ES2491017A9 - Receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador - Google Patents

Abstract

Receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador.#La presente divulgación proporciona un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador, que tiene los siguientes componentes: (1) el receptor para el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que incluye: un sustrato, una célula fotovoltaica para la recepción de luz solar que está fijada sobre el sustrato, y un homogeneizador para la introducción de la luz solar concentrada por el concentrador solar en la célula fotovoltaica, estando colocado dicho homogeneizador directamente sobre la célula fotovoltaica; incluyendo (2) el homogeneizador: una forma de superficie obtenida por superposición de n (n >= 2) piezas de cuerpos esféricos que tienen un radio R{sub,n} estando en una dirección vertical entre sí, que es una dirección desde la célula fotovoltaica hacia el concentrador solar, en donde el radio R{sub,k} del cuerpo esférico localizado en la posición k-ésima contada desde la célula fotovoltaica es mayor que el radio R{sub,k+1} del cuerpo esférico localizado en la posición (k+1)-ésima contada desde la célula fotovoltaica.

Description

RECEPTOR PARA MÓDULO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA CONCENTRADOR

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador, más específicamente, se refiere a un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que dirige luz solar de alta energía concentrada mediante un concentrador solar a una célula fotovoltaica para llevar a cabo generación de energía.

Antecedentes de la invención

Los módulos de generación de energía fotovoltaica se clasifican generalmente en módulos de generación de energía

15 fotovoltaica de tipo no de concentración que dirigen la luz solar sin concentrar a una célula fotovoltaica, y módulos de generación de energía fotovoltaica de tipo de concentración que dirigen la luz solar concentrada por un concentrador solar a la célula fotovoltaica. Entre estos, dado que es posible hacer la célula fotovoltaica pequeña en el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador, el uso de una célula de alto precio con una buena eficacia de conversión tiene una influencia insignificante en el coste de producción de energía eléctrica. Por esta razón, el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador tiene la ventaja de ser capaz de producir de forma eficaz energía eléctrica barata.

El módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador incluye una lente condensadora (elemento óptico primario) que se usa para concentrar la luz solar. La luz concentrada por la lente condensadora tiene una elevada

25 potencia en la parte central de la misma y una baja potencia en la parte periférica de la misma. En el caso en el que la luz se emite directamente sobre la célula fotovoltaica, no se obtiene una alta eficacia de generación de energía. Por esta razón, habitualmente, el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador tiene un elemento óptico columnar o piramidal (elemento óptico secundario), denominado homogeneizador, que se proporciona por encima de la célula fotovoltaica. El homogeneizador homogeneiza la energía luminosa reflejando total y repetidamente la luz solar de alta energía concentrada por la lente condensadora sobre una superficie lateral del mismo.

En el módulo de generación de energía fotovoltaica, la célula fotovoltaica se fija sobre un sustrato, y el homogeneizador se coloca encima de la célula fotovoltaica. Además, la circunferencia de la célula fotovoltaica y la

35 parte inferior del homogeneizador se cubren con un elemento de sellado. El denominado "receptor" está configurado para tener el sustrato, la célula fotovoltaica y el homogeneizador como una unidad. El homogeneizador está colocado simplemente por encima de la célula fotovoltaica. El elemento de sellado evita la entrada de agua en la célula fotovoltaica, pero no funciona como agente adhesivo. Por esta razón, el homogeneizador se fija habitualmente al receptor mediante varios elementos de fijación y, por lo tanto, incluso en el caso en el que se produzca un impacto en externo o vibración externa sobre el homogeneizador, el homogeneizador no se sale de su posición.

Por ejemplo, el Documento de Patente 1 desvela un método en el que se fija un elemento óptico columnar al sustrato receptor mediante una base que cubre una parte con una sección transversal en forma de U.

45 El Documento de Patente 2 desvela un método en el que se monta una parte de sujeción sobre el sustrato receptor, y el elemento óptico columnar se fija al sustrato receptor mediante la parte de sujeción. Además, el Documento de Patente 3 desvela un método en el que se montan cuatro columnas sobre la circunferencia de la célula fotovoltaica, se coloca una placa de apantallamiento ligera con un orificio pasador en las columnas, y se inserta el homogeneizador en el orificio pasador de la placa de apantallamiento ligera.

Sin embargo, se necesita un elemento complicado para todos los métodos de fijación del homogeneizador en la técnica relacionada. Por esta razón, en el caso en el que el homogeneizador se fija al receptor, existen numerosos casos en los que el receptor llega a tener un gran tamaño. De forma alternativa, existen numerosos casos en los que se usa un elemento demasiado complejo para fijar el homogeneizador.

55 En el caso en el que se coloca el homogeneizador columnar o piramidal por encima de la célula fotovoltaica, (a) en el caso en el que el centro del homogeneizador se desvía del centro de la célula fotovoltaica, (b) en el caso en el que el homogeneizador rota en dirección θ (en una dirección circunferencial), o (c) en el caso en el que la posición de irradiación o el ángulo de irradiación de luz concentrada por la lente condensadora está, respectivamente, fuera de la posición objetivo o del ángulo objetivo, la eficacia de conversión de la célula fotovoltaica disminuye. Además, en el caso en el que la superficie lateral de la parte inferior del homogeneizador está cubierta con un elemento de sellado para proteger de forma fiable la célula fotovoltaica, existe un caso en el que la luz se pierde a través del elemento de sellado.

