ES2769834T3 - Módulo de célula solar apilada - Google Patents
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Abstract
Un método de fabricación células solares, comprendiendo el método: avanzar una oblea (45) de célula solar a lo largo de una superficie curvada; y aplicar un vacío entre la superficie curvada y una superficie inferior de la oblea (45) de célula solar para flexionar la oblea (45) de célula solar contra la superficie curvada y partir de esta manera la oblea (45) de célula solar a lo largo de una o más líneas de trazado previamente preparadas para separar una pluralidad de células solares de la oblea de célula solar, comprendiendo el método adicionalmente: trazar por láser las líneas de trazado en la oblea (45) de célula solar; y aplicar un material de unión adhesivo eléctricamente conductor a porciones de una superficie superior de la oblea (45) de célula solar antes de partir la oblea (45) de célula solar a lo largo de las líneas de trazado; donde cada célula solar partida comprende una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto a lo largo de un borde partido de su superficie superior.
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo de célula solar apilada
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud de patente internacional reivindica prioridad a la Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/530.405 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 31 de octubre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/532.293 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 4 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/536.486 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 7 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/539.546 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 12 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/543.580 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 17 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/548.081 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 19 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/550.676 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 21 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/552.761 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 25 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/560.577 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 4 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/566.278 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 10 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/565.820 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 10 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/572.206 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 16 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/577.593 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 19 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/586.025 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 30 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/585.917 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 30 de diciembre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/594.439 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 12 de enero de 2015, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/605.695 titulada "Shingled Solar Cell Module" y presentada el 26 de enero de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/003.223 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 27 de mayo de 2014, a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/036.215 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 12 de agosto de 2014, a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/042.615 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 27 de agosto de 2014, a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/048.858 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 11 de septiembre de 2014, a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/064.260 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 15 de octubre de 2014, a la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/064.834 titulada "Shingled Solar Cell Module" presentada el 16 de octubre de 2014, Solicitud de Patente de Estados Unidos N. ° 14/674.983 titulada "Shingled Solar Cell Panel Employing Hidden Tabs" y presentada el 31 de marzo de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/081.200 titulada "Solar Cell Panel Employing Hidden Taps" y presentada el 18 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/113.250 titulada "Shingled Solar Cell Panel Employing Hidden Taps" y presentada el 6 de febrero de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/082.904 titulada "High Voltage Solar Panel" y presentada el 21 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/103.816 titulada "High Voltage Solar Panel" y presentada el 15 de enero de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.°62/111.757 titulada "High Voltage Solar Panel" y presentada el 4 de febrero de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/134.176 titulada "Solar Cell Cleaving Tools and Methods" y presentada el 17 de marzo de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/150.426 titulada "Shingled Solar Cell Panel Comprising Stencil-Printed Cell Metallization" y presentada el 21 de abril de 2015, Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N.° 62/035.624 titulada "Solar Cells with Reduced Edge Carrier Recombination" y presentada el 11 de agosto de 2014, Solicitud de Patente de Diseño de Estados Unidos N.° 29/506.415 presentada el 15 de octubre de 2014, Solicitud de Patente de Diseño de Estados Unidos N.° 29/506.755 presentada el 20 de octubre de 2014, Solicitud de Patente de Diseño de Estados Unidos N.° 29/508.323 presentada el 5 de noviembre de 2014, Solicitud de Patente de Diseño de Estados Unidos N.° 29/509.586 presentada el 19 de noviembre de 2014, y a la Solicitud de Patente de Diseño de Estados Unidos N.° 29/509.588 presentada el 19 de noviembre de 2014.
Campo de la invención
La invención se refiere en general a un método y un sistema para separar una pluralidad de tiras de célula solar de una oblea de célula solar.
Antecedentes
Son necesarias fuentes alternativas de energía para satisfacer las crecientes demandas de energía a nivel mundial. Los recursos de energía solar son suficientes en muchas regiones geográficas para satisfacer tales demandas, en parte, por el suministro de potencia eléctrica generada con células solares (por ejemplo, fotovoltaicas). El documento US 2013/139871 A1 se refiere a un módulo de célula solar y a un método de fabricación de módulo de célula solar. El documento US 4525594 A se refiere a una célula solar con forma de oblea. El documento US 2014/124013 A1 se refiere a una cadena de células solares. El documento US 5979 728 A se refiere a un aparato para romper y
separar moldes de una oblea.
