ES2571653B1 - Lámina transparente fotovoltaica con bandas reflectantes y módulo solar que incluye tal lámina - Google Patents

Abstract

La invención presenta una lámina transparente ópticamente optimizada para módulos solares fotovoltaicos y un módulo solar fotovoltaico que incluye tal lámina. Utilizada como capa frontal del módulo, la lámina transparente incluye unas bandas reflectantes que se sitúan en el espaciado existente entre las células solares que integran el módulo, en la superficie presente entre los bordes de las células solares y los bordes del módulo, y/o quedan dispuestas sobre las células solares, y en la misma posición en el que se encuentra su malla de metalización. Debido a la alta reflectividad de las bandas reflectantes y a que la luz se refleja en las mismas de forma difusa, se aumenta el porcentaje de la luz dirigida hacia la malla de metalización que es enviada de vuelta hacia las células solares presentes en el módulo. De este modo se aumenta la corriente, la potencia y la eficiencia del módulo fotovoltaico.

Description

LÁMINA TRANSPARENTE FOTQVQLTAICA CON BANDAS REFLECTANTE S y MÓDULO SOLAR QUE INCLUYE TAL LÁMINA

Campo de la invención

La presente invención se refiere de manera general al campo de la energía solar, y más concretamente a los módulos solares fotovoltaicos. Más específicamente, la presente invención se refiere a una l ámina transparente optimizada para su uso con módulos solares fotovoltaicos.

Antecedentes de la invención

La energía solar fotovoltaica (FV) está consider ada una de las fuentes de energía renovables a tener en cuenta de cara a la reducción de la dependencia en el uso de combustibles fósiles, ayudando de este modo en la lucha contra el cambio climático. Posee numerosas ventajas. Por ejemplo , es inagotable , di stribuida en todo el planeta , modulable, posee un baj o mantenimiento, no produce ruidos ni necesita del agua para su funcionamiento. Además, posee un bajo o incluso agradable impacto visual . En este sentido, en la actualidad hay un incremento en el uso de módulos fotovoltaicos para su integración arquitectónica . Por otro lado, el precio de producción de electricidad por parte de la fotovoltaica está aún por encima del obtenido con otras fuentes de energía.

El elemento utilizado para captar la energía solar y convertirla en electricidad es el módulo FV. Está formado por una lámina frontal transparente, normalmente de vidrio

o de polímero termoplástico, la cual recibe la luz; células solares interconectadas, las cuales producen electricidad cuando incide luz sobre su área activa (superficie no metal izada de la célula solar)¡ unas tiras metálicas, para conectar y permitir la asociación en paralelo y/o en serie

las células solares que forman el módulo FV consiguiendo de este modo la corriente y la tensión deseadas i un encapsulante transparente de naturaleza polimérica, en general etileno vinil acetato (EVA) o silicona, en el cual 5 quedan embebidas todas las células solares y conexiones del módulo¡ y una lámina trasera generalmente formada por capas de material polimérico, por ejemplo de Tedlar® (polivinilo fl uorizadol, Kynar® (fluoruro de polivilideno) I poliéster, PET (politereftalato de etilenol , EVA (etil vinil acetato)

10 o similarI la cual protege las células solares, sus conexiones y el encapsulante frente a su degradación principalmente debida a las inclemencias ambientales, a la humedad y a la radiación ultravioleta . Además la lámina trasera ha de poseer una adhesión duradera con el

15 encapsulante, una estabilidad dimensional y proporcionar aislamiento eléctrico al módul o FV. También cabe señalar que , de cara a su integración arquitectónica, la lámina frontal del módulo fotovoltaico puede ser semitransparente y de colores. Finalmente, el módulo FV posee una caj a de

20 conexiones fijada en su cara trasera, y puede tener un marco generalmente de aluminio, que le da estabilidad y rigidez frente a torsiones.

La potencia de un módulo FV es directamente proporcional a la luz que incide sobre el área activa de 25 las células solares que lo forman. Entre un 4% y un 8% de l a luz incidente sobre la lámina frontal transparente es reflejada, por lo que no contribuirá a l a generación de electricidad por parte de las células solares . Con el fin de disminuir estas pérdidas por reflectividad, existen 30 varios documentos de patentes (US8445309 82¡ U87767253 82; U820ll00l7282 Al) basados en el uso de distintas capas anti reflectant es depositadas sobre una o ambas caras principales de la l ámina frontal transparente . Con ellas se

consigue reducir la reflectividad a valores por debajo del 2%, aumentando la transmisión de luz hacia las células solares presentes en el módulo fotovoltaico, y con ello, mejorando su eficiencia .

5 Otra vía para incrementar la transmisión de la luz hacia las células solares presentes en el módulo FV, sustitutiva o complementaria a la expuesta en el párrafo anteriorI se basa en e l uso de texturas superficial es en una o en ambas caras de la lámina frontal transparente . En

10 este sentido se presentan los documentos US20120045867 Al y US2013j0344642 Al . Con ellas se consigue aumentar la transmisión de la luz hasta en un 3.2%.

La luz transmitida a través de la lámina frontal transparente y del encapsulante incide sobre las células 15 solares. Entre un 6% y un 9% de la cara frontal de las células solares está cubierta por una malla de metalización encargada de recolectar la corriente fotogenerada . La conexión entre las distintas células solares que forman e l módul o FV se real iza principalmente con unas tiras p l anas 20 de cobre recubiertas con estaño y plata . Éstas se sueldan a unos contactos (buses) definidos para ello en las células solares . Debido a la alta componente especular de la luz reflejada en las conexiones y en la malla de metalización, la mayoría de la luz que incide sobre ellas se escapa del

25 módulo, y no puede ser aprovechada por la célula solar . Esta pérdida no está considerada en la técnica anterior. Por lo tanto, existe en la técnica la necesidad de reducir las pérdidas de luz anteriormente mencionadas para mejorar la eficiencia de un módulo FV . Concretamente se

30 pretende aumentar el porcentaje de la luz di rigida hacia los contactos metálicos de las células solares que puede ser reutilizado. Además, es deseable que la solución presentada sea eficaz, fác i l y/o económica de obtener, y

compatible con la técnica anterior.