65 [Documento de Patente 1] JP-A-2010-206165 [Documento de Patente 2] JP-A-2009-272567 [Documento de Patente 3] JP-A-2007-201109

Sumario de la invención

5 Un objetivo de la presente invención es proporcionar un receptor para un módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que tiene una pequeña disminución en la eficacia de conversión, incluso en el caso en el que el homogeneizador (elemento óptico secundario) se desvíe de la posición o de la dirección rotacional con respecto a la célula fotovoltaica, o incluso en el caso en el que la luz incidente (elemento óptico primario) se desvíe de la posición o de la dirección rotacional con respecto a la célula fotovoltaica.

10 Otro objetivo de la presente invención es proporcionar el receptor para un módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que incluye medios para prevenir que el homogeneizador se desvíe de la posición o de la dirección rotacional con respecto a la célula fotovoltaica. Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar el receptor para un módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que pueda proteger de forma fiable la célula fotovoltaica sin causar una disminución en la

15 eficacia de conversión.

Para solucionar los problemas, el receptor para el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con la presente invención tiene los siguientes componentes:

20 (1) el receptor para el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que comprende: un sustrato, una célula fotovoltaica para la recepción de luz solar que está fijada sobre el sustrato, y un homogeneizador para la introducción de la luz solar concentrada por el concentrador solar en la célula fotovoltaica, estando colocado dicho homogeneizador directamente sobre la célula fotovoltaica;

25 (2) el homogeneizador que comprende: una forma de superficie obtenida por superposición de n (n ≥ 2) cuerpos esféricos que tienen un radio Rn estando en una dirección vertical entre sí, que es una dirección desde la célula fotovoltaica hacia el concentrador solar, en el que el radio Rk del cuerpo esférico localizado en la posición k-ésima contada desde la célula fotovoltaica es mayor que el radio Rk+1 del cuerpo esférico localizado en la posición (k+1)-ésima contada desde la célula

30 fotovoltaica.

El homogeneizador incluye preferentemente una pata que se extiende en una dirección paralela a la superficie del sustrato. Además, el sustrato incluye preferentemente una montura para colocar la pata sobre la misma, y/o una marca de

35 alineación para posicionar la pata.

En el homogeneizador que tiene una forma de superficie obtenida por superposición de una pluralidad de cuerpos esféricos que tienen diferentes radios entre sí, incluso en el caso en el que se produzca una desviación posicional o una desviación rotacional del homogeneizador o de la luz incidente, es altamente probable que la luz alcance la

40 célula fotovoltaica. Por esta razón, la disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o similar es pequeña. En el caso en el que el homogeneizador que tiene la forma de superficie está provisto de patas, es fácil posicionar y fijar el homogeneizador. Por esta razón, es posible evitar una disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o una desviación rotacional del homogeneizador.

45 Además, en el caso en el que la luz incide sobre el homogeneizador que tiene la forma de superficie, la luz se refracta únicamente una vez en un plano de incidencia, y avanza hacia la célula fotovoltaica como tal. Por esta razón, incluso aunque una superficie lateral de una parte inferior del homogeneizador estuviera cubierta con una capa gruesa de un elemento de sellado, la luz no se perdería por el elemento de sellado.

50 Breve descripción de las figuras

[Fig. 1] La Figura 1 ilustra una vista superior (Figura 1(a)), una vista frontal (Figura 1(b)) y una vista de sección transversal (Figura 1(c)) tomada a lo largo de la línea C-C’ de un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con una realización de la presente invención.

55 [Figura 2] La Figura 2(a) es un diagrama que ilustra la relación entre R1/R2 y la eficacia relativa. La Figura 2(b) es un diagrama que ilustra la relación entre R2/R3 y la eficacia relativa. [Figura 3] La Figura 3(a) es un diagrama que ilustra la relación entre el número n de cuerpos esféricos y la eficacia relativa. La Figura 3(b) ilustra vistas esquemáticas de diversos homogeneizadores, cada uno de los cuales tiene un número n diferente de cuerpos esféricos.

60 [Figura 4] La Figura 4(a) es un diagrama que ilustra la relación entre el ángulo de incidencia de la luz α y la eficacia relativa. La Figura 4(b) es un diagrama que ilustra la relación entre las desviaciones de una célula fotovoltaica y el homogeneizador en la dirección x con respecto al elemento óptico primario y la eficacia relativa. [Figura 5] La Figura 5(a) es un diagrama que ilustra la relación entre la desviación de la célula fotovoltaica en la dirección x con respecto al homogeneizador (n = 3) y la eficacia relativa. La Figura 5(b) es un diagrama que ilustra la

65 relación entre la desviación de la célula fotovoltaica en la dirección z con respecto al homogeneizador (n = 3) y la eficacia relativa.

[Figura 6] La Figura 6 es un diagrama que ilustra la relación entre la rotación de la célula fotovoltaica en la dirección θ con respecto al homogeneizador (n = 3) y la eficacia relativa.

Descripción detallada de la invención

5 En lo sucesivo en el presente documento, se describirá en detalle una realización de la presente invención.

[1. Receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador]

10 La Figura 1 ilustra una vista superior (Figura 1(a)), una vista frontal (Figura 1(b)) y una vista de sección transversal (Figura 1(c)) tomada a lo largo de la línea C-C’ de un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador 10 (en lo sucesivo en el presente documento, denominado simplemente "receptor") de acuerdo con una realización de la presente invención. En la Figura 1, el receptor 10 incluye un sustrato 12, una célula fotovoltaica 14, un homogeneizador (elemento óptico secundario) 16, y un elemento de sellado 18.

[1.1 Sustrato]

La célula fotovoltaica 14 está fijada sobre la superficie del sustrato 12. El material del sustrato 12 no se limita de forma particular, y que es posible usar diversos materiales para el sustrato 12. Por ejemplo, aluminio, cobre o

20 similares sirven como ejemplo para el material del sustrato 12.