Sumario
Las invenciones de acuerdo con la presente invención se definen en las reivindicaciones independientes. Se definen realizaciones ventajosas adicionales en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1-19D, 21-61C y 76-82J se refieren a ejemplos que no son parte de la invención pero facilitan el entendimiento de la invención. La Figura 1 muestra un diagrama de sección transversal de una cadena de células solares conectadas en serie dispuestas en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapando para formar una súper célula apilada.
La Figura 2A muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar rectangular de ejemplo que puede usarse para formar súper células apiladas.
Las Figuras 2B y 2C muestran diagramas de la superficie frontal (lado del sol) y patrones de metalización de superficie frontal de dos células solares rectangulares de ejemplo que tienen esquinas redondeadas que pueden usarse para formar súper células apiladas
Las Figuras 2D y 2E muestran diagramas de las superficies traseras y patrones de metalización de superficie trasera de ejemplo para la célula solar mostrada en la Figura 2A.
Las Figuras 2F y 2G muestran diagramas de las superficies traseras y patrones de metalización de superficie trasera de ejemplo para las células solares mostradas en las Figuras 2B y 2C, respectivamente.
La Figura 2H muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y patrón de metalización de superficie frontal de otra célula solar rectangular de ejemplo que puede usarse para formar súper células apiladas. El patrón de metalización de superficie frontal comprende almohadillas de contacto discretas cada una de las cuales está rodeada por una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado depositado en su almohadilla de contacto fluya lejos de la almohadilla de contacto.
La Figura 2I muestra una vista en sección transversal de la célula solar de la Figura 2H e identifica detalles del patrón de metalización de superficie frontal mostrado en la vista ampliada en las Figuras 2J y 2K que incluye una almohadilla de contacto y porciones de una barrera que rodea la almohadilla de contacto.
La Figura 2J muestra una vista ampliada del detalle de la Figura 2I.
La Figura 2K muestra una vista ampliada del detalle de la Figura 2I con material de unión adhesivo conductor no curado sustancialmente confinado a la localización de la almohadilla de contacto discreta por la barrera.
La Figura 2F muestra un diagrama de la superficie trasera y un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo para la célula solar de la Figura 2H. El patrón de metalización de superficie trasera comprende almohadillas de contacto discretas cada una de las cuales está rodeada por una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado depositado en su almohadilla de contacto fluya lejos de la almohadilla de contacto.
La Figura 2M muestra una vista en sección transversal de la célula solar de la Figura 2F e identifica el detalle del patrón de metalización de superficie trasera mostrado en la vista ampliada en la Figura 2N que incluye una almohadilla de contacto y porciones de una barrera que rodea la almohadilla de contacto.
La Figura 2N muestra una vista ampliada del detalle de la Figura 2M.
La Figura 20 muestra otra variación de un patrón de metalización que comprende una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado fluya lejos de una almohadilla de contacto. La barrera sobresale de un lado de la almohadilla de contacto y es más alta que la almohadilla de contacto.
La Figura 2P muestra otra variación del patrón de metalización de la Figura 20, con la barrera que sobresale de al menos dos lados de la almohadilla de contacto
La Figura 2Q muestra un diagrama de la superficie trasera y un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo para otra célula solar rectangular de ejemplo. El patrón de metalización de superficie trasera comprende una almohadilla de contacto continua que recorre sustancialmente la longitud de un lado largo de la célula solar a lo largo de un borde de la célula solar. La almohadilla de contacto está rodeada por una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado depositado en la almohadilla de contacto fluya lejos de la
almohadilla de contacto.
