ES2378392A1 - Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos iii - v. - Google Patents

Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos iii - v. Download PDF

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Lu Fang
Mikhail Kats
Alan Gorenz
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Abstract

Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos III-V.Un módulo de células solares (20) que comprende un conjunto de lentes (22a - 22j), correspondientes a elementos ópticos secundarios (210) y correspondientes a receptores de células solares (12a - 12j). El receptor de célula solar (12) incluye una célula solar (30) que tiene una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V, un diodo (14) acoplado en paralelo con la célula solar (30) y un conector (40) para acoplarse a los otros receptores de células solares. El módulo incluye una carcasa (21) que soporta las lentes (22a - 22j) de forma que cada una de las lentes concentre la energía solar sobre su respectiva célula solar (30).

Description

Módulos de sistemas fotovoltaicos concentrados que usan células solares de semiconductores de los grupos III-V.
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Objeto de la invención
Esta exposición se refiere a un módulo o a un submontaje para su uso en un conjunto concentrado de un sistema fotovoltaico que usa células solares multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V.
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Antecedentes de la invención
Históricamente, la energía solar (tanto en el espacio como en tierra) ha sido proporcionada por medio de células solares de silicio. En los pasados años, sin embargo, la fabricación a gran escala de células solares multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V de alta eficiencia ha hecho posible la consideración de esta tecnología alternativa para la generación de energía terrestre. En comparación con el silicio, las células multi-unión de semiconductores de los grupos III-V son, por lo general, más resistentes a la radiación y tienen mayores eficiencias de conversión de energía, pero tienden a ser más costosas en su fabricación. Algunas células actuales multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V tienen eficiencias de energía que sobrepasan el 27%, mientras que las tecnologías de silicio por lo general alcanzan aproximadamente sólo una eficiencia del 17%. Bajo concentración, algunas células multi-unión actuales de compuestos semiconductores de los grupos III-V tienen eficiencias de energía que sobrepasan el 37%.
En general, las células multi-unión son de polaridad n-sobre-p y están compuestas de una pila vertical de estructuras de semiconductores de InGaP/(In)GaAs/Ge. Las capas de la célula solar multi-unión de compuestos semiconductores de los grupos III-V se hacen crecer de manera típica a través de la deposición de vapor químico metal-orgánico (MOCVD) sobre sustratos de germanio (Ge). El uso del sustrato de Ge permite que se forme una unión entre el Ge de tipo n- y p-, utilizando por medio de esto el sustrato para formar el fondo o la subcélula de hueco de banda baja. Las estructuras de célula solar crecen de manera típica sobre obleas de Ge de 100 mm de diámetro con una densidad de masa promedio de aproximadamente 86 mg/cm^{2}. En algunos procesos, la uniformidad de la capa epitaxial a través de un plato que sostiene 12 ó 13 sustratos de Ge durante el proceso de crecimiento MOCVD es mejor del 99,5%. Cada una de las obleas porta de manera típica dos células solares de área grande. Las células solares que son procesadas para su producción oscilan de manera típica de 26,6 a 32,4 cm^{2}. Las obleas epitaxiales pueden ser procesadas con posterioridad dentro de dispositivos de células solares acabados a través de procesos robóticos automatizados de fotolitografía, metalización, limpieza y grabado químico, cubierta antirreflexión (AR), corte en pastillas, y procesos de prueba. La metalización de contacto n- y p- de manera típica está comprendida de manera predominante por Ag con una capa superior delgada de Au para proteger a la Ag de la oxidación. La cubierta AR es una pila dieléctrica de doble capa de TiO_{x}/Al_{2}O_{3}, cuyas características de reflectividad espectral están diseñadas para minimizar la reflexión en la célula de interconexión de recubrimiento vítreo (CIC) o nivel de montaje de célula solar (SCA), así como maximizar el rendimiento al final de su vida útil (EOL) de las células.
En algunas células multi-unión de compuestos semiconductores, la célula intermedia es una célula InGaAs opuesta a una célula GaAs. La concentración de indio puede estar en el intervalo de aproximadamente 1,5% para la célula intermedia de InGaAs. En algunas realizaciones, dicha disposición muestra una eficiencia aumentada. La ventaja en el uso de las capas InGaAs es que dichas capas están sustancialmente adaptadas en celosía de manera perfecta al sustrato de Ge.
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Breve descripción de la invención
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares comprende un submontaje que incluye un receptor de célula solar que tiene una célula solar de compuestos semiconductores multi-unión de los grupos III-V, un elemento óptico secundario y una lente para concentrar la luz incidente sobre la célula solar.
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad comprende: una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado que es opuesto al primer lado; un conjunto integrado de lentes de Fresnel acoplada al primer lado de la carcasa, cada lente teniendo una longitud focal entre aproximadamente 38,1 cm y aproximadamente 50,8 cm; una pluralidad de receptores de célula solar dispuestos sobre el segundo lado de la carcasa, comprendiendo cada uno de los receptores de célula solar: una célula solar que comprende una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V en las que la célula solar tiene unas dimensiones de aproximadamente 1 centímetro por aproximadamente 1 centímetro; un diodo que tiene un cuerpo, un terminal de ánodo y un terminal de cátodo, el diodo acoplado en paralelo con la célula solar; un primer y un segundo terminales eléctricos acoplados en paralelo con la célula solar y el diodo y adaptados para proporcionar la conexión eléctrica a uno o más receptores de célula solar espaciados separados; una pluralidad de elementos ópticos secundarios dispuestos en la trayectoria óptica de cada una de las respectivas lentes, cada elemento óptico secundario definiendo un canal óptico respectivo que termina en punta que tiene una pluralidad de paredes reflectoras; cada una de las células solares estando dispuestas en una trayectoria óptica de una lente respectiva y un canal óptico respectivo, en el que la lente se puede hacer funcionar para concentrar la energía solar sobre la respectiva célula solar por un factor de 400 o más y generar más de 14 vatios de potencia de pico.
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En algunas realizaciones, el receptor de células solares comprende: un sustrato para soportar la célula solar y el diodo; en el que el cuerpo del diodo comprende una parte superior y una parte inferior, la parte inferior estando dispuesta más cercana al sustrato que la parte superior; una cubierta dispuesta sobre la parte superior del cuerpo del diodo y que se extiende al sustrato, la cubierta encapsulando de manera sustancial el cuerpo del diodo, el terminal del ánodo y el terminal del cátodo; una bajocubierta que ocupa sustancialmente todo el espacio entre la parte del fondo del cuerpo del diodo y el sustrato.