Sumario de la invención Exist e por lo tanto la necesidad de superar las

5 comentadas limitaciones de la técnica anterior, con el fin de aprovechar un alto porcentaje de la luz incidente sobre la malla de metalización de las células solares presentes en el int erior de un módul o fotovol taico . Para ello, l a presente invención presenta una lámina transparente

10 fotovoltaica con bandas reflectantes, optimi zada para su uso en un módulo solar fotovoltaico . También se muestra un módulo solar fotovoltaico que incluye tal lámina.

Según un primer aspecto de la invención, se da a conocer una lámina frontal optimizada para un módulo solar 15 fotovoltaico , que posee unas bandas reflectantes situadas en la misma posición que ocupa la malla de met alización de las células solares que integran el módulo fotovoltaico . Gracias a ellas, se aumenta el porcentaje de l uz dirigida hacia la malla de metalización que sufre reflexión total

20 interna en la interfase existente entre la lámina frontal transparente del módulo FV y el aire, dirigiéndose a continuación dicha l uz hacia la zona activa, no metalizada, de las células solares . Este efecto se describirá a continuación en el presente documento.

25 Según una primera característica preferida del primer aspecto de la invención, l as bandas refl ectantes se definen con pintura de color, preferiblemente blanco.

Según una segunda característica preferida del primer aspecto de l a invención, las bandas reflectantes pueden 30 poseer, además, una capa de pintura luminiscente .

Según una tercera característica preferida del primer aspecto de la invención, las bandas reflectantes pueden estar formadas por tiras de plástico de color es,

preferiblemente blanco.

Según un segundo aspecto de la invención, se da a conocer una lámina frontal optimizada para un módulo solar fotovoltaico, que posee bandas reflectantes tanto en la posición que ocupa la malla de metalización de las células solares que integran el módulo fotovoltaico como en el espaciado existente entre las células solares, y entre los bordes de las misma y los extremos del módul o . Gracias a

ello

se consigue disminuir el porcentaje de la luz

incidente

sobre el módulo que es absorbida por el

encapsulante.

Según

un tercer aspecto de la invención, se da a

conocer un módulo solar fotovoltaico que comprende : una lámina frontal destinada a quedar expuesta al sol y formada por un material transparente , según el primer y/o segundo aspecto de la invención; una pluralidad de células solares conectadas entre sí¡ un material encapsulante situado bajo la lámina frontal y en el que quedan embebidas las cél ulas solares; y una lámina trasera fotovoltaica adherida al material encapsulante .

Según un cuarto aspecto de la invención, se da a conocer una lámina de vidrio o plástico con pintura de color, preferiblemente blanco, dispuesta en una de sus caras principales y ocupando toda su superficie . Esta lámina sustituirá a la lámina trasera fotovoltaica estándar, formada ésta por capas de material pol imér ico entre los que se encuentran por ej emplo Tedl ar®, Kynar®, PET , EVA o similar, o cualquier agrupación de ellas . Se puede utilizar un único color o una mezcla de ellos, según el lugar donde vaya a ser instalado el módulo y/o si debe de cumplir ciertas condiciones de cara a su integración arquitectónica. Además, este aspecto de l a invención es indicado especialmente para módulos fotovoltaicos que van a

ser instalados en regiones con climas extremos, con humedad, clima salino, y/o con altas temperaturas. En dichos el imas , una lámina trasera estándar se degrada con facilidad, reduciendo la potencia y la vida útil del módulo

5 fotovoltaico . Así mismo, el uso de una lámina de vidrio a modo de lámina trasera del módulo FV permi te un mejor reciclado de los componentes del módulo al finalizar su vida útil .

10 Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes esquemas que ilustran realizaciones preferidas de la misma, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas

15 de la invención de ninguna manera. Las figuras no se han realizado a escala con objeto de representar de manera más clara los elementos más importantes para la comprensión de la invención.

La figura 1 muestra un esquema de la malla de 20 metalización situada en la cara frontal, iluminada, de una célula solar estándar. La figura 2 presenta una vista frontal de un módulo fotovoltaico convencional . La figura 3 representa cómo se conectan entre sí las 25 células solares dentro de un módulo FV estándar.

La figura 4 muestra de forma esquemática los pasos seguidos para fabri car un módulo fotovoltaico convencional. La figura 5 expone un corte transversal de los distintos componentes que forman un módulo FV estándar, y

30 la posición que ocupan dentro del mismo. La figura 6 representa el camino seguido por los rayos de l uz reflejados en una tira metálica utilizada para conectar entre sí las células solares situadas dentro del

módulo fotovoltaico estándar, cuando la luz incide de forma normal al módulo. La figura 7 presenta un trazado de rayos similar al de

la

figura 6, considerando una lámina frontal con bandas

reflectantes

según la una realización preferida de la

presente

invención .

En

las figuras 8 y 9 aparecen, respectivamente y ante

una

incidencia normal de l a luz sobre el módulo

fotovoltaico, el camino seguido por los fotones dirigidos hacia la lámina trasera fotovoltaica presente entre las células solares y entre éstas y los bordes del módulo fotovoltaico, según si no presenta o si dispone la lámina frontal de las bandas reflectantes .

La figura 10 presenta una secuencia de pasos asociada a una posible realización de la lámina frontal expuesta en esta invención.

La figura 11 completa la posible realización de la invención presentada en l a figura la, incluyendo una capa de pintura fluorescente.

La figura 12 muestra una posible secuencia de los pasos necesarios para una realización de la invención en la que las bandas reflectantes se sitúan en toda la lámina frontal, menos en el área activa de las células solares .

En la figura 13 aparece una secuencia de pasos asociada a una posible realización de la invención a modo de l ámina trasera fotovoltaica.

En l a figura 14 se muestra una secuencia de pasos asociada a la fabricación de un módulo FV utilizando la lámina presentada en la figura 13 a modo de lámina trasera fotovoltaica.