La Figura 2R muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y patrón de metalización de superficie frontal de otra célula solar rectangular de ejemplo que puede usarse para formar súper células apiladas. El patrón de metalización de superficie frontal comprende almohadillas de contacto discretas dispuestas en una fila a lo largo de un borde de la célula solar y un conductor delgado largo que recorre paralelo a y a bordo de la fila de almohadillas de contacto. El conductor delgado largo forma una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado depositado en sus almohadillas de contacto fluya lejos de las almohadillas de contacto y en áreas activas de la célula solar.
La Figura 3A muestra un diagrama que ilustra un método de ejemplo mediante el cual puede separarse una célula solar de silicio de tamaño convencional y forma pseudo cuadrada (por ejemplo, cortarse o romperse) en células solares rectangulares de dos longitudes diferentes que pueden usarse para formar súper células apiladas.
Las Figuras 3B y 3C muestran diagramas que ilustran otro método de ejemplo mediante el cual una pseudo célula solar de silicio cuadrada puede separarse en células solares rectangulares. La Figura 3B muestra la superficie frontal de la oblea y un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo. La Figura 3C muestra la superficie trasera de la oblea y un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo.
Las Figuras 3D y 3E muestran diagramas que ilustran un método de ejemplo mediante el cual una célula solar de silicio cuadrada puede separarse en células solares rectangulares. La Figura 3D muestra la superficie frontal de la oblea y un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo. La Figura 3E muestra la superficie trasera de la oblea y un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo.
La Figura 4A muestra una vista fragmentaria de la superficie frontal de una súper célula rectangular de ejemplo que comprende células solares rectangulares como se muestra por ejemplo en la Figura 2A dispuestas en una manera apilada como se muestra en la Figura 1.
Las Figuras 4B y 4C muestran vistas frontales y traseras, respectivamente, de una súper célula rectangular de ejemplo que comprende células solares rectangulares de "cheurón" que tienen esquinas biseladas, como se muestra por ejemplo en la Figura 2B, dispuestas en una manera apilada como se muestra en la Figura 1.
La Figura 5A muestra un diagrama de un módulo solar rectangular de ejemplo que comprende una pluralidad de súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo. Están dispuestos pares de las súper células de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las súper células paralelos a los lados cortos del módulo.
La Figura 5B muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende una pluralidad de súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud de los lados cortos del módulo. Las súper células están dispuestas con sus lados largos paralelos a los lados cortos del módulo.
La Figura 5C muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende una pluralidad de súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas con sus lados largos paralelos a los lados del módulo.
La Figura 5D muestra un diagrama de un módulo solar rectangular de ejemplo que comprende una pluralidad de súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud de los lados largos del módulo. Están dispuestos pares de las súper células de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las súper células paralelos a los lados largos del módulo.
La Figura 5E muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo similar en configuración al de la Figura 5C, en el cual todas las células solares a partir de las que están formadas las súper células son células solares de cheurón que tienen esquinas biseladas que corresponden a esquinas de obleas pseudo-cuadradas a partir de las cuales se separaron las células solares.
La Figura 5F muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo similar en configuración al de la Figura 5C, en el que las células solares a partir de las cuales están formadas las súper células comprenden una mezcla de células solares de cheurón y rectangulares dispuestas para reproducir las formas de las pseudo obleas cuadradas a partir de las que se separaron.
La Figura 5G muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo similar en configuración al de la Figura 5E, excepto que las células solares de cheurón adyacentes en una súper célula están dispuestas como
imágenes de espejo entre sí de modo que sus bordes solapantes son de la misma longitud.
La Figura 6 muestra una disposición de ejemplo de tres filas de súper células interconectadas con interconexiones eléctricas flexibles para poner las súper células dentro de cada fila en serie entre sí, y para poner las filas en paralelo entre sí. Estas pueden ser tres filas en el módulo solar de la Figura 5D, por ejemplo.