En el ejemplo que se ilustra en la Figura 1, se proporcionan monturas 12a sobre la superficie del sustrato 12 y el homogeneizador 16 está colocado sobre las monturas 12a. Las monturas 12a no se requieren siempre, pero en el caso en el que se montan las monturas 12a sobre el sustrato 12, es fácil posicionar y fijar el homogeneizador 16.

25 El material de la montura 12a no se limita de forma particular, y es posible usar diversos materiales para la montura 12a. Por ejemplo, el material de la montura 12a puede ser igual o diferente que el del sustrato 12. La forma, el número, y la posición de montaje de la montura 12a no se limita de forma particular, y se determinan preferentemente para que posibiliten posicionar y fijar el homogeneizador 16. En el ejemplo que se ilustra en la

30 Figura 1, en el caso en el que la montura 12a se ve de frente, la montura 12a tiene forma de L. El sustrato 12 está provisto de una de las monturas 12a en cada uno de ambos extremos del homogeneizador 16, y las partes de la pared de montaje (partes de la barra vertical de las monturas con forma de L) interponen ambos extremos del homogeneizador 16 entre las mismas.

35 Las marcas de alineación 12b están formadas sobre la superficie del sustrato 12 para posicionar el homogeneizador

16. Las marcas de alineación 12b no se requieren siempre, pero en el caso en el que las marcas de alineación 12b están formadas sobre el sustrato 12, es fácil posicionar el homogeneizador 16. Las marcas de alineación 12b pueden funcionar como un patrón para posicionar las partes que se van a soldar sobre el sustrato 12.

40 El método de formación de la marca de alineación 12b no se limita de forma particular, y es posible usar diversos métodos de formación de la marca de alineación 12b. Por ejemplo, es posible formar la marca de alineación 12b por formación con un patrón de Cu sobre la superficie del sustrato 12 y grabado del patrón de Cu con una forma predeterminada. La forma, el número, y la posición de formación de la marca de alineación 12b no se limitan de forma particular, y se

45 determinan preferentemente para que posibiliten posicionar el homogeneizador 16. En el ejemplo que se ilustra en la Figura 1, la marca de alineación 12b tiene una forma triangular. Todos de las marcas de alineación 12b se forman en la proximidad de cada una de las monturas 12a de modo que los vértices de las dos marcas de alineación triangulares 12b queden enfrentados entre sí.

50 [1.2 Célula fotovoltaica]

La célula fotovoltaica 14 es una célula que recibe luz emitida y convierte la luz emitida recibida en energía eléctrica. En la presente invención, la estructura y el material de configuración de la célula fotovoltaica 14 no se limitan de forma particular, y es posible usar células que tienen diversas estructuras y están hechas de diversos materiales.

55 En general, la célula fotovoltaica 14 tiene una estructura en la que están laminados un electrodo posterior, una capa de semiconductor que exhibe un efecto fotovoltaico, y un electrodo superior, en la secuencia listada. Existe un caso en el que se forma una película antirreflectante sobre la superficie de la capa de semiconductor. Por ejemplo, se conocen como capa de semiconductor silicio cristalino, un semiconductor de un compuesto del grupo IIIrepresentado por InGaP / InGaAs / Ge y similares.

60 En la realización, la célula fotovoltaica 14 está fijada a la superficie del sustrato 12. Además de la célula fotovoltaica 14, el sustrato 12 está provisto con diversos componentes de configuración necesarios para la generación de energía mediante la célula fotovoltaica 14. En la Figura 1, se omite la ilustración, pero se forman una capa aislante y una placa sobre el sustrato 12 en la secuencia listada, y la célula fotovoltaica 14 está fijada a la placa a través de un

65 electrodo de plomo.

[1.3 Homogeneizador]

[1.3.1 Forma de superficie del homogeneizador]

5 El homogeneizador (elemento óptico secundario) 16 introduce luz solar concentrada por el concentrador solar (no se ilustra) en la célula fotovoltaica 14. La luz que incide en el homogeneizador 16 se refracta únicamente una vez en un plano de incidencia que avanza hacia la célula fotovoltaica 14. El homogeneizador 16 está colocado directamente sobre la célula fotovoltaica 14 de manera que la superficie del extremo inferior del mismo queda frente a la célula fotovoltaica 14.

En la presente invención, el homogeneizador 16 comprende: una forma de superficie obtenida por superposición de n (n ≥ 2) cuerpos esféricos que tienen un radio Rn estando en una dirección vertical entre sí, que es una dirección (dirección z) desde la célula fotovoltaica 14 hacia el concentrador solar (no se ilustra), en el que el radio Rk del cuerpo esférico localizado en la posición k-ésima contada desde la célula fotovoltaica 14 es mayor que el radio Rk+1

15 del cuerpo esférico localizado en la posición (k+1)-ésima contada desde la célula fotovoltaica 14. En este aspecto, la presente invención es diferente de la técnica relacionada. Por otra parte, el radio Rn de un cuerpo esférico que configura la superficie del homogeneizador 16 se hace gradualmente más pequeño que el cuerpo esférico que se encuentra más cercano al lado del concentrador solar desde el lado de la célula fotovoltaica 14. Sin embargo, el interior del homogeneizador 16 se forma integralmente, y no existe ninguna línea de separación entre los cuerpos esféricos.

Es preferente que el número (n) de cuerpos esféricos sea 2 o mayor. A medida que el número de cuerpos esféricos aumenta, es posible evitar la disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o una desviación rotacional del homogeneizador 16 o la luz incidente.