En algunas realizaciones, la bajocubierta está dispuesta de forma que no haya ningún hueco de aire entre el diodo y el sustrato.
En algunas realizaciones, el conjunto integrado de lentes de Fresnel está en una hoja acrílica que tiene un elemento de alineamiento adaptado para acoplarse con un elemento de alineamiento sobre la carcasa.
En algunas realizaciones, la longitud focal de la lente es de aproximadamente 45 cm.
En algunas realizaciones, la célula solar es una célula multi-unión que comprende al menos tres regiones en las que las regiones comprenden de manera respectiva un sustrato que contiene germanio, una capa que contiene InGaAs o GaAs dispuesta sobre el sustrato y una capa de InGaP dispuesta sobre la capa que contiene InGaAs o GaAs.
En algunas realizaciones, el elemento óptico secundario es un sólido predominantemente trapezoidal con una superficie interior altamente reflectora.
En algunas aplicaciones, el canal óptico está definido por una toma de entrada óptica y una salida óptica, la entrada óptica siendo mayor que la salida óptica.
En algunas realizaciones, la salida óptica está dimensionada para tener aproximadamente las mismas dimensiones que la célula solar.
En un aspecto de la invención, un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad comprende: una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado que es opuesto al primer lado; una estructura de alineamiento acoplada al primer lado de la carcasa, comprendiendo la estructura de alineamiento una pluralidad de receptáculos para acoplarse con un elemento de alineamiento; un conjunto integrado de catorce lentes de Fresnel sobre la estructura de alineamiento, teniendo cada una de las lentes una longitud focal de entre aproximadamente 38,1 cm y aproximadamente 50,8 cm, comprendiendo el conjunto siete lentes en una primera dirección y dos lentes en una segunda dirección perpendiculares a la primera dirección; una pluralidad de elementos de alineamiento para acoplar el conjunto integrado de catorce lentes de Fresnel a los receptáculos de la estructura de alineamiento; un conjunto de catorce receptores de células solares dispuestos sobre el segundo lado de la carcasa, comprendiendo el conjunto de receptores de células solares siente receptores de células solares en una primera dirección y dos receptores de células solares en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección, en el que cada receptor de célula solar comprende: una célula solar que comprende una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V en el que la célula solar tiene unas dimensiones de aproximadamente 1 centímetro por aproximadamente 1 centímetro; un diodo que tiene un cuerpo, un terminal de ánodo y un terminal de cátodo, el diodo acoplado en paralelo con la célula solar; un primer y un segundo terminales eléctricos acoplados en paralelo con la célula solar y el diodo y adaptados para proporcionar la conexión eléctrica a uno o a más receptores de célula solar espaciados separados; en el que la pluralidad de elementos de alineamiento alinea el conjunto integrado de catorce lentes de Fresnel de manera que cada una de las células solares esté dispuesta en una trayectoria óptica de una lente respectiva, en el que la lente se puede hacer funcionar para concentrar la energía solar sobre la respectiva célula solar por un factor de 520 o más y generar más de 14 vatios de potencia de pico.
En algunas realizaciones, el módulo de células solares comprende un conjunto de catorce elementos ópticos secundarios, cada uno de los elementos ópticos secundarios dispuesto en la trayectoria óptica de una lente respectiva, en el que cada uno de los elementos ópticos secundarios define un canal óptico respectivo que termina en punta que tiene una pluralidad de paredes reflectoras.
En algunas realizaciones, la célula solar está dispuesta en una trayectoria óptica de una lente respectiva y de un canal óptico respectivo.
En algunas realizaciones, el receptor de célula solar comprende: un sustrato para soportar la célula solar y el diodo; en el que el cuerpo del diodo comprende una parte superior y una parte del fondo, estando la parte del fondo dispuesta más cercana al sustrato que la parte superior; una cubierta dispuesta sobre la parte superior del cuerpo del diodo y que se extiende al sustrato, la cubierta encapsulando de manera sustancial el cuerpo del diodo, el terminal del ánodo y el terminal del cátodo; una bajocubierta que ocupa sustancialmente todo el espacio entre la parte del fondo del cuerpo del diodo y el sustrato.
En algunas realizaciones, la bajocubierta está dispuesta de forma que no haya un hueco de aire entre el diodo y el sustrato.
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En algunas realizaciones, el elemento óptico secundario es un sólido predominantemente trapezoidal con una superficie interior altamente reflectora.
En algunas realizaciones, el canal óptico está definido por medio de una entrada óptica y una salida óptica, la entrada óptica siendo mayor que la salida óptica.
En algunas realizaciones, la salida óptica se dimensiona para que tenga aproximadamente las mismas dimensiones que la célula solar.
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Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva de una realización de un panel solar que incluye un aparato para generar electricidad a partir de la energía solar.
La figura 2A es una vista en perspectiva de una realización de un módulo de célula solar.
La figura 2B es una vista en perspectiva de una realización de un elemento óptico secundario.
La figura 3 es un diagrama de circuito del receptor de la célula solar de la figura 4.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una realización de un receptor de célula solar, que forma parte del módulo de célula solar de la figura 2A.
La figura 5 es una sección transversal tomada sobre la línea A-A de la figura 4.
La figura 6 es una vista de la parte inferior de una realización de un receptor de célula solar.
Las figuras 7A, 7B y 7C representan una realización alternativa de un receptor de célula solar.
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Realización preferente de la invención
Lo que sigue es una descripción de las realizaciones preferidas, así como algunas realizaciones alternativas de un receptor de célula solar que tiene un diodo de puente aislado.
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I. Visión de conjunto
Los receptores de célula solar convierten la energía solar en electricidad. En varias realizaciones descritas en este documento, se emplea una célula solar de compuestos semiconductores de los grupos III-V de triple unión, pero se podrían usar otros tipos de células solares dependiendo de la aplicación. Los receptores de célula solar contienen a menudo componentes adicionales, por ejemplo, conectores para acoplar a un dispositivo de salida o a otros receptores de célula solar.
Para algunas aplicaciones, se puede realizar un receptor de célula solar como parte de un módulo de célula solar. Un módulo de células solares puede incluir un receptor de célula solar y una lente acoplada a la célula solar. La lente se usa para focalizar la luz recibida sobre la célula solar. Como resultado de la lente, la célula solar puede recibir una mayor concentración de energía solar. En algunas realizaciones, la lente está adaptada para concentrar la energía solar por un factor de 400 ó más. Por ejemplo, bajo una concentración de 500 soles, 1 cm^{2} de área de célula solar produce la misma cantidad de energía eléctrica que 500 cm^{2} de área de célula solar, sin concentración. El uso de concentración, por lo tanto, permite la sustitución de materiales más efectivos en coste tales como lentes y espejos para el material semiconductor más costoso de la célula.