La Figura 7A muestra interconexiones flexibles de ejemplo que pueden usarse para interconectar súper células en serie o en paralelo. Algunos de los ejemplos muestran la generación de patrones que aumenta su flexibilidad (conformidad mecánica) a lo largo de sus ejes largos, a lo largo de sus ejes cortos o a lo largo de sus ejes largos y sus ejes cortos. La Figura 7A muestra configuraciones de interconexión largas de alivio de la tensión de ejemplo que pueden usarse en derivaciones ocultas a súper células como se describe en el presente documento o como interconexiones a contactos de terminal de súper célula de superficie frontal o trasera. Las Figuras 7B-1 y 7B- 2 ilustran ejemplos de características de alivio de tensión fuera de plano. Las Figuras 7B-1 y 7B-2 muestran un ejemplo de configuración de interconexión larga que comprende características de alivio de tensión fuera de plano y que puede usarse en derivaciones ocultas a súper células o como interconexiones a contactos de terminal de súper célula de superficie frontal o trasera.
La Figura 8A muestra del detalle A de la Figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar de ejemplo de la Figura 5D que muestra detalles transversales de interconexiones eléctricas flexibles unidas a los contactos de terminal de superficie trasera de las filas de súper células.
La Figura 8B muestra el detalle C de la Figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar de ejemplo de la Figura 5D que muestra detalles transversales de interconexiones eléctricas flexibles unidas a los contactos de terminal de superficie frontal (lado soleado) de las filas de súper células.
La Figura 8C muestra el detalle B de la Figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar de ejemplo de la Figura 5D que muestra detalles transversales de interconexiones flexibles dispuestas para interconectar dos súper células en una fila en serie.
La Figura 8D-8G muestra ejemplos adicionales de conexiones eléctricas unidas a un contacto de terminal frontal de una súper célula en un extremo una fila de súper células, adyacente a un borde de un módulo solar. Las interconexiones de ejemplo están configuradas para tener una pequeña huella en la superficie frontal del módulo. La Figura 9A muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas en seis filas que están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí y en paralelo con un diodo de derivación dispuesto en una caja de conexiones en la superficie trasera del módulo solar. Las conexiones eléctricas entre las súper células y el diodo de derivación están fabricadas a través de cintas embebidas en la estructura de laminado del módulo.
La Figura 9B muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas en seis filas que están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí y en paralelo con un diodo de derivación dispuesto en una caja de conexiones en la superficie trasera y cerca de un borde del módulo solar. Una segunda caja de conexiones está localizada en la superficie trasera cerca de un borde opuesto del módulo solar. La conexión eléctrica entre las súper células y el diodo de derivación está fabricada a través de un cable externo entre las cajas de conexiones.
La Figura 9C muestra un módulo solar rectangular vidrio-vidrio de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas en seis filas que están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí. Dos cajas de conexiones están montadas en bordes opuestos del módulo, maximizando el área activa del módulo.
La Figura 9D muestra una vista lateral del módulo solar ilustrado en la Figura 9C.
La Figura 9E muestra otro módulo solar de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas en seis filas, con tres pares de filas individualmente conectadas a un dispositivo de gestión de potencia en el módulo solar.
La Figura 9F muestra otro módulo solar de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la longitud del lado largo del módulo. Las súper células están dispuestas en seis filas, con cada fila individualmente conectada a un dispositivo de gestión de potencia en el módulo solar.
Las Figuras 9G y 9H muestran otros ejemplos de arquitecturas para la gestión de potencia de nivel de módulo usando súper células apiladas.
La Figura 10A muestra un diagrama de circuito eléctrico esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B.
Las Figuras 10B-1 y 10B-2 muestran una distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 10A. La Figura 11A muestra un diagrama de circuito eléctrico esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A.
Las Figuras 11B-1 y 11B-2 muestran una distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A que tiene el diagrama de circuito eléctrico esquemático de la Figura 11A.
Las Figuras 11C-1 y 11C-2 muestran otra distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A que tiene el diagrama de circuito eléctrico esquemático de la Figura 11A.
La Figura 12A muestra otro diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A.
Las Figuras 12B-1 y 12B-2 muestran una distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 12A. Las Figuras 12C-1, 12C-2, y 12C-3 muestran otra distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 12A.
La Figura 13A muestra otro diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A.
La Figura 13B muestra otro diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B.
Las Figuras 13C-1 y 13C-2 muestran una distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 13A. La distribución física ligeramente modificada de las Figuras 13C-1 y 13C-2 es adecuada para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 13B.