25 Por el contrario, incluso aunque el número de cuerpos esféricos aumente más de lo necesario, no existe ninguna mejora adicional en los efectos, y no existe ninguna ganancia real. Por lo tanto, el número de cuerpos esféricos es preferentemente 5 o menor. El número de cuerpos esféricos es más preferentemente 4 o menor. En particular, el número de cuerpos esféricos es preferentemente 3 o mayor. En el caso en el que el número de cuerpos esféricos es 3 o mayor, incluso aunque se produzca una desviación posicional, es posible obtener una eficacia relativa de un 95 % o superior.

[1.3.2 Radio del cuerpo esférico]

Haciendo simplemente el radio Rn del cuerpo esférico que configura la superficie del homogeneizador 16

35 gradualmente más pequeño que el cuerpo esférico que se encuentra más cercano al lado del concentrador solar desde el lado de la célula fotovoltaica 14, es posible evitar la disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o similar. Sin embargo, en el caso en el que se optimiza la relación de radios (Rk/Rk+1) de cuerpos esféricos adyacentes, es posible evitar considerablemente la disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o similar.

La relación de radios (Rk/Rk+1) óptima es diferente para cada uno de los cuerpos esféricos. Por ejemplo, la relación de radios (= R1/R2) satisface preferentemente 1,12 ≤ R1/R2 ≤ 1,56, en la que R1 es el radio del primer cuerpo esférico y R2 es el radio del segundo cuerpo esférico. La relación de radios R1/R2 satisface más preferentemente 1,16 ≤ R1/R2 ≤ 1,48, satisface aún más preferentemente

45 1,18 ≤ R1/R2 ≤ 1,44, y satisface de forma particularmente preferente 1,22 ≤ R1/R2 ≤ 1,40.

Además, la relación de radios (= R2/R3) satisface preferentemente 1,20 ≤ R2/R3 ≤ 2,08, en la que R2 es el radio del segundo cuerpo esférico y R3 es el radio del tercer cuerpo esférico. La relación de radios R2/R3 satisface más preferentemente 1,56 ≤ R2/R3 ≤ 2,06, y satisface de forma particularmente preferente 1,76 ≤ R2/R3 ≤ 2,04.

En el caso en el que n es 4 o mayor, es preferente que la relación de radios Rk/Rk+1 (k entra dentro del intervalo de 3 a (n -1)) satisfaga al menos Rk/Rk+1 > 1. Hablando de forma más exacta, en el caso en el que n es 4 o mayor, se obtiene una relación de radios Rk/Rk+1 óptima. Sin embargo, es posible obtener una eficacia relativa de un 95 % o

55 superior con al menos tres cuerpos esféricos. Por lo tanto, incluso aunque se optimice adicionalmente la relación de radios Rk/Rk+1 cuando n es 4 o mayor, la influencia en la eficacia de conversión global de la célula fotovoltaica 14 es pequeña.

[1.3.3 Distancia entre los cuerpos esféricos]

La distancia (Zk) entre el centro del cuerpo esférico que está localizado en la posición k-ésima contada desde la célula fotovoltaica 14 y el centro del cuerpo esférico que está localizado en la posición (k+1)-ésima contado desde la célula fotovoltaica 14 afecta a la disminución de la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o similar.

65 Como se ha descrito anteriormente, el homogeneizador 16 tiene una forma de superficie obtenida por superposición de una pluralidad de cuerpos esféricos (o cuerpos hemisféricos) que tienen radios diferentes entre sí. Por lo tanto, es

necesario que Zk satisfaga al menos (Rk -Rk+1) < Zk. Por el contrario, en el caso en el que Zk es excesivamente grande, los cuerpos esféricos se contraen en las líneas de

2)1/2

separación entre los mismos. Por lo tanto, es necesario que Zk satisfaga al menos Zk ≤ (Rk2 -Rk+1 .

5 Además, en el caso en el que n es 4 o mayor, es preferente que la distancia Zk (k entra dentro del intervalo de 3 a (n

2)1/2

-

1)) satisfaga (Rk -Rk+1) < Zk ≤ (Rk2 -Rk+1 . Hablando de forma más exacta, en el caso en el que n es 4 o mayor, se obtiene el Zk óptimo. Sin embargo, es posible obtener una eficacia relativa de un 95 % o superior con al menos tres cuerpos esféricos. Por lo tanto, incluso aunque se optimice adicionalmente Zk cuando n es 4 o mayor, la influencia en la eficacia de conversión global de la célula fotovoltaica 14 es pequeña.

10 Por otra parte, el centro del primer cuerpo esférico que está localizado en el primer lugar contando desde la célula fotovoltaica 14 se puede posicionar más bajo que la superficie del fondo del homogeneizador 16, o se puede posicionar en la superficie del fondo. Incluso en el caso en el que el centro del primer cuerpo esférico se posicione muy alto, la célula fotovoltaica 14 tiene un ángulo incidente en el que la luz no se puede concentrar. Por lo tanto, el centro del primer cuerpo esférico está

15 posicionado preferentemente en la superficie del fondo del homogeneizador 16, o por debajo de la superficie del fondo.

[1.3.4 Pata]

20 En el ejemplo que se ilustra en la Figura 1, el homogeneizador 16 incluye un cuerpo principal 16a que está configurado para tener un cuerpo laminado de cuerpos esféricos; una base con forma de placa cuadrada 16b que se proporciona sobre la superficie del fondo del cuerpo principal 16a; y patas 16c que se extienden en una dirección paralela a la superficie del sustrato 12. Cada una de las patas 16c está provista, respectivamente, sobre la superficie lateral izquierda y la superficie lateral derecha de la base 16b.

25 La base 16b no siempre se requiere. Sin embargo, en el caso en el que se proporciona la base 16b, es fácil alinear la posición del homogeneizador 16 dado que la base 16b tiene una forma de placa cuadrada, y es fácil fijar el homogeneizador 16 dado que la base 16b es plana.