Descripción detallada de la invención Antes de pasar a describir realizaci ones de la

presente invención, se presenta a continuación una descripción del funcionamiento general de un módulo solar fotovoltaico . También se expone la importancia de la luz reflejada en las conexiones metálicas y de su dependencia

angular,

con objeto de facilitar la comprensión de la

presente

invención y de las ventajas proporcionadas por la

misma .

Así I l a figura 1 muestra la vista frontal de una célula solar estándar de silicio cristalino (1) . En ella se distingue la malla de metalización, encargada de extraer la electricidad generada en la célula solar . Consta de unas l íneas longitudinal es y anchas (3) denominadas buses, cuya

I

función es facilitar la interconexión entre las células solares dentro del módulo . Su número y anchura pueden variar según el tamaño de la célula solar y el fabricante. En general se sitúa entre dos y ocho, y su anchura entre 0, 5 y 2 , 0 mm . Además, la malla de metalización está formada por una serie de líneas finas (2), denominadas dedos, situadas de forma transversal a los buses (3) . Su anchur a y número también pueden variar según sea el fabricante y las

características de las células solares . Su función es conducir los portadores fotogenerados recolectados a l o largo de toda la superficie de la célula solar hacia los buses (3)

Entre las células solares de silicio cristalino pueden distinguirse las mono facial es y las bifaciales. Las mono facial es sólo aprovechan l a luz incidente sobre una de sus caras principales, la cual es expuesta al sol . Por ello, los dedos metálicos están presentes solo en dicha cara, mientras que la cara trasera está totalmente cubierta por metal. En cambio, l as bifaciales permiten aprovechar la luz que incide sobre sus dos caras principales . En este caso, ambas caras de l a célula solar tendrá una malla de

metalización similar a la presentada en la figura l .

La figura 2 muestra de forma esquemáti ca l a vista frontal de un módul o fotovoltaico (10) . En él se aprecia la situación de distintas células solares (1) , conectadas en

5 serie. Las conexiones entre las células solares tienen lugar gracias a unas tiras metálicas (4) soldadas o fijadas sobre los buses (3) de las células solares (1) . También se util izan tiras metál icas de mayor anchura (9) , para interconectar las distintas series de células solares que

10 forman el módulo fotovoltaico .

A la hora de diseñar la malla de metalización hay que tener en cuenta las pérdidas resistivas . Una malla de metalización con mayor superficie dará lugar a células solares con una menor resist encia serie . Por otro lado, la

15 superficie ocupada por la malla de metalización de la célula solar no es activa . Se considera que es una superficie sombreada . Por ello no contribuye a la generación de corriente e l éctrica . Así, una malla con una mayor superficie dará l ugar a células solares con menores

20 corrientes. En este sentido, la malla de metalización se optimiza llegando a un compromiso entre las dos pérdidas comentadas.

En la actualidad, las altas corrientes que son capaces de proporcionar las células solares hacen necesario el uso 25 de un mayor número de buses en las mismas . Los buses se sitúan de forma simétrica al eje central de la célula solar. A medida que aumenta su número, su anchura y la separación entre ellos disminuyen , y aumenta la superficie total ocupada por los mismos . Como se ha comentado con 30 anterioridad, este efecto repercute de forma negativa en la corriente de la célula solar. Por otro lado, con un mayor número de buses se disminuyen las pérdidas asociadas a la conexión entre distintas células solares dentro del módulo,

compensando en parte las pérdidas asociadas a la sombra generada por los mismos. En este sentido, la presente invención tiene como finalidad hacer más útil ópticamente la superficie ocupada por los buses, reduciendo de este

5 modo el efecto de la sombra generada por los mismos en la célula solar.

En condiciones reales de operación, una célula solar de silicio cristal ino estándar puede suministrar tensiones superiores a los 0,5 voltios , y densidades de corriente

10 superiores a los 35 miliamperios por cada centímetro cuadrado de su superficie . Teniendo en cuenta la baja tensión y alta corriente que proporciona la célula solar

I

en general se asocian en serie para formar el módulo fotovoltaico .

15 La figura 3 muestra dos células solares (1) conectadas en serie. Los buses {3} están situados en las caras principales de las células solares . Tiras metálicas (4) , principalmente de cobre recubiertas con estaño y pl ata, se utilizan para conectar las distintas cél ul as solares (1)

20 que forman el módulo FV . Éstas se sueldan a los buses (3) definidos para e l lo en las células solares (1) . Las conexiones entre células solares también pueden realizarse por ejemplo mediante conductores adhesivos . Para células solares con un número de buses

25 determinado, la posición y dimensiones de los mismos esta estandarizada. De este modo y con independencia de su procedencia, se facil ita e l paso de l a soldadura y conexión de las series de células solares . La conex ión entre las células solares constituye un

30 paso de vital importancia en el proceso de fabricación del módulo fotovoltaico. La optimización de este paso influye de una forma directa en las pérdidas asociadas a la resistencia serie del módulo FV . En este sentido, la

invención presentada permite el uso de cualquier tipo de conexiones entre las células solares, así como la optimización del paso de conexión de forma independiente .

A grandes rasgos , la figura 4 muestra unos posibles

5 pasos de fabricación de un módulo fotovoltaico estándar realizado con células solares de silicio cristalino . En primer lugar (al se parte una lámina frontal transparente

(6) . Ésta es general mente de vidrio o de algún pol ímero termoplástico transparente, y cuya superficie se elige 10 según el número de células solares que vaya a poseer el módulo fotovoltaico y su disposición dentro del mismo. La lámina frontal transparente sirve de soporte para el resto de componentes del módulo FV . Continuando con el proceso de fabricación estándar de un módulo FV , en el siguiente paso 15 (b) se sitúa una l ámina de encapsulante transparente (5) , general mente EVA, silicona o similar, sobre la lámina frontal (6) . Seguidamente (c) se sitúan las series de células solares (1) previamente interconectadas con tiras metálicas (4). Otras tiras metálicas (9) son utilizadas 20 para conectar las distintas series de células solares que forman el módulo fotovoltaico . El siguiente paso (d) consiste en situar otra lámina de encapsulante (5) sobre las series de células solares (1) . A continuación (e) se sitúa una lámina polimérica (7) cuya función es proteger al

25 módulo FV frente a la radiación UV que pudiese incidir en e l mismo de forma indirecta, y frente a las condiciones ambientales. Además, proporciona un aislamiento eléctr ico al módulo fotovoltaico . El siguiente paso (f) consiste en un ciclo de laminado, en el que el encapsulante fluye

30 rellenando todos los huecos presentes en el módulo, y adhiriéndose de forma duradera a todos los componentes del mismo . De éste modo, el conjunto queda formando una única unidad .