Se pueden agrupar dos o más módulos de células solares juntos en un conjunto. A menudo se hace referencia a estos conjuntos como "paneles" o "paneles solares".
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II. Realizaciones de un panel solar
La figura 1 representa una realización de un panel solar 10 para generar electricidad a partir de la energía solar. El panel 10 incluye una pluralidad de módulos de células solares 20. En esta ilustración, se muestra veinticuatro módulos de células solares 20. Cada uno de los módulos 20 puede comprender uno o más receptores de célula solar (por ejemplo, el elemento 12a de la figura 2A) y una lente correspondiente (por ejemplo, el elemento 204a de la figura 2A) para concentrar la luz del sol sobre la célula solar del receptor de célula solar. Cuando se proporciona una pluralidad de paneles 10, normalmente se conectan en serie, pero otras realizaciones pueden conectar los paneles en serie o en serie-paralelo.
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III. Realizaciones de un módulo de células solares
La figura 2A ilustra una realización de un módulo de célula solar 20 que comprende un conjunto de lentes 22a-22j (cuatro de las cuales no se muestran) y los correspondientes receptores de célula solar 12a-12j (cada uno de ellos tomando la forma del elemento 12 de la figura 4). En algunas realizaciones, un módulo de célula solar comprende catorce lentes y los correspondientes catorce receptores de célula solar. En la realización que se ilustra, el conjunto es un conjunto de "7 x 2".
Las lentes 22a-22j están formadas sobre una hoja continua 201 de material óptico (por ejemplo, acrílico). En algunas realizaciones, las regiones de la hoja 201 no formadas dentro de las lentes 22a-22j se hacen parcialmente o por entero opacas. Por medio de la formación de las lentes 22a-22j de una hoja continua 201, los costes pueden disminuir de manera sustancial. Primero, por medio de la producción de las lentes sobre hojas grandes, disminuyen los costes de producción. En segundo lugar, los costes de montaje se ven disminuidos porque solamente un elemento (es decir, la hoja 201 de la lente) necesita estar alineada con los receptores de las células solares. En esta realización, la hoja 201 está soportada sobre sus bordes de la periferia por medio de la carcasa 21 y yace sobre la parte superior de una estructura de alineamiento 206 con una pluralidad de elementos de alineamiento de la estructura (por ejemplo, agujeros) 205a. Los agujeros 205a pueden ser roscados o en cualquier otro caso estar adaptados a recibir una fijación. La hoja 201 comprende elementos de alineamiento de la hoja 205b (por ejemplo, puntas, tornillos u otras piezas) que se alineen y que se acoplen con los elementos de alineamiento de la trama 205a. Los elementos de alineamiento de la trama 205a y los elementos de alineamiento de la hoja 205b están localizados de forma que por medio del acoplamiento de los elementos de alineamiento 205b con los elementos de alineamiento de la estructura 205a, cada receptor de célula solar 12a-12j esté alineado con su lente respectiva 22a-22j. En algunas realizaciones, la superficie 202 comprende características de alineamiento que aseguren que cada receptor de célula solar 12a-12j esté localizado en una posición predeter-
minada. Estas características pueden acoplarse con el sustrato (por ejemplo, el elemento 9) del receptor de célula solar.
Los elementos de alineamiento 205b (por ejemplo, una punta) están localizados por lo general en un punto central definido por cuatro lentes. Por ejemplo, un elemento de alineamiento 205b está localizado en un punto central definido por las lentes 22f, 22g, 22h y 22i. Otro elemento de alineamiento 205 está localizado en un punto central definido por las lentes 22e, 22f, 22i y 22j. Este patrón de localización del elemento de alineamiento 205b en un punto central definido por cuatro lentes puede continuar a lo largo de toda la hoja 201.
En algunas realizaciones, cada una de las lentes 22a-22j es una lente de Fresnel. El correspondiente receptor de célula solar 12a-12j está posicionado en un extremo opuesto de una carcasa 21, sobre la superficie 202. Cada receptor de célula solar 12a-12j incluye una célula solar correspondiente 30 (véase la figura 4) dispuesta en la trayectoria óptica de la lente correspondiente 22a-22j, es decir, de forma que la célula solar correspondiente 30 reciba luz que pase a través de la lente correspondiente 22a-22j. En algunas realizaciones, se emplean lentes y/o espejos adicionales para colocar la célula solar en la trayectoria óptica de la lente. Por ejemplo, se muestra un elemento óptico secundario 210b que corresponde con el receptor de célula solar 12b y la lente 22b. El elemento óptico secundario 210b recoge la luz de la lente 22b y la focaliza en la célula solar del receptor de la célula solar 12b. En algunas realizaciones, cada receptor de célula solar 12a-12j está provisto de un elemento óptico secundario correspondiente. Los elementos ópticos secundarios se tratan con más detalle junto con la figura 2B.
Mientras que algunas lentes de Fresnel pueden concentrar más luz del sol que algunas lentes convexas, las realizaciones pueden usar cualquier tipo de lente 22a-22j que concentre la luz solar incidente. Las lentes 22a-22j también pueden comprender una cubierta multicapa antirreflectora 204a-204j (por ejemplo, similar a la aplicada a la célula solar 30).
La distancia 203 entre la hoja 201 que comprende las lentes 22a-22j y las células solares correspondientes de los receptores de célula solar 12a-12j se puede elegir, por ejemplo, en base a la longitud focal de las lentes 22a-22j. En algunas realizaciones, la carcasa del módulo 21 está dispuesta de forma que la célula solar de cada uno de los respectivos receptores de célula solar 12a-12j esté dispuesta en, o aproximadamente en el punto focal de la lente respectiva 22a-22j. En algunas realizaciones, la longitud focal de cada una de las lentes 22a-22j está aproximadamente entre 25,4 cm y 76,2 cm. En algunas realizaciones, la longitud focal de cada una de las lentes 22a-22j está aproximadamente entre 38,1 cm y 50,8 cm. En algunas realizaciones, la longitud focal de cada una de las lentes 22a-22j es de aproximadamente 40,085 cm. En algunas realizaciones, la longitud focal de cada una de las lentes 22a-22j varía, y la carcasa proporciona múltiples distancias diferentes (por ejemplo, aquéllas que son mayores y/o menores que la dimensión 203) entre la hoja 201 y la superficie 202.
