Módulo fotovoltaico que comprende conductores en forma de cintas y su procedimiento de fabricación.

Módulo fotovoltaico (10) que comprende:

- una placa superior (16) transparente a una radiación incidente y una placa inferior (18),

eléctricamente aislantes, y selladas una sobre la otra de manera que definen una caja hermética;

- células fotovoltaicas (12, 14) presionadas entre las placas superior e inferior (16, 18);

- por lo menos dos contactos eléctricamente conductores (32 - 44) dispuestos sobre por lo menos una cara de cada célula fotovoltaica (12, 14), por lo menos un contacto eléctrico (32 - 44) presentándose bajo la forma de una cinta; y

- elementos (52 - 56) que conectan eléctricamente los contactos de cada célula con los contactos de por lo menos una célula adyacente;

caracterizado por que, por lo menos una cinta (32 - 44) de cada célula (12, 14) está alojada dentro de un surco (62 - 68) dispuesto dentro de la placa (16, 18) respecto a ésta, el surco (62 - 68) estando definido por:

- una profundidad comprendida entre un cuarto y tres cuartos del grosor de la cinta (32 - 44) en un estado no comprimido;

- un ancho superior o igual al ancho que la cinta (32 - 44) presenta a 85 °C; y

- una longitud superior o igual a la longitud que la cinta (32 - 44) presenta a 85 °C.

Módulo fotovoltaico que comprende conductores en forma de cintas y su procedimiento de fabricación ÁMBITO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere al ámbito de los módulos fotovoltaicos y más particularmente a los módulos fotovoltaicos cuyas células fotovoltaicas están eléctricamente desconectadas por cintas conductoras, dichas células están encapsuladas bajo una presión reducida entre dos placas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Una célula fotovoltaica es un dispositivo semiconductor que convierte una radiación Incidente, en especial solar, en corriente eléctrica por medio de una unión PN.

Más particularmente, los electrones producidos son recogidos por una red de electrodos metálicos estrechos realizados en la masa de la célula al contacto con la zona o con las zonas anódlcas de ésta y dirigidas por esta red hacia uno o varios electrodos de dimensiones más grandes, generalmente designados bajo la expresión "barra bus" o "barra ómnibus" y que afloran en la superficie de la célula.

A fin de dirigir la corriente eléctrica fuera de la célula, un conector eléctrico, designado bajo la expresión "polo negativo", se coloca entonces en contacto con cada barra bus. Del mismo modo, uno o varios conectores eléctricos están igualmente previstos en contacto con la zona o las zonas catódicas de la célula, estos conectores eléctricos estando designados generalmente bajo la expresión de "polos positivos". La superficie de una barra bus que es lo más a menudo una banda rectilínea, un conector eléctrico toma así la forma de una cinta metálica. En ciertos tipos de células, uno o varios polos positivos por célula adoptan igualmente la forma de cinta.

Por otro lado, una célula no puede generalmente, ella sola, proporcionar una corriente y una tensión apropiada para el funcionamiento de los equipos eléctricos corrientes. Especialmente, una célula fotovoltaica proporciona una tensión inferior al voltio y una corriente del orden de las decenas de miliamperios por centímetro cuadrado de célula. Conviene por lo tanto conectar en serie y/o en paralelo varias células a fin de proporcionar a la salida una tensión y/o una corriente apropiada. Se habla entonces de "módulo fotovoltaico".

Además, las células fotovoltaicas son elementos frágiles, destinados lo más a menudo a ser utilizados en condiciones medioambientales difíciles (lluvia, granizo, etc.). También, las células fotovoltaicas generalmente están presionadas entre dos placas de protección una por lo menos siendo rígida y una por lo menos siendo transparente en la cara delantera de la célula, por ejemplo placas de vidrio templado, que proporcionan a la vez una protección contra las condiciones medioambientales difíciles y una rigidez suficiente para la manipulación y el montaje de los módulos fotovoltaico.

Finalmente, siempre por cuestiones de protección de las células fotovoltaicas contra las condiciones medioambientales, especialmente contra la humedad y el oxígeno, que provocan una oxidación de las células, éstas se colocan en un entorno no oxidante y hermético al aire y a la humedad.

Una primera técnica de fabricación de un módulo fotovoltaico consiste así en soldar los conectores eléctricos sobre las células, conectar las células entre ellas según un esquema eléctrico deseado, anegar a continuación el conjunto dentro de un material que forma una cápsula hermética, por ejemplo dentro de etileno - acetato de vinilo, después presionar las células así anegadas entre dos placas rígidas transparentes, por ejemplo de vidrio templado.