La figura 5 muestra una vista lateral de un módulo fotovoltaico estándar (10) . Como se ha adelantado, está formado por una lámina frontal transparente (6) , generalmente de vidrio o de polímero termoplástico . Las

5 células solares (1) se encuentran interconectadas por ejemplo gracias a unas tiras metálicas (4) previamente soldadas a los buses (3), o a unos contactos adhesivos . El conj unto queda embebido entre dos l áminas de encapsul ante transparente (S) . En la otra cara del módulo se sitúa la ya

10 mencionada lámina trasera {7}

La figura 6 muestra de forma esquemática y ante una incidencia normal de luz (12) procedente por ejemplo del sol (11), el camino que siguen los rayos reflejados (13 , 14) en la tira metálica (4) utilizada para conectar las células

15 solares (1) dentro de un módulo FV (10). Para calcular el ángulo de refracción de la l uz a l atravesar la superficie de separación entre dos medios con índice de refracción distintos se utiliza l a ley de Snell. Esta ley se basa en que el producto del índice de refracción (ni ) por e l seno

20 del ángulo de incidencia (9d es constante para cualquier rayo de luz incidente sobre la superficie que separa dos medios . nl sin 91 = n2 sin 92 (El) Si la luz se propaga de un medio de mayor a otro de

25 menor índice de refracción, puede reflejarse totalmente hacia e l interior del medio con mayor índice de refracción. Este fenómeno se conoce como reflexión total interna (RTI ) . Teniendo en cuenta los índices de refracción del aire , de la lámina frontal transparente (6) y del encapsulante (5),

30 y de acuerdo con la ley de Snell, se tendrá RTI para todo rayo reflejado que incida en la interfase existente entre l a lámina frontal y el aire con un ángulO mayor que :

9RT1 = arcsin [naire / nlámina frontal -encapsulante] (E2)

Si se utiliza un vidrio como lámina frontal (6) y EVA como encapsulante (5) I se tendrá RTI para los rayos reflejados (14) con ángulos mayores de 42° con respecto a la normal a la célula solar (1) . Estos rayos (14)

5 contribuirán a mejorar la corriente de la célula solar (1) . Por el contrario , si dicho ángulo es menor, la luz se escapa del módulo FV hacia el aire (13), Y no contribuirá a mej orar la corriente de la célula solar (l) ni I por lo tanto , su potencia .

10 Según el metal y el recubrimiento utilizado en las tiras metálicas (4) para realizar las conexiones entre las células solares que integran el módulo fotovoltaico, la reflectividad media entre 350 y 1200 nm, se sitúa por debajo del 85% . La alta importancia asociada a la

15 componente especular de la luz reflejada hace que , de acuerdo con la ecuación {E2}, experimentalmente se haya obtenido que el aprovechamiento de la luz incidente en las conexiones se sitúe en torno al 10%.

Para aumentar e l porcentaje de l uz que puede

20 reutilizarse, la figura 7 muestra una de las propuestas de la presente invención. Se basa en situar bandas reflectant es (8) en la l ámina frontal {6}, en la cara dirigida hacia el interior del módulo FV, en la zona correspondiente a las tiras metálicas (4) utilizadas para

25 conectar las células solares (1), y alineadas con las mismas . En l a figura 7 también se aprecia un rayo de luz

(12) procedente por ejempl o del sol (11), que incide sobre una banda reflectante (8) , preferiblemente de color blanco , situada sobre las tiras metálicas (4) que conectan la

30 célula solar (I). Según el espesor de la banda reflectante, l a luz incidente sobre l a misma es transmitida a través de e l la y/o principalmente refl ejada . Con el fin de aumentar el porcentaje de luz que se refleja o transmite de forma

difusa, es aconsej able que la banda reflectante contenga distribuidas en su volumen partículas inorgánicas, como dióxido de titanio, óxido de zinc , óxido de magnesio, sulfato de bario, carbonato de bario, o cualquier

5 combinación de estas u otras partículas similares .

La luz reflejada en dicha banda reflectante posee una alta componente difusa, situada por encima del 80%, lo que favorecerá el reaprovechamiento de l os fotones incidentes en la misma debido a su reflexión tot al interna (14) en la

10 interfase lámina frontal (6) -aire.

Igualmente, la luz transmitida a través de la banda reflectante (16) se distribuye en el interior del módulo FV de forma difusa . De este modo también se favorece la incidencia de los fotones, que inicialmente iban dirigidos

15 a la malla de metalización , hacia la zona activa de las células solares {1} que integran el módulo FV (la).