Algunas realizaciones de las lentes 22a-22j concentran la luz solar incidente a 400 veces la concentración normal (es decir, 400 soles) o más. En algunas realizaciones, una o más lentes 22a-22j concentran la luz solar a aproximadamente 250 veces la concentración normal. En algunas realizaciones, una o más lentes 22a-22j concentran la luz solar aproximadamente a 470 veces la concentración normal. Hablando por lo general, la eficiencia de conversión de la energía solar en electricidad aumenta bajo iluminación concentrada. Por ejemplo, a aproximadamente 500 soles, un único módulo de célula solar puede generar 10 vatios o más de potencia eléctrica. En otro ejemplo, a aproximadamente 470 soles o más, un único módulo de célula solar puede generar 14 vatios o más de potencia eléctrica. La cantidad de potencia eléctrica que puede producir un módulo puede variar dependiendo de, por ejemplo, la combinación de características de células solares (por ejemplo, el tamaño, la composición) y propiedades de la óptica asociada (por ejemplo, la concentración, el foco, el alineamiento).
En algunas realizaciones, la célula solar 30 de cada uno de los respectivos receptores de célula solar 12a-12j es una célula solar de los grupos III-V de triple unión, con cada una de las tres subcélulas dispuestas en serie. En aplicaciones en las que se empleen múltiples módulos de células solares 20, los receptores 12a-12j de los módulos de células solares 20 están típicamente conectados de manera eléctrica juntos en serie. Sin embargo, otras aplicaciones pueden utilizar la conexión en paralelo o la conexión serie - paralelo. Por ejemplo, los receptores 12a-12j dentro de un módulo dado 20 pueden estar conectados eléctricamente juntos en serie, pero los módulos 20 están conectados uno al otro en paralelo.
Algunas realizaciones de un módulo de célula solar incluyen un elemento óptico secundario ("SOE"). En la figura 2B se ilustra una realización de un SOE. El SOE 210 está dispuesto dentro de la carcasa 21 del módulo de célula solar 20 y está predominantemente diseñado para recoger la energía solar concentrada por medio de una lente asociada, por ejemplo 22b de la figura 2A. En algunas realizaciones, cada uno de los receptores 12a-12j tiene un SOE respectivo.
El SOE comprende un elemento óptico 217 que tiene una entrada óptica 219 y una salida óptica 220, un cuerpo 216 y lengüetas de montaje 218. El SOE se monta de forma que el elemento óptico 217 esté dispuesto por encima de la célula solar 30 del receptor de célula solar 12 (por ejemplo, 12b de la figura 2A). Mientras que puede variar dependiendo de la realización, el SOE 210 se monta de forma que la salida óptica esté a aproximadamente 0,5 milímetros de distancia de la célula solar 30 (por ejemplo, la dimensión 215 es de 0,5 milímetros). En algunas realizaciones, las lengüetas de montaje 218 se acoplan a la cara 202 del módulo de la célula solar 20. El SOE (incluyendo el cuerpo 216) puede ser de metal, de plástico o de vidrio o de otros materiales.
En algunas realizaciones, el elemento óptico 217 tiene por lo general una sección transversal cuadrada que se estrecha desde la entrada 219 hasta la salida 220. La superficie de dentro 211 del elemento óptico refleja la luz hacia abajo hacia la salida 220. La superficie interior 211 está, en algunas realizaciones, recubierta de plata o de otro material para conseguir una alta reflectividad. En algunos casos, la cubierta reflectora está protegida por medio de una cubierta de pasivación tal como SiO_{2} para proteger contra la oxidación, el deslustre o la corrosión. El trayecto desde la entrada óptica 219 hasta la salida óptica 220 forma un canal óptico en forma de cono que coge la energía solar de la lente primaria y que la guía a la célula solar. Como se muestra en esta realización, el SOE 210 comprende un elemento óptico 217 que tiene cuatro paredes reflectoras. En otras realizaciones, se pueden emplear diferentes formas (por ejemplo, de tres lados para formar una sección transversal triangular).
En algunos casos, la lente primaria (por ejemplo, 22b en la figura 2A) no focaliza la luz sobre un punto que sea de las dimensiones de la célula solar 30 o un sistema de seguimiento solar puede que no apunte perfectamente al sol. En estas situaciones, algo de la luz no alcanza la célula solar 30. La superficie reflectora 211 dirige la luz a la célula solar 30. El elemento óptico 217 también puede homogeneizar (por ejemplo, mezclar) la luz. En algunos casos, también tiene algún efecto de concentración.
En algunas realizaciones, la entrada 219 tiene forma de cuadrado y es de aproximadamente 49,60 mm x 49,60 mm (dimensión 213), la salida óptica es de forma cuadrada y es de aproximadamente 9,9 mm x 9,9 mm (dimensión 214) y la altura del elemento óptico es de aproximadamente 70,104 mm (dimensión 214). Las dimensiones 214, 213 y 214 pueden variar con el diseño del módulo de célula solar y del receptor. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las dimensiones de la salida óptica son aproximadamente las mismas que las dimensiones de la célula solar. Para un SOE que tenga estas dimensiones, el ángulo de inclinación mitad es de 15,8 grados.
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IV. Realizaciones de un receptor de célula solar
La figura 3 ilustra el diagrama de circuito de un receptor de célula solar (por ejemplo, 12a de la figura 2A) del módulo de célula solar 20. El receptor incluye una célula solar 30 de compuestos semiconductores de los grupos III-V de triple unión que comprende una célula superior 30a, una célula media 30b y una célula inferior 30c dispuestas en serie. Cuando se implementan en un módulo de célula solar, la célula solar 30 se posiciona para que reciba la energía solar focalizada proveniente de la lente (véanse las figuras 2A y 2B).
Se conecta un diodo 14 en paralelo con la célula solar de triple unión 30. En algunas realizaciones, el diodo 14 es un dispositivo semiconductor tal como un diodo puente Schottky o una unión p-n de crecimiento epitaxial. Para propósitos de ilustración, el diodo 14 es un diodo puente Schottky. Los terminales externos de conexión 43 y 44 se proporcionan para conectar la célula solar 30 y el diodo 14 a otros dispositivos, por ejemplo, receptores de células solares adyacentes. En algunas realizaciones, la célula solar 30, el diodo 14 y los terminales 43 y 44 se montan sobre una placa o sobre un sustrato (véase, por ejemplo, el elemento 9 de la figura 4) que está hecho de material aislante.