Las patas 16c no siempre se requieren, pero en el caso en el que se proporcionan las patas 16c, es fácil posicionar

30 y fijar el homogeneizador 16. En el ejemplo que se ilustra en la Figura 1, las patas 16c del homogeneizador 16 están colocadas sobre las monturas 12a provistas sobre la superficie del sustrato 12. Las monturas 12a pueden reducir las desviaciones en la dirección x y en la dirección θ. Las marcas de alineación 12b formadas sobre la superficie del sustrato 12 se usan para posicionar las patas 16c del homogeneizador 16. Las marcas de alineación 12b pueden reducir la desviación

35 en la dirección y.

En particular, no existe ninguna limitación en las posiciones y el número de las patas 16c y las posiciones y el número de las monturas 12a y/o las marcas de alineación 12b que se proporcionan para que correspondan con la pata 16c, y es posible seleccionar de forma arbitraria las posiciones y el número de las patas 16c, las monturas 12a

40 y/o las marcas de alineación 12b dependiendo del fin. Por ejemplo, se puede proporcionar la pata 16c no solamente en la dirección x sino también en la dirección y, y también se pueden proporcionar la monturas 12a y/o la marca de alineación 12b en una posición que corresponda a la posición de la pata 16c. Alternativamente, la forma plana de las bases 12b puede ser una forma triangular o una forma hexagonal, se pueden

45 proporcionar tres patas 16c formando un ángulo de 120° entre sí, y se pueden proporcionar la montura 1 2a y/o la marca de alineación 12b en una posición que corresponda con la posición de la pata 16c. Además, la superficie del fondo de la pata 16c se puede alinear con la superficie del fondo de la base 16b, o se puede posicionar encima o debajo de la superficie del fondo de la base 16b.

50 [1.3.5 Material del homogeneizador]

Se usa un material con una alta transparencia óptica en el homogeneizador 16. Por ejemplo, existe (a) vidrio que contiene sodio tal como vidrio de borosilicato o vidrio de silicato sódico, (b) vidrio de aluminosilicato o vidrio de bario sódico-potásico, o similares, como el material del homogeneizador 16. En particular, dado que el vidrio que contiene 55 sodio es barato y fácil de procesar, el vidrio que contiene sodio es adecuado para el material del homogeneizador

16.

Si fuera necesario, se pueden formar diversas películas sobre la superficie del homogeneizador 16. Por ejemplo, se puede formar una película antirreflectante en la superficie del extremo superior (el plano de

60 incidencia de la luz) del homogeneizador 16. Por ejemplo, (a) una película antirreflectante de TiO2/Al2O3 configurada para que tenga una estructura estratificada de óxido de aluminio y óxido de titanio, (b) una película antirreflectante configurada para tener una capa de fluoruro de magnesio o una capa de fluoruro de calcio, o similar, sirven de ejemplo de la película antirreflectante.

65 Se puede interponer una película protectora en la interfase entre el homogeneizador 16 y la célula fotovoltaica 14 para evitar la entrada de agua.

El material que se usa en la película protectora tiene preferentemente una alta translucidez y una alta resistencia térmica. Por ejemplo, una resina de silicona en estado gel, una película de resina acrílica, o similar, sirven de ejemplo del material de la película protectora.

5 [1.4 Elemento de sellado]

[1.4.1 Material del elemento de sellado]

El elemento de sellado 18 cubre la parte expuesta de la célula fotovoltaica 14, y protege la célula fotovoltaica 14. En el ejemplo que se ilustra en la Figura 1, el espacio entre la base 16b y el sustrato 12 en la circunferencia de la célula fotovoltaica 14 se llena con el elemento de sellado 18.

En el caso en el que la parte expuesta de la célula fotovoltaica 14 está cubierta con el elemento de sellado 18, es necesario evitar durante un largo período de tiempo la entrada de agua en la célula fotovoltaica 14 causada por el

15 deterioro del elemento de sellado 18. Por esta razón, es necesario que el material del elemento de sellado 18 tenga una elevada resistencia térmica y una elevada resistencia a las condiciones climatológicas. Por ejemplo, (a) una resina de silicona que contiene polvo de vidrio fino; (b) un caucho RTV autoadhesivo que está lleno con polvo de material inorgánico blanco y opaco (por ejemplo, carbonato de calcio, óxido de titanio, óxido de aluminio de alta pureza, óxido de magnesio de alta pureza, óxido del berilio, nitruro de aluminio, o similar) que tiene una alta conductividad térmica y propiedades de reflexión de la luz; (c) un material en el que se añade adicionalmente un 10 % o superior en peso de una resina de silicona fluorada al material de (b); (d) una resina epoxi;

o similar, sirven de ejemplo del material del elemento de sellado.

[1.4.2 Índice de refracción del elemento de sellado]

25 Los diversos materiales que se han mencionado anteriormente se conocen por ser materiales que evitan la entrada de agua en la célula fotovoltaica 14 y tienen resistencia térmica y/o resistencia a las condiciones climatológicas. En los materiales mencionados anteriormente, la resistencia a las condiciones climatológicas tiene una correlación con el índice de refracción. En general, a medida que la resistencia a las condiciones climatológicas del material aumenta, el índice de refracción del material tiende a aumentar. Es decir, no existe ningún material conocido que satisfaga un bajo índice de refracción con una elevada resistencia a las condiciones climatológicas al mismo tiempo y se pueda usar como elemento de sellado 18 de la célula fotovoltaica 14.