El aumento del flujo de fotones incidentes sobre la célul a solar hará que ésta proporcione una mayor corriente, y por lo tanto, el módulo FV poseerá una mayor potenci a y

20 eficiencia. Junto con lo ya comentado, la reflectividad de la banda reflectante posee un comportamiento próximo al Lambertiano (reflector ideal) Esto significa que el comentado porcentaje de luz incidente sobre la banda

25 reflectante que podrá reutilizarse se mantiene aproximadamente constante con independencia del ángulo de incidencia de la luz. Dicho efecto constituye una nueva ventaja con respecto al comportamiento óptico de una conexión estándar, para la cual la componente especular de

30 la luz reflejada posee la mayor importancia. En la figura 8 se presenta el camino seguido por un rayo de luz (12), procedente por ejemplo del sol (11), e incidente en la superficie existente entre dos células

solares . Los fotones (12) han de atravesar la lámina frontal (6 ) en primer lugar . A continuación cruzan el encapsulante (S) hasta incidir sobre la lámina trasera (7) . Nuevamente, la luz reflejada en dicha lámina ha de 5 atravesar por segunda vez el encapsulante (5) y la lámina frontal (6) . Según el ángulo con el que incidan los fotones en la interfase existente entre la lámina frontal (6) y el aire, estos fotones pueden escapar de l módul o (13) o suf rir reflexión total interna (14) . En este caso la luz se 10 dirigirá hacia las células solares . Dependiendo del tipo de encapsulante (5) utilizado así como de su espesor, la pérdida en la eficiencia del módulo fotovoltaico debida a la absorción de la luz incidente sobre el mismo se sitúa en torno al 0,33% absoluto . Para paliar dicho efecto, esta 15 invención propone incluir bandas reflectantes (8) en toda l a superficie de la lámina frontal fotovoltaica (6), menos en la zona ocupada por el área activa de las células solares (l). Esta alternativa aparece expuesta en la figura

9 . En este caso, la luz (12) incidente en el módulo (ID) y

20 dirigida hacia la superficie existente entre las células solares que lo integran, o entre éstas y los bordes del módul o (27), solo atraviesan la lámina frontal (6) antes de reflejarse . Por lo tanto, se evita de este modo la absorción debida al cruce del encapsulante (5) en dos

25 ocasiones . La presente invención es compatibl e con cualquier tipo de l ámina frontal fotovoltaica utilizada en la actual idad, tanto si sus caras son pulidas, como si posee algún tipo de textura en una o en ambas de sus caras principales, así

30 como si la lámina es coloreada o si dispone de alguna capa anti reflectante. En l a actual idad l a gran mayoría de empresas dedicadas a la fabricación de módulos fotovoltaicos poseen líneas de

producción automatizadas. Por ello, las conexiones entre las células solares y su col ocación sobre la lámina frontal del módulo se realizan de forma automática y previamente programada. Para un mismo número de buses , éstos poseen en 5 las células solares unas posiciones determinadas y constantes . Teniendo esto en cuenta , la interconexión entre las células y la colocación de éstas en el módulo también son constantes . Por ello, no se hace necesaria l a introducción de ningún nuevo paso de fabricación asociado a

10 la alineación entre las tiras metálicas utilizadas para conectar las células solares y la lámina frontal con bandas reflectant es.

La presente invención es aún más beneficiosa en el caso de realizar módulos fotovoltaicos utilizando células 15 solares bifaciales . Estas células pueden producir electricidad a partir de l a luz que incide sobre sus dos caras principales . Por lo tanto, el efecto del factor de sombra asociado a l a malla de metalización se multiplica por dos . Este tipo de módul o fotovoltaico posee dos l áminas

20 transparentes, una en su cara frontal dirigida hacia el sol, y otra en la posterior. Por ello, el uso de láminas t r ansparentes con bandas reflectantes en ambas caras del módulo proporciona un mayor incremento en la eficiencia que el obtenido con células solares mono faciales.

25 La lámina transparente de la presente invención puede real izarse mediante cualquier método adecuado . En l a figura 10 se presenta una posibl e secuencia de pasos a seguir para alcanzar el objetivo deseado . En primer lugar, (a) , se parte de una lámina frontal fotovoltaica transparente (6),

30 por ejemplo de vidrio, la cuál ha de estar limpia. Dicha l ámina puede poseer o no textura en cual quiera de sus caras principales. A cont inuación, (b), se fija en la superficie una máscara (20) con líneas abiertas (21) solo en las zonas

correspondientes a las tiras metálicas utilizadas para conectar las células solares. El siguiente paso, (e), consiste en el pintado de las bandas teniendo en cuenta las

longitudes, anchuras y separaciones entre las conexiones, el número de células solares que forman el módulo fotovoltaico y la separación entre ellas . Existen distintas formas de llevarlo a cabo . La propuesta en esta invención es mediant e pintura en espray (22) . El siguiente paso, (d) consiste en el secado de la pintura . Ésta puede hacerse por ejemplo mediante paneles radiantes y/o ventilación forzada

(23) . Finalmente, (e) se procede a retirar la máscara,

I

quedando la lámina frontal (6) con las bandas pintadas definidas (8) , y preparada para realizar un módulo fotovoltaico siguiendo por ejemplo la secuencia de pasos indicada en la figura 3.

De acuerdo con la figura 11, la presente invención también propone el uso de una capa de pintura fluorescente

(25) . En este caso, la aplicación de la pintur a se realiza en dos pasos. En primer lugar (c) se aplica la comentada pintura fluorescente. Ésta se dispondrá en contacto con la lámina frontal FV . A continuación (d), tras un breve periodo de secado y sin la necesidad de sustituir la máscara (20), se aplica una segunda capa de pintura de color, preferiblemente blanca . La pintura fluorescente transforma fotones de la región ultravioleta del espectro sol ar, para l os cual es la eficiencia de la célula es reducida, a otras longitudes de onda más altas (en general rojo -infrarrojo cercano) , para las que las células poseen un mejor comportamiento. Por otro lado, la pintura blanca se utiliza para reflejar de forma Lambertiana tanto los fotones emitidos por la pintura f l uor escente como e l resto de fotones procedentes de la luz solar.

Junto en la superficie ocupada por las tiras metálicas

,.

(4) utilizadas para conectar las células solares (I) del módulo fotovoltaico (10), también existe la posibilidad de aplicar la pintura sobre la lámina frontal fotovoltaica (6) para cubrir la superficie asociada a los dedos (2) de la malla de metalizaci ón de la célula solar (1) mostrada en la figura l . Con ello se consigue reducir aún más el factor de sombra asociado a la comentada malla de metalización .