La funcionalidad del diodo 14 se puede apreciar considerando múltiples receptores de células solares 12 conectados en serie. Cada una de las células solares de triple unión 30 se puede imaginar como una batería, con el cátodo de cada uno de los diodos 14 estando conectado al terminal positivo de la "batería" asociada y el ánodo de cada uno de los diodos estando conectado al terminal negativo de la "batería" asociada. Cuando una de las células solares conectadas en serie 30 pasa a estar dañada o ensombrecida, su salida de tensión se reduce o se elimina (por ejemplo, por debajo de una tensión umbral asociada con el diodo 14). Por lo tanto, el diodo asociado 14 pasa a estar polarizado en directa, y una corriente de puente pasa solamente a través de ese diodo 14 (y no de la célula solar 30). De esta manera, las células solares no dañadas o que no se ven ensombrecidas continúan generando energía eléctrica a partir de la energía solar recibida por esas células solares. Si no fuese por el diodo 14, sustancialmente toda la electricidad producida por los otros receptores de células solares 12 pasará a través de la célula solar dañada o ensombrecida 30, destruyéndola y creando un circuito abierto dentro de, por ejemplo, el panel o del conjunto.
Las figuras 4, 5 y 6 ilustran uno de los receptores 12 que se implementa en la figura 2A como los elementos 12a 12j. Para los propósitos de esta realización, se supone que todos los demás receptores de un conjunto o de un panel dados son sustancialmente los mismos.
La figura 4 ilustra una célula solar 30 y su diodo asociado 14. La célula solar 30 está conectada eléctricamente al diodo 14. La superficie superior de la célula solar 30 comprende un área de contacto 301 que, en esta realización ocupa el perímetro de la célula solar 30. En algunas realizaciones, el área de contacto 301 es más pequeña o mayor para acomodar el tipo de conexión deseada. Por ejemplo, el área de contacto 301 puede tocar solamente uno, dos o los tres lados (o partes de los mismos) de la célula solar 30. En algunas realizaciones, el área de contacto 301 se hace tan pequeña como sea posible para maximizar el área que convierte la energía solar en electricidad, mientras que aún se permite la conexión eléctrica. Mientras que las dimensiones particulares de la célula solar 30 variarán dependiendo de la aplicación, las dimensiones estándar son de aproximadamente 1 cm cuadrado. Por ejemplo, un conjunto de dimensiones estándar puede ser aproximadamente de 12,58 mm x 12,58 mm global, aproximadamente de 0,160 mm de grosor y un área activa total de aproximadamente 108 mm^{2}. Por ejemplo, en una célula solar 30 que sea de aproximadamente de 12,58 mm x 12,58 mm, el área de contacto 301 es de aproximadamente 0,98 mm de ancho y el área de apertura es de aproximadamente 10 mm x 10 mm. El área de contacto 301 puede estar formada por una variedad de materiales conductores, por ejemplo, cobre, plata y/o plata recubierta de oro. En estas realizaciones, es el lado de conductividad n de la célula solar 30 el que recibe la luz, y de acuerdo con esto, el área de contacto 301 se dispone sobre el lado de conductividad n de la célula solar 30.
Se puede disponer una cubierta antirreflectora 305 sobre la célula solar 30. La cubierta antirreflectora 305 puede ser una cubierta antirreflectora multicapa que proporcione una baja reflectancia sobre un cierto intervalo de longitudes de onda, por ejemplo, de 0,3 a 1,8 \mum. Un ejemplo de una cubierta antirreflectora es una pila dieléctrica de TiO_{x}/Al_{2}O_{3} de doble capa.
El contacto 301 se acopla a una pista conductora 302 que está dispuesta sobre la placa 9. En esta realización, el contacto 301 está acoplado a la pista conductora 302 por medio de una pluralidad de soldaduras de hilos 304 (doce en este ejemplo). El número de soladuras de hilos 304 utilizado en una realización particular puede estar relacionado, entre otras cosas, con la cantidad de corriente generada por la célula solar 30.
La pista conductora 302 (y de esta forma, la célula solar 30) se acopla al terminal 11 del diodo 14 por medio de una conexión eléctrica entre la pista conductora 302 y la pista conductora 45.
El otro terminal 13 del diodo 14 está acoplado a la pista 46. Para completar la conexión en paralelo entre la célula solar 30 y el diodo 14, el terminal 13 está acoplado al lado de la parte inferior de la célula solar 30. Esto se trata con más detalle junto con las figuras 5 y 6.
El diodo 14 está acoplado eléctricamente a los terminales del conector 43 y 44 por medio de las pistas 45 y 46 respectivamente. Los terminales del conector 43 y 44 están eléctricamente acoplados a las tomas 343 y 344, respectivamente, montados en las aperturas 42 y 41 del conector 40. Las tomas 343 y 344 se muestran con líneas de puntos porque están ocultas de la visión por el cuerpo del conector 40. Las tomas comprenden un material eléctricamente conductor y proporcionan el acoplamiento eléctrico de un dispositivo al circuito. En algunas realizaciones, las tomas corresponden a los terminales del ánodo y del cátodo, y están diseñadas para aceptar enchufes de receptáculo 341 y 342 para su conexión a los receptores adyacentes 312, por ejemplo, como se ha descrito con anterioridad con referencia a la figura 3. Los receptores adyacentes 312 pueden tomar de manera sustancial la misma forma que el receptor 12. El conector 40, está en algunas realizaciones unido de manera segura a la placa 9 y se puede construir de un material aislante (por ejemplo, de plástico).
El conector relativamente grande 40, que define las aperturas aisladas 41 y 42, ayuda a evitar una ruptura de la célula solar como resultado de las descargas eléctricas en los terminales que conducen a los receptores adyacentes, debido a las aperturas aisladas que proporcionan un aislamiento excelente para cada una de las conexiones eléctricas de enchufe/toma que se alojan en las mismas.
Como se muestra en la figura 5, el diodo 14 está montado por encima de la placa 9 sobre los terminales 11 y 13. Dependiendo de la aplicación, el diodo 14 puede ser del tipo de montaje en superficie. Los terminales 11 y 13 se acoplan al ánodo y al cátodo del diodo 14, respectivamente, y de esta manera, se puede hacer referencia a los mismos como el terminal de ánodo o el terminal de cátodo del diodo 14. Se puede hacer referencia a las partes del diodo 14 al lado de los terminales 11 y 13 como el cuerpo del diodo (es decir, la región rayada 504).
En esta realización, el terminal del diodo 11 se acopla eléctricamente a un conector 501 que pasa a través de la placa 9 para acoplar el diodo a la superficie inferior de la célula solar 30. En algunas realizaciones, el conector 501 puede tomar la forma de punta que se une al diodo 14, y que se monta usando una tecnología de agujero pasante. El conector 501 puede variar dependiendo de cómo se monte la célula solar 30 sobre la placa 9. Si, por ejemplo, la placa 9 está construida de forma que esté expuesta la parte inferior de la célula solar (por ejemplo, el lado de conductividad p-), el conector 501 puede pasar a través de todo el grosor de la placa 9. En algunas realizaciones, la parte inferior de la célula solar 30 puede asentarse sobre la parte superior de una superficie de la placa 9. Para dichas realizaciones, el conector 501 puede acoplarse a la capa de la placa 9 (por ejemplo, una capa por debajo de la superficie superior 505 de la placa 9).