Sin embargo, los tiempos de fabricación de un módulo fotovoltaico según esta técnica son muy largos, necesita fases de calentamiento importantes para fundir los materiales de la cápsula, numerosos cambios de materiales y numerosas operaciones de limpieza. Esta técnica se ha comprobado que es por lo tanto costosa. Además, se observa una degradación a largo plazo de la cápsula que deja de jugar su papel protector contra el aire y la humedad.

Una segunda técnica "por presión" descrita en el documento WO - A - 24/7534, ha sido desarrollada para responder a estos inconvenientes.

Esta técnica por presión consiste esencialmente en presionar las células y sus conectores entre dos placas de protección transparentes, rígidas y aislantes, sellar las dos placas entre ellas por medio de una junta de sellado periférica de material orgánico termoplástico para realizar una caja hermética al aire y a la humedad. Paralelamente, en el momento del montaje, se crea dentro de la caja una atmósfera de gas neutro bajo presión reducida. Los conductores eléctricos, que se ponen emparedados entre las células y las placas de protección, se mantienen en su sitio en el momento del montaje con la ayuda que una cola depositada sobre las placas y de la presión ejercida por las placas de protección sobre los conectores. Esta técnica permite así una reducción muy sensible de los costes de fabricación de los módulos fotovoltaicos.

Sin embargo, esta técnica presenta todavía un cierto número de inconvenientes concernientes a los conectares eléctricos bajo la forma de cinta.

En primer lugar, las cintas no están directamente solidarizadas a las barras bus sino que se colocan al tres bolillo sobre éstas en el momento del montaje. Conviene por lo tanto proceder a una alineación precisa de una cinta con su barra bus, lo que necesita por lo tanto utilizar un equipo costoso. En efecto, cualquier error de alineación tiene como consecuencia colocar una parte de la cinta por encima de una superficie de la célula dedicada a la captación del flujo de luz incidente, o superficie "útil". Se observará que la superficie útil de una célula fotovoltaica está muy lejos de representar la superficie total de una célula, especialmente en razón de la presencia de la red de electrodos de recogida. Así pues, incluso un sombreado, que se pueda juzgar a priori mínimo, tiene un impacto importante sobre la cantidad de corriente que pueda ser producida por una célula. A título de ejemplo, para una célula fotovoltaica cuadrada de 125 milímetros de lado, capaz de producir una densidad máxima de corriente de 33 mA/cm2, y que comprende dos barras bus de 2 milímetros de ancho, un error de alineación de 1 mm de las cintas conectaras sobre las barras bus comporta una caída de ,2 amperios de la corriente que puede ser producida por la célula.

A continuación, en el momento de la utilización del módulo fotovoltaico, se observa que los medios puestos en práctica para mantener las cintas conectaras en su sitio no son suficientes. En efecto, el módulo fotovoltaico puede sufrir ciclos térmicos de una amplitud muy grande. Por otro lado, se han puesto a punto normas sobre este sujeto y que preconizan que los módulos fotovoltaicos, las células fotovoltaicas y sus conectares asociados deben estar concebidos para resistir ciclos térmicos que van desde -4 °C hasta +85 °C (por ejemplo la norma NF EN 61215 de la norma NF EN 6164). Sin embargo, los coeficientes de dilatación térmica de una célula, de las cintas conectaras y de las placas rígidas son diferentes, de modo que estos elementos se dilatan y se contraen de forma diferente. Las cintas presionadas entre las células y las placas de protección sufren así esfuerzos mecánicos muy fuertes que les conducen a deformarse y perder su forma inicial rectilínea.

La figura 1 es una vista desde arriba de una célula fotovoltaica 1 de un módulo fotovoltaico comercial fabricada según la técnica por presión. La célula 1 comprende dos barras bus 2, 3 sobre las cuales son inicialmente presionadas dos cintas de cobre 4, 5 rectilíneas. Después de haber sufrido ciclos térmicos importantes, se observa que las cintas 4, 5 se han deformado como se ilustra. No solamente las cintas 4, 5 a 6 hacen una sombra Importante en la célula 1 sino que además no aseguran más que un contacto eléctrico muy parcial con las barras ómnibus 2, 3.

A continuación, las cintas conectaras sufren una tensión mecánica no homogénea en razón de las irregularidades de la superficie de las placas de protección, de los grosores diferentes de las células por el hecho de las tolerancias de fabricación, etc. Puesto que las cintas no están soldadas a las células, y se mantienen en su sitio sobre las barras bus esencialmente por la presión ejercida por las placas de protección, esta tensión mecánica se puede convertir en crítica. Ahora bien, las deformaciones denominadas de "baja frecuencia" de las placas de vidrio realizadas por técnicas clásicas tienen una amplitud del orden de ,5 milímetros por una longitud de 3 milímetros. En un caso de este tipo, la calidad del módulo fotovoltaico es por lo tanto en parte aleatoria.