La figura 12 presenta e l uso de una nueva máscara (24) para definir las bandas reflectantes . Ésta se sitúa solo en la superficie que ocupará la zona activa, no metalizada, de las células solares (1) en el interior del módulo fotovoltaico (lO) I impidiendo que se deposite pintura sobre ella . La máscara (24) posee aperturas (21) en la posición correspondiente a l as conexiones entre las células solares , y en la superficie existente entre las células solares así como entre éstas y los bordes del módulo FV (27) . Salvo por el uso de la nueva máscara (24) , todos los pasos de realización de l a invención son igual es a los ya expuestos para l as figuras 10 y 11.

Sustituyendo

a la pintu ra, también cabe la posibilidad

de

incluir unas tiras de material polimérico, por ejemplo

de

Tedl ar® (polivinilo fluorizado), Kynar® (fluoruro

de

polivilideno) , PET (politereftalato de etileno), EVA (etil vinil acetato), o cualquier agrupación de ellas. Su color será preferiblemente blanco, y serán adheridas a una de las caras principal es (la dirigida hacia las células sol ares) de la l ámina frontal.

Tanto si son pintadas como si son de mater ial polimérico, las bandas reflectantes (8) poseerán una anchura comprendida entre el 50% y el 100% de la anchura de l os dedos (2), de los buses (3) y/o de las tiras metálicas

(4) utilizadas para conectar las células solares. Dicha anchura se situará preferiblemente entre el 80% y el 100% .

La banda reflectante ha de poseer una alta reflectividad, preferiblemente por encima del 85% entre 350 y 1200 nm .

Así mismo, si las bandas se sitúan en los bordes de las células (27), se dejará una separación entre las bandas y las células comprendida entre 10 pm y 500 pm. El espesor alcanzado por la pintura o por la tira polimérica se sitúa entre 1 y 100 pffi, Y preferiblemente entre 5 y 40 pID.

La figura 13 muestra una posible realización de la invención a modo de lámina trasera de un módulo FV fabricado con células solares mono faciales. En este caso, se parte de una lámina por ejemplo de vidrio o plástico

(15) . La pintura se distribuye gracias a UD espray (22) en una de las caras principales de un vidrio, y a lo largo de toda su superficie. Podrá utilizarse cualquier color o combinación de ellos, aunque preferiblemente ha de ser blanco. Tras un paso de secado (23), la lámina (lS) con una capa de pintura en una de sus caras principales (26) estará preparada para su uso a modo de lámina trasera de un módulo FV.

La figura 14 presenta una posible secuencia de pasos de fabricación del módulo fotovoltaico utilizando una lámina (15) con pintura distribuida en toda su superficie . Dichos pasos son similares a los expuestos en la figura 4. Tan solo se introduce el cambio de la lámina trasera estándar (7) por la introducida en esta invención (15) . La cara con la pintura se situará preferibl emente hacia el interior del módulo fotovoltaico.

Por lo tanto, el uso de las láminas con bandas reflectantes no requiere de ningún paso añadido en el proceso de fabricación del módulo fotovoltaico. Únicamente es necesario sustituir la lámina trasera y/o la lámina transparente convencional por la de la presente invención . Con ello, la aplicación de la presente invención resulta

sencilla y no ocasiona ningún coste adicional con respecto a los métodos de fabricación convencionales de módulos solares FV .

Por último, la presente invención también da a conocer

5 un módulo solar fotovoltaico que comprende una lámina frontal transparente que queda expuesta al sol, objeto de esta invención, según aparece en l as figuras lO, 11 o 12; una serie de cél ulas solares mono faciales

10 conectadas entre sí gracias por ejemplo a unas tiras metálicas; un material encapsulante situado bajo la lámina frontal, y en el que quedan embebidas las células solares;

15 una lámina trasera fotovoltaica destinada a proteger el encapsulante, las cél ulas solares y las conexiones frente a las inclemencias ambientales , así como de proporcionar aislamiento eléctrico al módulo fotovoltaico .

20 La presente invención también comprende un módulo

solar fotovoltaico que posee : una lámina frontal transparente que queda expuesta al sol, objeto de esta invención, según se detalla en las figuras 10, II o 12 de este documento¡

25 una serie de células solares bifaciales conectadas entre sí¡ un material encapsulante situado entre la lámina frontal y la trasera, y en e l que quedan embebidas las células solares;

30 una lámina trasera transparente, expuesta en las figuras 10, 11 o 12 de l a presente invención, que permitirá l a incidencia de luz difusa sobre l a cara del módulo fotovoltaico no expuesta directamente al

sol . La presente invención también incluye un módulo solar

fotovoltaico que comprende : una lámina frontal transparente que queda expuesta al sol i una serie de células solares conectadas entre sí; un material encapsulante situado bajo la lámina frontal , y en el que quedan embebidas las célul as solares; una lámina trasera fotovoltaica según la figura 14, adherida al material encapsulante.

Esta invención también presenta un módulo solar

fotovoltaico que comprende : una lámina frontal transparente que queda expuesta al sol , según las figuras ID, 11 o 12 ; una serie de cél ulas solares conectadas entre sí; un material encapsulante situado bajo la lámina frontal, y en e l que quedan embebidas l as cél ulas solares; una lámina trasera fotovoltaica según la figura 14, adherida al material encapsulante .

Ejemplos de realización

Para demostrar la mej ora en la corriente y por lo tanto en la potencia del módulo por el uso de la lámina frontal con bandas reflectantes objeto de esta invención, se han realizado di stintos módulos fotovol taicos utilizando como lámina frontal vidrios templados de 3 . 2 mm de espesor, un material encapsulante (EVA) , y células solares de silicio multicristalino de 156 x 156 x 0.18 mm con características e l éctricas similares . Cada módul o FV está formado por una única célula solar. Atendiendo a la presencia o no de textura y a la posición de ésta en la

lámina frontal, se han realizado tres pruebas diferentes las cuales pasan a detallarse a continuación . Para cada una de ellas se han fabricado dos módulos fotovoltaicos distintos.

También se han llevado a cabo dos módulos fotovoltaicos en los que se ha incluido pintura blanca en el vidrio, y solo en la zona correspondiente al contorno de l a célula solar.