El hueco entre la parte del fondo 503 del diodo 14 (por ejemplo, la superficie o superficies) que están enfrentadas a la placa 9) y la placa 9, está ocupada por cualquier material dieléctrico carente de metal adecuado 15, de forma que no exista un hueco de aire entre el diodo y la placa. En algunas realizaciones, no existe un hueco de aire entre los contactos 11 y 13 y el relleno carente de metal 15 ocupa sustancialmente todo el espacio entre la parte del fondo 503 del diodo 14 y la placa 9. En ese caso, el relleno carente de metal 15 está en contacto con la parte del fondo 503 del diodo 14 y la placa 9. La parte de relleno carente de metal 15 también puede hacer contacto con otras áreas del diodo 14. Ejemplos de materiales adecuados carentes de metal Incluyen la silicona. De manera similar, se deposita un material dieléctrico de masa grande y redondeada adecuado (o cubierta de conformación) 16 sobre el diodo 14 de forma que el diodo quede encapsulado. La cubierta 16 se deposita sobre la superficie superior 502 del diodo 14 (por ejemplo, la superficie o superficies que hacen frente alejadas de la placa 9) y que se extiende hacia abajo hasta que alcanza la placa 9. La cubierta 16 encapsula de esta manera al cuerpo del diodo 504 así como a los contactos 11 y 13. La cubierta 16 hace contacto con la superficie superior 502 del diodo 14 así como con los contactos 11 y 13. La cubierta 16 puede hacer contacto con otras áreas del diodo 14. Materiales de masa grande y redondeada o materiales de cubierta de conformación incluyen aquéllos que se venden bajo la marca Loctite® por la Corporación Henkel. Como el material dieléctrico 15 y 16 tiene una fuerza dieléctrica mucho más alta que el aire, se elimina de manera sustancial el riesgo de ruptura intermedia dieléctrico.
Los materiales dieléctricos carentes de metal y los materiales dieléctricos de masa grande y redondeada 15 y 16 evitan la descarga incontrolada de electricidad, para proteger las células solares 30 del sistema.
La figura 6 representa el lado inferior del receptor 12. El lado de la parte inferior 601 de la célula solar es una superficie conductora (por ejemplo, metalizada). El lado de la parte inferior 601 está acoplado a una pista conductora 602. La pista conductora 602 está acoplada al conector 501, que está acoplado al terminal 11 del diodo 14 (elementos 11 y 14 que se muestran en líneas de puntos porque están ocultos en esta vista). La pista conductora 602 puede ser relativamente ancha para llevar la corriente generada por la célula solar 30.
Dependiendo de la realización, el lado de la parte inferior 601 de la célula solar 30 puede descansar sobre una superficie de la placa 9 (por ejemplo, una capa por encima de la superficie inferior 506). En otras realizaciones, puede haber un corte en la placa 9 que exponga el lado de la parte inferior 601 de la célula solar 30. La localización de la pista conductora 602 puede variar dependiendo de cómo se monte la célula solar 30. Por ejemplo, si existe un corte en la placa 9, la pista conductora 602 puede estar sobre la superficie del fondo 506 de la placa 9. Si la célula solar 30 descansa sobre una capa de la placa por encima de la superficie inferior 506, la pista conductora 602 puede no estar sobre la superficie inferior de la placa (por ejemplo, se puede disponer sobre una capa entre las superficies superior 506 e inferior 506 de la placa 9). En dichas realizaciones, el lado de la parte inferior 601 de la célula solar y la pista conductora 602 podrían estar ocultos en esta perspectiva.
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V. Segunda realización de una célula solar
Las figuras 7A, 7B y 7C representan una segunda realización de una célula solar 730 para su uso, por ejemplo, en un receptor de célula solar, tal como los elementos 12a-12j de la figura 2A, o el elemento 12 de la figura 4. La célula solar 730 es una célula multiunión que tiene una polaridad n sobre p y que está compuesta de compuestos de los grupos III-V de InGaP (In)GaAs sobre un sustrato de Ge. La célula solar 730 incluye también una cubierta antirreflectora cuyas características de reflectividad espectral están diseñadas para minimizar la reflexión a nivel de la célula de interconexión de recubrimiento vítreo (CIC) o a nivel del montaje de célula solar (SCA), así como para maximizar el rendimiento al final de su vida útil (EOL) de las células. Las figuras 7A y 7B son desde la perspectiva del lado de polaridad n.
Una diferencia entre esta célula solar 730 y la célula solar 30 de la figura 4 es que la célula 730 utiliza dos terminales 703 y 704 ("barras de bus") en lugar del contacto de perímetro 301 de la célula 30. Los terminales 703 y 704 están rodeados por una estructura pasiva 705 (visible en la figura 7B, un cierre de la región 701). La región ocupada por los contactos 703 y 704 no es parte del área activa 702 (por ejemplo, una región capaz de convertir la energía solar en electricidad). Una ventaja de esta realización es que un porcentaje grande del área de la superficie global es el área activa 702 porque los contactos 703 y 704 ocupan justo dos lados de la célula 730.
Las dimensiones globales de la célula 730 son de aproximadamente 11,18 mm (dimensión 710) por 10,075 mm (dimensión 714). La célula 730 es de aproximadamente 0,185 mm de grosor (dimensión 718). El área efectiva 702 es de aproximadamente 10 mm (dimensión 712) por 10,075 mm (dimensión 714). El área efectiva 702 es de aproximadamente 10 mm (dimensión 712) por 10,075 mm (dimensión 714).
Los terminales 703 y 704 son aproximadamente de 9,905 mm de ancho (dimensión 715) por 0,505 mm de altura (dimensión 717), y están localizados aproximadamente a 0,085 mm (dimensiones 713 y 719) de los bordes de la célula 730. De acuerdo con esto, la distancia desde el borde más exterior del terminal 703 al borde más exterior del terminal 704 es de aproximadamente 11,01 mm (dimensión 711). La estructura pasiva 705 alrededor de los terminales 703 y 704 es de aproximadamente 0,01 mm de grosor (dimensión 720). Para tener en cuenta las variaciones en el procesado (por ejemplo, corte de sierra), algunas realizaciones emplean un borde delgado (por ejemplo, 0,035 mm, dimensión 716) alrededor de toda la célula 730 en donde no hay sustancialmente características.
