionar el objetivo, la invención prevé esencialmente que las células solares comprendan al menos primeras y segundas células solares con en cada caso superficies sensibles a la radiación que difieren entre sí y que al menos una subunidad presente al menos una primera y al menos una segunda célula solar, estando diseñada la superficie total de las superficies sensibles individuales de cada subunidad según la intensidad luminosa de la radiación entrante.
Según la invención, en al menos una de las subunidades conectadas en serie que constituyen el módulo de células solares se conectan en paralelo células solares con superficies sensibles a la radiación que difieren entre sí, de modo que puede ponerse a disposición una superficie total deseada por cada subunidad, que está ajustada a la intensidad luminosa incidente.
Así, existe por ejemplo la posibilidad de combinar, en el caso de una subunidad que comprende dos células solares, dos primeras células solares o una primera y una segunda célula solar o dos segundas células solares, de modo que en total se ponen a disposición tres superficies totales sensibles a la radiación diferentes para una subunidad. Un grado de libertad adicional puede verse en el sentido de que el orden de las células solares cambia dentro de una subunidad. Por consiguiente se dan en total cuatro posibilidades de combinación:
subunidad a: primera célula solar - primera célula solar
subunidad b: primera célula solar - segunda célula solar
subunidad c: segunda célula solar - primera célula solar
subunidad d: segunda célula solar - segunda célula solar.
Mediante un aprovechamiento controlado de los grados de libertad previamente explicados existe la posibilidad de realizar ya con dos tipos de células solares, es decir con una primera y una segunda célula solar, una amplia compensación de las corrientes fotoeléctricas en las subunidades de un módulo de gran superficie. Correspondientes consideraciones son válidas también cuando más de dos células solares de superficies sensibles a la radiación diferentes encuentran aplicación.
En particular está previsto que el módulo de células solares comprenda al menos tres subunidades, de las que al menos una subunidad presenta únicamente primeras o segundas células solares.
Un perfeccionamiento prevé que, visto en la dirección de la conexión en serie, la primera célula solar difiera en su longitud de la de la segunda célula solar.
También existe la posibilidad de que, visto en perpendicular a la conexión en serie, la anchura de la primera y de la segunda célula solar coincidan o la anchura presente una diferencia máxima del ± 10% una respecto a la otra.
Desde el punto de vista de las aplicaciones tecnológicas es ventajoso que el módulo de células solares comprenda al menos siete subunidades, de las que al menos cuatro subunidades presentan al menos una primera y al menos una segunda célula solar.
Además entre dos subunidades con al menos una primera y al menos una segunda célula solar debería...
Reivindicaciones:
1. Módulo (24) de células solares , en particular módulo de células solares concentrador, que comprende subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) conectadas en serie de células (40, 42) solares conectadas en paralelo, caracterizado por que las células solares comprenden al menos primeras y segundas células (40, 42) solares con en cada caso superficies sensibles a la radiación que difieren entre sí y porque al menos una subunidad (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) del módulo (24) de células solares presenta una primera y al menos una segunda célula solar.
2. Módulo de células solares según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo (24) de células solares comprende al menos tres subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) , de las que al menos una subunidad (26, 32, 38) presenta únicamente primeras o segundas células (40, 42) solares.
3. Módulo de células solares según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que, visto en la dirección de la conexión
(70) en serie, la primera célula (40) solar difiere en su longitud de la de la segunda célula (42) solar.
4. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que, visto en perpendicular a la conexión (70) en serie, la primera célula (40) solar y la segunda célula (42) solar coinciden en su anchura o presentan una diferencia máxima del ± 10% una respecto a la otra.
5. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo (24) de células solares comprende al menos siete subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) , de las que al menos cuatro subunidades (28, 30, 34, 36) presentan al menos una primera y al menos una segunda célula (40, 42) solar.
6. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que entre dos subunidades (30, 34) con al menos una primera y al menos una segunda célula (40, 42) solar está dispuesta una subunidad (32) , que presenta únicamente primeras o segundas células solares.
7. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que el módulo (24) de células solares presenta subunidades (28, 30, 34, 36) con al menos una primera y al menos una segunda célula (40, 42) solar, difiriendo entre sí el orden de la al menos una primera y de la al menos una segunda célula solar.
8. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que las subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) están dispuestas sobre un soporte (44) refrigerado de manera preferiblemente activa, que presenta en el lado de células solares una capa compuesta por un material eléctricamente conductor, que está dividida en unidades (46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) de superficie parciales, estando dispuesta sobre en cada caso una unidad de superficie parcial continua una subunidad (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) eléctricamente conductora unida a la misma.
9. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una unidad de superficie parcial comprende zonas (72, 74) que discurren de manera desplazada entre sí en la dirección de la conexión (70) en serie, que están unidas a través de una vía (82) conductora estructurada a partir del material eléctricamente conductor.
10. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que dos unidades (48, 50) de superficie parciales contiguas discurren con respecto a sus bordes (60, 62; 64, 66) longitudinales de manera desplazada entre sí sobre al menos un lado.
11. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que la geometría de contorno de la unidad (46, 48, 50, 52, 54) de superficie parcial está adaptada a la subunidad (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) unida con ésta y porque la unidad de superficie parcial y la subunidad de superficie presentan bordes que discurren de manera esencialmente paralela entre sí.
12. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que la capa eléctricamente conductora distribuida en unidades (46, 48, 50) de superficie parciales se encuentra sobre un soporte compuesto por material eléctricamente aislante y porque, visto en la dirección de la conexión (70) en serie, entre unidades de superficie parciales contiguas se ha retirado el material eléctricamente conductor.
13. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que las células solares de una subunidad están conectadas a una cantidad de diodos de derivación, que difiere de la cantidad de células solares en la subunidad.
14. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los diodos de derivación, vistos en la dirección de la conexión (70) en serie, están dispuestos en un borde lateral del módulo (24) que delimita las subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) dispuestas en serie.
15. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que las unidades (46, 48, 50, 52, 54) de superficie parciales con respecto a su respectivo lado (60, 62; 64, 68) longitudinal están orientadas de manera alineada entre sí.
16. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cantidad de células solares de una subunidad difiere de la cantidad de células solares de al menos una subunidad adicional del módulo (24) de células solares. 10 17. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que cada subunidad (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) presenta la misma cantidad de células (40, 42) solares.
18. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que la superficie sensible a la radiación de la primera célula (40) solar es aproximadamente de un 15 30% a un 70% menor que la de la segunda célula (42) solar.
19. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que la distancia entre subunidades (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) contiguas se encuentra entre 50 !m y 1000 !m, visto en la dirección de la conexión (70) en serie.
20. Módulo de células solares según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo 20 (24) de células solares presenta únicamente primeras y segundas células (40, 42) solares.
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