Tras la laminación y el enfriamiento de los módulos, se analizaron las características eléctricas en condiciones estándares de medida (1000 W/m2 de irradiancia, 25°C de temperatura) utilizando un simulador solar clase A.

Ejemplo 1

En este ejemplo, la lámina frontal elegida fue un vidrio pulido por ambas caras. El tamaño del vidrio era tal que permitía incluir de forma holgada dos células solares . Ambas se situaron de forma independiente, y sin estar conectadas entre ellas . Las bandas reflectantes se situaron solo en la zona correspondiente a las tiras metálicas utilizadas a modo de conexión de una de las dos células solares .

Para pintar las bandas sobre su superficie se utilizó la técnica presentada en la figura 11 . La pintura elegida fue de color blanco . Así mismo, los pasos de fabricación del módulo FV han sido los expuestos en la figura 4.

Tras la caracterización del módulo en condiciones estándares de medida, la ganancia en la potencia media alcanzada se sitúa en el 1.11% ± O .10% absoluto por el hecho de utilizar las bandas reflectantes.

Ejemplo 2 En este caso, la lámina frontal elegida f ue un vidrio

pulido por su cara situada hacia el exterior del módulo, y texturado en su otra cara . Como en el ejemplo anterior, el tamaño del vidrio era tal que permitía incluir de forma holgada dos células solares, no conectadas entre sí . De este modo se pretende comparar el efecto de las bandas reflectant es situadas sobre las tiras metálicas utilizadas a modo de conexión de una de las células solares sobre su corriente tras la fabricación del módulo .

Para pintar las bandas sobre su superficie se utilizó la técnica presentada en la figura 11 . La pintura elegida fue de color blanco . Así mismo, los pasos de fabricación del módulo FV han sido los expuestos en la figura 4 .

Tras la caracterización del módulo en condiciones estándares de medida, la ganancia en la potencia media alcanzada se sitúa en el 1 . 16% ± O.10% absoluto por el hecho de utilizar las bandas reflectantes.

Ejemplo 3

La lámina frontal elegida en este caso fue un vidrio texturado por su cara situada hacia el exterior del módulo, y pulido en su cara interna . Como en los ejemplos anteriores, el tamaño del vidrio era tal que permitía incluir de forma holgada dos células solares . Ambas se situaron de forma independiente, y sin estar conectadas entre ellas . De este modo se pretende conocer la variación en la corriente debida a l a presencia de l as bandas reflectant es situadas sobre las tiras metálicas utilizadas a modo de conexión de una de las células solares .

Para pintar las bandas sobre su superficie se utilizó la técnica presentada en la figura 11 . La pintura elegida fue de color blanco . Así mismo, l os pasos de fabricación del módulo FV han sido los expuestos en la figura 4.

Tras la caracterización del módulo en condiciones

estándares de medida, la ganancia en la potencia media alcanzada se sitúa en el 1.21% ± 0.10% absoluto por e l hecho de utilizar las bandas reflectantes .

Por lo tanto, con independencia de la presencia o no

5 de la textura y de la posición de la misma en la lámina frontal transparente del módulo fotovoltaico, se tiene una ganancia en la potencia por el hecho de disponer de las bandas refl ectantes . Esta ganancia será tanto mayor cuanto mayor sea el número de buses presentes en las células

10 solares que integran el módulo FV y/o mayor sea la superficie ocupada por los mismos.

Ejemplo 4 Para esta prueba, la lámina f rontal elegida tenía

15 textura en su cara expuesta al aire, y era pulida en la cara situada hacia la célula solar. Como en l os ejemplos anteriores, las dimensiones del v i drio eran tales que permitían incluir de forma holgada dos células sol a r es . Ambas se situaron de forma independiente, y sin estar

20 conectadas entre sí. De este modo se pretende conocer la variación en la corriente debida a la presencia de las bandas reflectantes situadas paralelas a los bordes de una de las células solares, y definiendo su contorno . Para pintar las bandas sobre su superficie se utilizó

25 la técnica presentada en la figura 13 . La pintura elegida fue de color blanco . Así mismo, l os pasos de fabricación del módulo FV han sido los expuestos en la figura 4 . Tras la caracterización del módulo en condiciones estándares de medida , la ganancia en la potencia media

30 alcanzada se sitúa en el 0.15% ± O .10% absoluto por el hecho de util izar las bandas refl ectantes en los bordes de l a célula solar . De este modo se minimiza el efecto de la absorción de la l uz en el encapsulante, a l reducir la

distancia recorrida por los fotones en el interior del módulo fotovoltaico . Esta ganancia es complementaria a la alcanzada en los ejemplos anteriores, dando lugar a una mejora total del 1.36%± 0.20% absoluto en la corriente de

5 la célula solar presente en el módulo fotovoltaico.

Claims (28)

1. REIVINDICACIONES
2. 1 . Lámina transparente fotovoltaica con bandas reflectantes, que comprende una plancha de vidrio o plástico transparente, con una superficie igual a la del

   5 módulo fotovoltaico¡ caracterizada por poseer bandas reflectantes {Bl en una de sus caras pri ncipales, la dispuesta hacia las células solares (l) que forman e l módulo fotovoltaico (lO) I situadas en una posición tal que coincidan y estén

   10 alineadas con las tiras metálicas (4) utilizadas para conectar entre sí las células solares (1) .
3. 2 . Lámina transparente fotovoltaica según la reivindicación 1, caracterizada porque las bandas reflectantes (Bl se distribuyen también a lo largo de toda la malla de

   15 metalización de las células solares (1), incluyendo los dedos metál icos (2).
4. 3 . Lámina transparente fotovoltaica según la reivindicación 1, caracterizada porque las bandas reflectantes (a) también se sitúan en una posición tal que coincidan con

   20 las tiras metálicas (9) utilizadas para conectar las distintas series de células solares que forman el módulo fotovoltaico (10) .
5. 4 . Lámina transparente fotovoltaica según la reivindicación 1, caracterizada por poseer bandas reflectantes (a) en