La parte inferior de la célula 730 (es decir, el lado de polaridad p) es sustancialmente similar al lado de la célula 30 que se ilustra en la figura 6.
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VI. Realización alternativa de un receptor de célula solar
La figura 8 ilustra una realización alternativa de un receptor de célula solar 812 que comprende una célula solar 830 y su diodo asociado 814. El receptor de célula solar 812 se puede usar en aplicaciones sustancialmente de la misma manera que en el receptor 12 de la figura 4. La célula solar 830 está conectada eléctricamente al diodo 814. La superficie más superior de la célula solar 830 comprende un área de contacto 801, que en esta realización, ocupa dos bordes de la célula solar 830. En algunas realizaciones, el área de contacto 801 se hace tan pequeña como sea posible para maximizar el área que convierte la energía solar en electricidad, mientras que se sigue permitiendo la conexión eléctrica. Mientras que las dimensiones particulares de la célula solar 830 varían dependiendo de la aplicación, unas dimensiones estándar son de aproximadamente 1 cm cuadrado. Por ejemplo, un conjunto de dimensiones estándar puede ser de aproximadamente 12,58 mm x 12,58 mm, aproximadamente 0,160 mm de grosor, y un área activa total de aproximadamente 108 mm^{2}. Por ejemplo, en una célula solar 830 que sea aproximadamente de 12,58 mm x 12,58 mm, el área de contacto 801 es de aproximadamente 0,98 mm de ancho y el área de apertura es de aproximadamente 10 mm x 10 mm. El área de contacto 801 se puede formar de una variedad de materiales conductores. En esta realización, es el lado de conductividad n de la célula solar 830 el que recibe la luz, y de acuerdo con esto, el área de contacto 801 está dispuesta sobre el lado de conductividad n de la célula solar 830.
Se puede disponer una cubierta antirreflectora sobre el lado de conductividad n (o cualquier lado que reciba la energía solar) de la célula solar 830.
El contacto 801 se acopla a una pista conductora 802 que está dispuesta sobre la placa 809. En esta realización, el contacto 801 está acoplado a la pista conductora 802 por medio de una pluralidad de soldaduras de hilo 804.
La pista conductora 802 (y de esta forma, la célula solar 830) se acopla al terminal 811 del diodo 814 por medio de una conexión eléctrica entre la pista conductora 802 y la pista conductora 845.
El otro terminal 813 del diodo 814 está acoplado a la pista 846. Para completar la conexión en paralelo entre la célula solar 830 y el diodo 814, el terminal 813 está acoplado al lado de la parte inferior de la célula solar 830. Un ejemplo de este tipo de conexión se trata junto con las figuras 5 y 6.
El diodo 814 está acoplado de manera eléctrica a las tomas 843 y 844 por medio de pistas 845 y 846, respectivamente. Las tomas 843 y 844 están eléctricamente aisladas una de la otra por medio del conector 840. El conector 840 incluye una apertura para cada una de las tomas. Las aperturas están eléctricamente aisladas una de la otra. Las tomas 843 y 844 se muestran en líneas de puntos porque están ocultas de la vista por el cuerpo del conector 40. Las tomas comprenden un material eléctricamente conductor y proporcionan un acoplamiento eléctrico de un dispositivo al circuito. En algunas realizaciones, las tomas corresponden a los terminales de ánodo y de cátodo, y están diseñadas para aceptar los enchufes de receptáculo (por ejemplo, 341 y 342 de la figura 4) para su conexión a los receptores adyacentes, por ejemplo, como se describe con referencia a la figura 3. El conector 840 está, en algunas realizaciones, unido de manera segura a la placa 809 y puede estar construido de un material aislante (por ejemplo, de plástico).
El conector relativamente grande 840 ayuda a evitar que una célula solar se rompa como resultado de descargas eléctricas en los terminales que conducen a los receptores adyacentes, a causa de las aperturas aisladas que proporcionan un excelente aislamiento para cada una de las conexiones eléctricas de enchufe/toma albergadas en la misma.
El diodo 814 está cubierto por una cubierta dieléctrica de de masa grande y redondeada 816. También, se coloca un relleno dieléctrico carente de metal por debajo del diodo 814 entre los terminales 811 y 813. El uso de estos materiales se trata junto con la figura 5 (por ejemplo, los elementos 15 y 16).
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VII. Otros resultados
Además de resolver el problema de la descarga incontrolada, el uso del material dieléctrico carente de metal y/o de masa grande y redondeada (por ejemplo, cubierta de conformación) puede dar como resultado ventajas adicionales inesperadas.
El uso del material dieléctrico carente de metal y/o de la masa grande y redondeada puede mejorar de manera sustancial la capacidad de un receptor para gestionar la disipación de calor. Los materiales dieléctricos carentes de metal y de masa grande y redondeada (por ejemplo, 15 y 16) tienen una conductividad térmica más alta que el aire. Por consiguiente, mejoran la disipación del calor de los componentes del sistema a la atmósfera ambiente circundante por medio del aumento de la sección transversal del trayecto térmico. Además, como los materiales dieléctricos carentes de metal y de masa grande y redondeada (por ejemplo, 15 y 16) están, en algunas realizaciones, en contacto con la placa o con el sustrato, facilitan la transferencia de calor desde el diodo a la placa. Por ejemplo, el material carente de metal 15 y la masa grande y redondeada 16 mejoran de manera sustancial la disipación de calor del diodo 14. Como se ha descrito con anterioridad, cuando se puentea la célula solar 30, el diodo 14 puede estar portando varios miles (por ejemplo, 10.000) vatios de potencia eléctrica. Como los diodos no son conductores eléctricos de eficiencia perfecta, algo de esta potencia se disipa como energía térmica. La energía térmica en exceso puede destruir el diodo, y como mínimo, reduce su vida útil. Como resultado, los receptores que emplean material carente de metal y/o masa grande y redondeada tienen una probabilidad de tener una vida útil aumentada, en especial a medida que aumentan los niveles de potencia. Además, el material carente de metal y/o la masa grande y redondeada son soluciones mucho más baratas, eficientes y ligeras que muchos otros procedimientos (por ejemplo, refrigeración pasiva usando sumideros metálicos de calor o refrigeración activa) para mejorar la gestión del calor. Además, esos otros procedimientos no resuelven el problema de la descarga incontrolada.