Los inconvenientes... [Seguir leyendo]

1. Módulo fotovoltaico (1) que comprende:

una placa superior (16) transparente a una radiación incidente y una placa inferior (18), eléctricamente aislantes, y selladas una sobre la otra de manera que definen una caja hermética;

células fotovoltaicas (12, 14) presionadas entre las placas superior e inferior (16, 18);

por lo menos dos contactos eléctricamente conductores (32 - 44) dispuestos sobre por lo menos una cara de cada célula fotovoltaica (12, 14), por lo menos un contacto eléctrico (32 - 44) presentándose bajo la forma de una cinta; y

elementos (52 - 56) que conectan eléctricamente los contactos de cada célula con los contactos de por lo menos una célula adyacente;

caracterizado por que, por lo menos una cinta (32 - 44) de cada célula (12, 14) está alojada dentro de un surco (62 - 68) dispuesto dentro de la placa (16, 18) respecto a ésta, el surco (62 - 68) estando definido por:

una profundidad comprendida entre un cuarto y tres cuartos del grosor de la cinta (32 - 44) en un estado no comprimido;

un ancho superior o igual al ancho que la cinta (32 - 44) presenta a 85 °C; y una longitud superior o igual a la longitud que la cinta (32 - 44) presenta a 85 °C.

2. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 1 caracterizado por que la profundidad del surco (62 - 68) es sensiblemente igual a la mitad del grosor de la cinta (32 - 44) en un estado no comprimido.

3. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que comprende células alineadas en hilera (78, 8, 82) de las cintas dispuestas sobre las caras de dichas células que están alineadas y alojadas dentro de un surco único (62, 64) que se extienden sobre por lo menos la longitud total de las células alineadas.

4. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que comprende células alineadas en hilera (78, 8, 82), las cintas de dichas células estando alineadas y alojadas dentro de una pluralidad de surcos disjuntos (62, 64) que se extienden sobre todo o parte de la longitud de cada célula.

5. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 4 caracterizado por que los surcos adyacentes están separados una distancia inferior a la longitud de un espacio que separa las células adyacentes en por lo menos un valor igual a la dilatación lineal del material de las cintas inducida por una variación de temperatura de 25 °C a 85 °C.

6. Módulo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que una superficie de la placa en el fondo del surco comprende una textura micrométrica (8).

7. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 6 caracterizado por que la textura (8) pone en práctica una función óptica para la radiación incidente escogida entre la refracción, la reflexión, la difusión, la difracción y el guiado de onda.

8. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 6 o 7 caracterizado por que la textura (8) es una red de prismas.

9. Módulo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que por lo menos dos cintas están dispuestas sobre cada cara de cada célula, las cintas de la primera cara estando dispuestas sobre un polo positivo de la célula y las cintas de la segunda cara estando dispuesta sobre un polo negativo de la célula y por que los elementos de conexión conectan las cintas de la primera cara de una célula respectivamente a las cintas de la segunda cara de una célula adyacente.

1. Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico que comprende:

una placa superior (16) transparente a una radiación incidente y una placa inferior (18), eléctricamente aislantes, y selladas una sobre la otra de manera que definen una caja hermética; células fotovoltaicas (12, 14) presionadas entre las placas superior e inferior (16, 18);

por lo menos dos contactos eléctricamente conductores (32 - 44) dispuestos sobre por lo menos una cara de cada célula fotovoltaica (12, 14), por lo menos un contacto eléctrico (32 - 44) presentándose bajo la forma de una cinta; y

elementos (52 - 56) que conectan eléctricamente los contactos de cada célula con los contactos de por lo menos una célula adyacente;

caracterizado por que consiste:

en formar surcos dentro de una y/o la otra de la placa superior y de la placa inferior, los surcos presentando:

una profundidad comprendida entre un cuarto y tres cuartos del grosor de la cinta en un estado no comprimido;

un ancho superior o Igual al ancho que la cinta presenta a 85 °C; y

una longitud superior o Igual a la longitud que la cinta presenta a 85 °C, en apilar la primera placa, las células y los contactos eléctricos, y la segunda placa, cada surco alojando una cinta;

en sellar el apilamiento así realizado por cola o por presión o por soldadura.

11. Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico según la reivindicación 1 caracterizado por que los surcos están formados por grabación láser.