En el caso en el que el elemento de sellado 18 cubre una superficie lateral de la parte inferior del homogeneizador

35 columnar o piramidal 16, el índice de refracción del elemento de sellado 18 ha de ser bajo. En el caso en el que la diferencia entre los índices de refracción del elemento de sellado 18 y el homogeneizador es grande, es probable que la luz no se refleje totalmente en la parte inferior del homogeneizador. Sin embargo, dado que un material de índice de refracción bajo tiene generalmente una resistencia térmica baja y/o una resistencia a las condiciones climatológicas baja, es probable que el material de índice de refracción bajo se deteriore incluso en el caso en el que la cantidad de pérdida de luz sea relativamente pequeña.

Por el contrario, un material de índice de refracción elevado tiene generalmente una resistencia térmica elevada y/o una resistencia a las condiciones climatológicas elevada. Sin embargo, a medida que el índice de refracción del elemento de sellado 18 aumenta, es improbable que la luz se refleje totalmente en la parte inferior del

45 homogeneizador. Como consecuencia, una parte de la luz se pierde por el elemento de sellado 18. Dado que el material de índice de refracción elevado tiene una resistencia térmica elevada y una resistencia a las condiciones climatológicas elevada, es improbable que el material de índice de refracción elevado se deteriore incluso aunque se produzca una pérdida de luz. Sin embargo, la pérdida de luz que se convierte en la causa principal de la disminución de la eficacia de conversión.

Como se ilustra en la Figura 1, en el caso en el que se usa el homogeneizador 16, que está configurado para tener un cuerpo laminado de cuerpos esféricos con diferentes radios, la luz que incide en el homogeneizador 16 se refracta una vez en el plano de incidencia y a continuación avanza hacia la célula fotovoltaica 14. Por esta razón, la luz no se pierde desde la superficie lateral de la parte inferior del homogeneizador 16. Dado que la luz no se pierde,

55 es posible usar no solamente un material de índice de refracción elevado sino también un material de índice de refracción bajo barato como material del elemento de sellado 18. Además, es posible cubrir con una capa gruesa la superficie lateral de la parte inferior del homogeneizador 16 con el elemento de sellado 18.

[2. Operación del receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador] En el homogeneizador 16 que tiene una forma de superficie obtenida por superposición de cuerpos esféricos (o cuerpos hemisféricos) que tienen diferentes radios entre sí, incluso en el caso en el que se produzca una desviación posicional o una desviación rotacional del homogeneizador 16 o de la luz incidente, es altamente probable que la luz alcance la célula fotovoltaica 14. Por esta razón, la disminución en la eficacia de conversión causada por una desviación posicional o similar es pequeña.

65 En comparación con el homogeneizador columnar o piramidal, el homogeneizador 16 que tiene la forma de superficie es altamente estable. Por esta razón, es posible adherir directamente el homogeneizador 16 sobre la célula fotovoltaica 14, y no es necesario un soporte para el homogeneizador 16.

En el caso en el que el homogeneizador 16 que tiene la forma de superficie está provisto de las patas 16c, es fácil posicionar y fijar el homogeneizador 16. Por esta razón, es posible evitar una disminución en la eficacia de

5 conversión causada por una desviación posicional o una desviación rotacional del homogeneizador 16. Usando las patas 16c, es posible fijar un reflector que evite que la luz se emita a otras partes que no sean la célula fotovoltaica 14.

Además, en el caso en el que la luz incide sobre el homogeneizador 16 que tiene la forma de superficie, la luz se

10 refracta únicamente una vez en un plano de incidencia, y avanza hacia la célula fotovoltaica 14 como tal. Por esta razón, incluso aunque la superficie lateral de la parte inferior del homogeneizador 16 esté cubierta con una capa gruesa del elemento de sellado 18, la luz no se pierde por el elemento de sellado 18. El elemento de sellado 18 puede cubrir una gran parte de las partes del electrodo de la barra de distribución formadas en la célula fotovoltaica 14 y ambos extremos de la misma. Por esta razón, se mejoran las propiedades de

15 barrera gaseosa.

Ejemplos

(Ejemplos 1 a 4 y Ejemplos de Comparación 1 y 2) 20

[1. Fabricación del receptor]

Se fabrica un receptor 10 que tiene la estructura que se ilustra en la Figura 1. En el homogeneizador (elemento óptico secundario) 16 que se usa en el receptor 10, el número (n) de cuerpos esféricos es de 2 a 5 (Ejemplos 1 a 4). 25 Con fines de comparación, se fabrica una muestra en la que el número (n) de cuerpos esféricos es 1 (Ejemplo de Comparación 1), y se fabrica una muestra que no usa el homogeneizador 16 (n = 0) (Ejemplo de Comparación 2).

[2. Método de ensayo]

30 Usando un simulador solar (fuente de luz artificial), se evalúa la corriente-tensión característica de cada una de las muestras, y se mide la energía máxima generada. Se obtiene la eficacia relativa en un estado en el que se genera intencionadamente una desviación (por ejemplo, en un estado en el que se mueve la célula, en un estado en el que el elemento óptico primario y el elemento óptico secundario se separan de la célula, o similares), restando la energía eléctrica medida de la energía máxima generada.

35 Por otra parte, se cambia el ángulo de incidencia α de la luz dentro de un intervalo de 0°a 1,5°. Las monturas 12a se posicionan en puntos diferentes, y la célula fotovoltaica 14 se desvía intencionadamente en las direcciones x, y, o θ con respecto al homogeneizador 16.

[3. Resultados] 40

[3.1 Relación de radios Rk/Rk+1]

La Figura 2(a) ilustra la relación entre R1/R2 y la eficacia relativa. Por otra parte, en la Figura 2(a), el número n de cuerpos esféricos es 3, y R2/R3 es 1,98. Se puede entender lo siguiente a partir de la Figura 2(a).