   25 toda l a superficie (27) no ocupada por las células solares (1) que integran e l módulo fotovol taico (10)
6. 5 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las bandas reflect antes (8) están situadas en la posición que

   30 ocupan las tiras metálicas (4) utilizadas para conectar las célul as solares, en los dedos metálicos (2), en las tiras metál icas empleadas para conectar las distintas series de células solares (9), en la superficie no

   ocupada por las células solares (27) , o cualquier combinación de ellas .
7. 6 . Lámina transparente fotovoltaica según las

   reivindicaciones 1 a 5 , caracterizada porque las bandas 5 reflectantes (8) están realizadas con pintura de color.
8. 7 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las bandas reflectantes (B) están real izadas con tiras de mater ial polimérico (fluoropoliméricas, no fluoropoliméricas ,

   10 poliéster, o etileno vinil acetato) .

9. 8 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 6 y 7, caracterizada porque las bandas reflectantes son de color blanco .

10. 9 . Lámina transparente fotovoltaica según las

    15 reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque las bandas reflectantes (8) están formadas por dos capas; una primera de pintura fluorescente (25) en contacto con la lámina fotovoltaica (6), Y otra capa superpuesta de pintura (22) o de material polimérico .

    20 10 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la banda reflectante posee distribuidas en su volumen partículas inorgánicas, como dióxido de titanio, óxido de zinc, óxido de magnesio, sulfato de bario o carbonato de

    25 bario.
11. 11 . Lámina transparente fotovoltaica según l as reivindicaciones 8 a ID, caracterizada porque l as bandas reflectantes poseen una reflectividad global superior al 85% medida para fotones con longitud de onda comprendida

    30 entre 350 y 1200 nm.
12. 12 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque con independencia de si son de material polimérico o si han
13. 2.

    sido pintadas, el espesor de las bandas reflectantes (a) se sitúa entre 1 y 100 ~m.
14. 13 . Lámina transparente fotovoltaica según las

    reivindicaciones 1, 2 Y S a 12, caracterizada porque las 5 bandas reflectantes (B) tanto si se realizan con

    I

    pintura como si son de material polimérico, poseen una

    anchura situada entre el 50% y el 100% de la anchura de

    la malla de metalización de l as célul as solares (2,3).
15. 14. Lámina transparente fotovoltaica según las

    10 reivindicaciones 1, 2 Y 5 a 13, caracterizada porque las bandas reflectantes (8) tienen una longitud menor o igual a la del módulo fotovoltaico (10) .
16. 15. Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1, 2 Y S a 13, caracterizada porque las

    15 bandas reflectantes (8) tienen una longitud igual a la de una serie de células solares que forman el módulo fotovoltaico (10).
17. 16 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1, 3 Y 5 a 12, caracterizada porque la

    20 anchura de la banda reflectante (8) es igual o mayor que la anchura de la tira metálica (9) utilizada para conectar las distintas series de células solares que forman el módulo fotovoltaico.
18. 17 . Lámina transparente fotovoltaica según las

    25 reivindicaciones 1 Y 4 a 12, caracterizada porque la separación entre las bandas refl ectantes presentes en l a zona no activa del módulo (27) y los bordes de las células solares (1) está comprendida entre 10 pm y 500 )l1TI.

    30 18. Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque la lámina

    (6) es de color y semitransparente .
19. 19. Lámina transparente fotovoltaica según las

    reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque la lámina

    (6) posee capas anti reflectantes .
20. 20 . Lámina transparente fotovoltaica según la

    reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque la lámina 5 (6) tiene pulidas sus dos caras principales .
21. 21 . Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque la lámina

    (6) tiene textura en una de sus dos caras principales .
22. 22 . Lámina transparente fotovoltaica según las 10 reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque la lámina

    (6) tiene textura en sus dos caras principales .
23. 23 . Lámina transparente fotovoltaica según la reivindicaciones 1 a 21, caracterizada porque las bandas reflectantes (8) se sitúan en la cara pulida .

    15 24. Lámina transparente fotovoltaica según las reivindicaciones 1 a 19 y 21 a 22, caracterizada por que las bandas reflectantes {8} se sitúan en la cara con textura .
24. 25 . Lámina transparente fotovoltaica según las

    20 reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque tanto si es pintada como realizada con un material polimérico, la banda reflectante ocupa toda la superficie (26) de una de sus caras principales .
25. 26 . Módulo solar fotovoltaico que comprende :

    25 una lámina frontal transparente (6 ) que queda expuesta a l sol , según l as reivindicaciones 1 a 24 ¡ una serie de célul as solares mono faciales (1) conectadas entre sí mediante unas tiras metálicas

    (4) ;

    30 un material encapsulante (5) situado bajo la lámina frontal¡ una l ámina trasera fotovoltaica (7) .
26. 27 . Módulo solar fotovoltaico que comprende :

    una lámina frontal transparente (6) que queda

    expuesta al sol, según las reivindicaciones 1 a 24¡

    una serie de células solares bifaciales (l)

    conectadas entre sí mediante unas tiras metálicas

    (4) ;

    un material encapsulante (5) situado bajo la lámina frontal; una lámina trasera (6) según las reivindicaciones

    I

    1 a 24.

27. 28 . Módulo solar fotovoltaico que comprende: una lámina frontal transparente (6 ) que queda expuesta al sol; una serie de células solares (1) conectadas entre sí gracias a unas tiras metálicas {4} i un material encapsulante (5) situado bajo la lámina frontal; una lámina trasera fotovoltaica (7) según la reivindicación 25, adherida al material encapsulante .

28. 29 . Módulo solar fotovoltaico que comprende: una lámina frontal transparente (6) que queda expuesta al sol, según las reivindicaciones 1 a 24¡ una serie de células solares (1) conectadas entre sí gracias a unas tiras metálicas (4)¡ un material encapsulante (5) situado bajo la lámina frontal; una lámina trasera fotovoltaica (7) según la reivindicación 25, adherida al material encapsulante.