Los materiales carentes de metal y/o de masa grande y redondeada pueden proteger también contra cortocircuitos que sean el resultado de contaminantes. En algunas realizaciones, las pistas conductoras (por ejemplo, los elementos 45 y 46) están separadas en no más de 1 mm aproximadamente. Cuando las pistas están tan cerca unas de otras, muchos contaminantes, tales como una gota de agua, son lo suficientemente grandes como para hacer contacto con dos pistas conductoras adyacentes. Además, como el diodo 14 es de por sí relativamente pequeño, es posible que una o más gotas de agua puenteen los terminales 11 y 13. Como los receptores solares (por ejemplo, 12) a menudo son usados en exteriores, están expuestos a la humedad, por ejemplo, de la condensación y/o de la lluvia. El uso del material carente de metal y/o de la masa grande y redondeada evita la humedad de la condensación sobre los terminales del diodo 14 o sobre las pistas conductoras 45 y 46, reduciendo por lo tanto la probabilidad de cortocircuitos.
Los materiales carentes de metal y/o de masa grande y redondeada (o cubierta de conformación) 15 y 16 también evitan que materiales extraños caigan sobre los terminales de los diodos 14, sobre las pistas conductoras 45 y 46 y sobre cualquier pista eléctrica sobre la placa 9, reduciendo de esta manera además la probabilidad de cortocircuitos durante el funcionamiento.
Otra ventaja inesperada es que los materiales dieléctricos de material carente de metal y/o de masa grande y redondeada (por ejemplo, 15 y 16) añaden integridad mecánica a las interfaces entre los diodos y las placas a las que se conectan. Como resultado de esto, durante el transporte, instalación y manejo, la probabilidad de que el diodo se desconecte (o en cualquier otro caso se desacople eléctricamente) es reducida.
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VIII. Datos de funcionamiento típicos
Realizaciones de prueba de receptores de células solares (por ejemplo, 12) en diferentes concentraciones solares dieron como resultado los siguientes datos. Las pruebas a 470 soles y 1150 soles implicaron la utilización del receptor de célula solar 12 como parte de un montaje de módulo de célula solar (por ejemplo, el elemento 20).
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100
Como se indica, las pruebas revelan que la eficiencia fue más alta a una concentración de 470 soles. Aunque 1150 soles produjo una salida global mayor, la mayor concentración expone la célula solar a una gran cantidad de calor que puede dañar o sustancialmente acortar la vida de la célula solar.
Será obvio que se podrían hacer modificaciones al aparato descrito con anterioridad. En particular, el material dieléctrico podría aplicarse no solamente a los diodos, sino también a todos los terminales, patillas y pistas conductoras sobre el panel. Además, las carcasas de módulo de célula solar se pueden hacer ajustables, por ejemplo, (1) para acomodar las lentes que tengan diferentes longitudes focales o (2) para aumentar o para disminuir la concentración (es decir, soles) por medio del movimiento de la célula solar alejándola o acercándola al punto focal. Además, se pueden disponer de manera matricial múltiples lentes, por ejemplo, para focalizar la luz entrante de manera precisa sobre la célula solar.
Se han descrito varias realizaciones. Sin embargo, se comprenderá que se puedan hacer varias modificaciones sin salirse del espíritu y del alcance de la invención. De acuerdo con esto, otras realizaciones se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (11)

1. Un módulo de células solares para convertir la energía solar en electricidad caracterizado porque comprende:
una carcasa que comprende un primer lado y un segundo lado opuesto al primer lado;
un conjunto integrado de lentes de Fresnel acoplada al primer lado de la carcasa;
una pluralidad de receptores de células solares dispuestos sobre el segundo lado de la carcasa, comprendiendo cada uno de los receptores de células solares:
una célula solar que comprende una o más capas de compuestos semiconductores de los grupos III-V;
un diodo que tiene un cuerpo, un terminal de ánodo y un terminal de cátodo, el diodo acoplado en paralelo con la célula solar; y
un primer y un segundo terminales eléctricos acoplados en paralelo con la célula solar y con el diodo y adaptados para proporcionar la conexión eléctrica a uno o más receptores de célula solar separados espaciados;
cada célula solar estando dispuesta en un trayecto óptico de una lente respectiva, en el que la lente pueda funcionar para concentrar la energía solar sobre la respectiva célula solar por un factor de 400 o más, de manera que la respectiva célula solar genere más de 14 vatios de potencia CC de pico.
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2. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las lentes del conjunto integrado de lentes de Fresnel tiene una longitud focal entre 38,1 cm y 50,8 cm.
3. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las células solares de cada receptor de célula solar tiene unas dimensiones de 1 cm por 1 cm.
4. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque comprenden
una pluralidad de elementos ópticos secundarios dispuestos en la trayectoria óptica de cada una de las respectivas lentes, entre la lente y la célula solar correspondiente, definiendo cada elemento óptico secundario un respectivo canal óptico en forma de cono que tiene una pluralidad de paredes reflectoras, en el que cada célula solar está dispuesta en una trayectoria óptica de un canal óptico respectivo.
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5. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los receptores de célula solar comprende:
un sustrato para soportar la célula solar y el diodo;
en el que el cuerpo del diodo comprende una parte superior y una parte inferior, la parte inferior estando dispuesta más cercana al sustrato que la parte superior;
una cubierta dispuesta sobre la parte superior del cuerpo del diodo y que se extiende por el sustrato, la cubierta encapsulando el cuerpo del diodo, el terminal del ánodo y el terminal del cátodo;
una bajocubierta que ocupa todo el espacio entre la parte del fondo del cuerpo del diodo y el sustrato.
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6. El módulo de células solares de la reivindicación 5 caracterizado porque la bajocubierta está dispuesta de forma que no exista un hueco de aire entre el diodo y el sustrato.
7. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto integrado de lentes de Fresnel es una hoja acrílica que tiene un elemento de alineamiento adaptado para acoplarse con un elemento de alineamiento sobre la carcasa.
8. El módulo de células solares de la reivindicación 2, caracterizado porque la longitud focal de cada una de las lentes del conjunto integrado es de 45 cm.
9. El módulo de células solares de la reivindicación 1, caracterizado porque la célula solar es una célula multiunión que comprende al menos tres regiones en las que las regiones comprenden de manera respectiva un sustrato que contiene germanio, una capa que contiene InGaAs o GaAs dispuesta sobre el sustrato, y una capa de InGaP dispuesta sobre la capa que contiene InGaAs o GaAs.
10. El módulo de células solares de la reivindicación 4, caracterizado porque el canal óptico está definido por medio de una entrada óptica y una salida óptica, la entrada óptica siendo mayor que la salida óptica.
11. El módulo de células solares de la reivindicación 10, caracterizado porque la salida óptica está dimensionada para que tenga las mismas dimensiones que la célula solar.
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