45 (1) En el caso en el que la dirección de incidencia de la luz se inclina de la dirección vertical (es decir, en el caso en el que α es mayor que 0°), disminuye la eficacia relativa. Esto es debido a que la luz se emite en una posición que se desvía de la cúspide del cuerpo esférico, y una parte de la luz refractada en el plano de incidencia no se emite sobre la superficie de la célula fotovoltaica 14.

(2) Incluso aunque α sea 0,75, en el caso en el que se optimiza R1/R2, se mejora la eficacia relativa. 50 (3) Específicamente, en el caso en el que R1/R2 satisface 1,12 ≤ R1/R2 ≤ 1,56, la eficacia relativa llega a ser de 0,96

o superior. En el caso en el que R1/R2 satisface 1,16 ≤ R1/R2 ≤ 1,48, la eficacia relativa llega a ser de 0,97 o superior. En el caso en el que R1/R2 satisface 1,18 ≤ R1/R2 ≤ 1,44, la eficacia relativa llega a ser de 0,98 o superior. En el caso en el que R1/R2 satisface 1,22 ≤ R1/R2 ≤ 1,40, la eficacia relativa llega a ser de 0,99 o superior.

55 La Figura 2(b) ilustra la relación entre R2/R3 y la eficacia relativa. Por otra parte, en la Figura 2(b), el número n de cuerpos esféricos es 3, y R1/R2 es 1,32. Se puede entender lo siguiente a partir de la Figura 2(b).

(1)

Incluso aunque α sea 0,70°, en el caso en el que se optimiza R2/R3, se mejora la eficacia relativa.

(2)

Específicamente, en el caso en el que R2/R3 satisface 1,20 ≤ R2/R3 ≤ 2,08, la eficacia relativa llega a ser de 0,985

o superior. En el caso en el que R2/R3 satisface 1,56 ≤ R2/R3 ≤ 2,06, la eficacia relativa llega a ser de 0,990 o 60 superior. En el caso en el que R2/R3 satisface 1,76 ≤ R2/R3 ≤ 2,04, la eficacia relativa llega a ser de 0,995 o superior.

[3.2 Número n de los cuerpos esféricos]

La Figura 3(a) ilustra la relación entre el número n de cuerpos esféricos y la eficacia relativa. La Figura 3(b) ilustra 65 vistas esquemáticas de diversos homogeneizadores, cada uno de las cuales tiene un número n diferente de cuerpos esféricos. Se puede entender lo siguiente a partir de las Figuras 3(a) y 3(b).

(1) Incluso aunque α sea 0°, a medida que el número n de cuerpos esféricos aumenta, la eficacia relativa aumenta. En comparación con un receptor configurado para tener un número grande de cuerpos esféricos, un receptor configurado para tener un número pequeño de cuerpos esféricos tiene cambios mayores entre la refracción de los

5 cuerpos esféricos. Por lo tanto, el índice de refracción de la luz cambia bruscamente y por lo tanto, la luz se desvía de modo que no alcanza a la célula. Por esta razón, el cambio brusco (alteración de refracción) de la luz se hace pequeño a medida que la superficie del homogeneizador se hace lisa debido al número grande de cuerpos esféricos que la forman, y la luz alcanza fácilmente la célula.

10 (2) En el caso en el que n es igual a 1, la eficacia relativa a α = 0,75° disminuye bruscamente en comparación con la eficacia relativa a α= 0°. Sin embargo, en el caso en el que el número n de cuerpos esféricos aumenta, incluso aunque α sea igual a 0,75°, se mejora la eficacia relativa.

(3) Incluso aunque α sea igual a 0,75°, en el caso en el que n es 3 o mayor, la eficacia relativa llega a ser de 0,95 o

superior. 15

[3.3 Ángulo de incidencia de la luz α y desviación en la dirección x]

La Figura 4(a) ilustra la relación entre el ángulo de incidencia de la luz α y la eficacia relativa. Se puede entender lo siguiente a partir de la Figura 4(a). 20 (1) A medida que el ángulo de incidencia de la luz α se hace mayor, disminuye adicionalmente la eficacia relativa.

(2) En el caso en el que n es igual a 1, no existe casi ningún efecto de supresión de la disminución de la eficacia relativa causada por la inclinación de la luz (el aumento en el ángulo de incidencia de la luz α), y la eficacia relativa a n = 1 es equivalente a la eficacia relativa a n = 0. Por el contrario, en el caso en el que n es igual a 3, la disminución en la eficacia relativa causada por la inclinación de la luz se reduce en gran medida.

25 La Figura 4(b) ilustra la relación entre la desviación en la dirección x y la eficacia relativa en el caso en el que la célula fotovoltaica 14 y el homogeneizador 16 se desvían en la dirección x con respecto a la luz incidente (es decir, en el caso en el que el receptor 10 completo se desvía en la dirección x con respecto al elemento óptico primario). Se puede entender lo siguiente a partir de la Figura 4(b).

30 (1) En el caso en el que el receptor 10 completo se desvía de la dirección x con respecto al elemento óptico primario, la eficacia relativa disminuye a medida que la desviación en la dirección x se hace mayor.

(2) En comparación con el caso en el que n es igual a 0, el valor absoluto de la eficacia relativa a n = 1 es grande. Esto se debe a que la luz se refracta en la superficie del homogeneizador 16, y la luz solar avanza hacia la célula fotovoltaica 14. Sin embargo, casi no existe ningún efecto de supresión de la disminución de la eficacia relativa

35 causada por una desviación en la dirección x, y el porcentaje de la disminución en la eficacia relativa a n = 1 es equivalente al de n = 0. Por el contrario, en el caso en el que n es igual a 3, la disminución de la eficacia relativa causada por la desviación en la dirección x se reduce en gran medida.

[3.4 Desviación de la célula fotovoltaica]

40 La Figura 5(a) ilustra la relación entre la desviación de la célula fotovoltaica 14 en la dirección x y la eficacia relativa en el caso en el que la célula fotovoltaica 14 se desvía en la dirección x con respecto al homogeneizador 16 (n = 3). La Figura 5(b) ilustra la relación entre la desviación de la célula fotovoltaica 14 en la dirección z y la eficacia relativa en el caso en el que la célula fotovoltaica 14 se desvía en la dirección z con respecto al homogeneizador 16 (n = 3).

45 La Figura 6 ilustra la relación entre la rotación de la célula fotovoltaica en la dirección θ y la eficacia relativa en el caso en el que la célula fotovoltaica 14 rota con respecto al homogeneizador 16 (n = 3). Se puede entender lo siguiente a partir de las Figuras 5(a), 5(b), y 6.

(1) En el caso en el que el homogeneizador 16 presenta una variación en el ensamblaje, y la célula fotovoltaica 14

50 se desvía en la dirección x con respecto al homogeneizador 16, la eficacia relativa disminuye a medida que la desviación en la dirección x se hace mayor. Esto es debido a que la cantidad de luz que se emite sobre la célula fotovoltaica 14 disminuye a medida que la desviación en la dirección x se hace mayor.

(2) En el caso en el que el homogeneizador 16 presenta una variación en el ensamblaje, y la célula fotovoltaica se desvía en la dirección z con respecto al homogeneizador 16 (es decir, en el caso en el que la distancia entre la 55 célula fotovoltaica 14 y el homogeneizador 16 aumenta), la eficacia relativa disminuye a medida que la desviación en la dirección z se hace mayor. Habitualmente, el elemento óptico primario está diseñado de modo que está presente un punto focal un poco por encima del homogeneizador 16 y la luz se emite sobre la superficie completa de la célula fotovoltaica 14. Por esta razón, a medida que la desviación en la dirección z se hace mayor, el área de luz que alcanza la superficie de la célula fotovoltaica 14 se hace mayor que el área de la célula fotovoltaica 14, y la cantidad

60 de luz que se emite sobre la célula fotovoltaica 14 aumenta adicionalmente.

(3) En el caso en el que el homogeneizador 16 presenta una variación en el ensamblaje, y la célula fotovoltaica 14 rota en la dirección θ con respecto al homogeneizador 16, la eficacia relativa disminuye a medida que la rotación en la dirección θ se hace mayor. Habitualmente, el elemento óptico primario está diseñado de manera que la luz se emite sobre la superficie completa de la célula fotovoltaica rectangular 14. Por esta razón, a medida que la rotación

65 en la dirección θ se hace mayor, la luz sobresale de la superficie de la célula fotovoltaica 14 y la cantidad de luz que no se emite sobre la célula fotovoltaica 14 aumenta.

Mientras que anteriormente se ha descrito con detalle el modo de llevar a cabo la presente invención, la presente invención no se limita a estas realizaciones, y se pueden realizar diversos cambios y modificaciones en la misma sin

5 desviarse del significado de la presente invención. La presente solicitud se basa en el documento de solicitud de Patente Japonesa Nº 2013-042368 presentado el número 4 de marzo de 2013, incorporándose por referencia la totalidad de los contenidos del mismo en el presente documento.

10 Aplicabilidad industrial

Es posible usar el receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con la presente invención como aparato de generación de energía que suministra energía eléctrica a una planta o una residencia.

Descripción de los numerales y leyendas de referencia

10 Receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador 12 sustrato

20 12a montura 12b marca de alineación 14 célula fotovoltaica 16 homogeneizador (elemento óptico secundario) 16c pata

25 18 elemento de sellado

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador, que tiene los siguientes

   componentes: 5

   (1) el receptor para el módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador que comprende: un sustrato, una célula fotovoltaica para la recepción de luz solar que está fijada sobre el sustrato, y un homogeneizador para la introducción de la luz solar concentrada por el concentrador solar en la célula

   10 fotovoltaica, estando colocado dicho homogeneizador directamente sobre la célula fotovoltaica;

   (2) el homogeneizador que comprende: una forma de superficie obtenida por superposición de n (n ≥ 2) piezas de cuerpos esféricos que tienen un radio Rn estando en una dirección vertical entre sí, que es una dirección desde la célula fotovoltaica hacia el concentrador solar,

   15 en donde el radio Rk del cuerpo esférico localizado en la posición k-ésima contada desde la célula fotovoltaica es mayor que el radio Rk+1 del cuerpo esférico localizado en la posición (k+1)-ésima contada desde la célula fotovoltaica.
2. 2. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con la reivindicación 1, 20 en el que n satisface n ≥ 3.
3. 3. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con las reivindicaciones 1

   o 2, en el que la relación (R1/R2) satisface 1,12 ≤ R1/R2 ≤ 1,56, en donde R1 es el radio del primer cuerpo esférico y

   R2 es el radio del segundo cuerpo esférico. 25
4. 4. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la relación (R2/R3) satisface 1,20 ≤ R2/R3 ≤ 2,08, en donde R2 es el radio del segundo cuerpo esférico y R3 es el radio del tercer cuerpo esférico.

   30 5. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el homogeneizador incluye una pata que se extiende en una dirección paralela a la superficie del sustrato.
5. 6. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con la reivindicación 5, 35 en el que el sustrato incluye una montura para colocar la pata en el mismo.
6. 7. El receptor para módulo de generación de energía fotovoltaica concentrador de acuerdo con las reivindicaciones 5

   o 6, en el que el sustrato incluye una marca de alineación para posicionar la pata.

   Fig. 1

   Fig. 2

   Fig. 3

   Fig. 4

   X

   Fig. 5

   X

   Z

   Fig. 6