La Figura 14A muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende una pluralidad de súper células apiladas rectangulares, con el lado largo de cada súper célula que tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud del lado corto del módulo. Están dispuestos pares de las súper células de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las súper células paralelas al lado corto del módulo. La Figura 14B muestra un diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 14A.
Las Figuras 14C-1 y 14C-2 muestran una distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 14A que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 14B. La Figura 15 muestra otra distribución física de ejemplo para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 10A.
La Figura 16 muestra una disposición de ejemplo de una conmutación inteligente que interconecta dos módulos solares en serie.
La Figura 17 muestra un diagrama de flujo para un método de ejemplo de fabricación de un módulo solar con súper células.
La Figura 18 muestra un diagrama de flujo para otro método de ejemplo de fabricación de un módulo solar con súper células.
Las Figuras 19A-19D muestran disposiciones de ejemplo mediante las cuáles las súper células pueden curarse con calor y presión.
Las Figuras 20A-20C ilustran esquemáticamente un aparato de ejemplo que puede usarse para partir células solares trazadas. El aparato puede ser particularmente ventajoso cuando se usa para partir súper células trazadas a las que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor.
La Figura 21 muestra una lámina trasera blanca de ejemplo "a rayas de cebra" con líneas oscuras que pueden usarse en módulos solares que comprenden filas paralelas de súper células para reducir el contraste visual entre las súper células y porciones de la lámina trasera visibles desde la parte frontal del módulo.
La Figura 22A muestra una vista en planta de un módulo convencional que utiliza conexiones de cinta tradicionales bajo condiciones de punto caliente. La Figura 22B muestra una vista en planta de un módulo que utiliza expansión térmica de acuerdo con ejemplos, también bajo condiciones de punto caliente.
Las Figuras 23A-23B muestran ejemplos de distribuciones de cadena de súper células con células biseladas.
Las Figuras 24-25 muestran vistas transversales simplificadas de series que comprenden una pluralidad de módulos ensamblados en configuraciones apiladas.
La Figura 26 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica de ejemplo de los contactos eléctricos de terminal de superficie (lado del sol) frontal de una súper célula apilada a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo.
La Figura 27 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica de ejemplo de dos o más súper células apiladas en paralelo, con los contactos eléctricos de terminal de superficie frontal (lado del sol) de las súper células conectados entre sí y a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo.
La Figura 28 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra otra interconexión eléctrica de ejemplo de dos o más súper células apiladas en paralelo, con los contactos eléctricos de terminal de superficie frontal (lado del sol) de las súper células conectados entre sí y a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo.
La Figura 29 muestra diagramas en transversal y en perspectiva fragmentarios de dos súper células que ilustran el uso de una interconexión flexible rodeada entre extremos solapantes de súper células adyacentes para conectar eléctricamente las súper células en serie y para proporcionar una conexión eléctrica a una caja de conexiones. La Figura 29A muestra una vista ampliada de un área de interés en la Figura 29.
La Figura 30A muestra una súper célula de ejemplo con interconexiones eléctricas unidas a sus contactos de terminal de superficie delantera y trasera. La Figura 30B muestra dos de las súper células de la Figura 30A interconectadas en paralelo.
Las Figuras 31A-31C muestran diagramas de patrones de metalización de superficie trasera de ejemplo que pueden emplearse para crear derivaciones ocultas a súper células como se describe en el presente documento.
Las Figuras 32-33 muestran ejemplos del uso de derivaciones ocultas con interconexiones que recorren aproximadamente la anchura completa de la súper célula.
Las Figuras 34A-34C muestran ejemplos de interconexiones unidas a los contactos de terminal de superficie trasera de la súper célula (Figura 34A) y superficie frontal (Figuras 34B-34C).
Las Figuras 35-36 muestran ejemplos del uso de derivaciones ocultas con interconexiones cortas que abarcan el hueco entre súper células adyacentes pero que no se extienden sustancialmente hacia dentro a lo largo del eje largo de las células solares rectangulares.
Las Figuras 37A-1 a 37F-3 muestran configuraciones de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden características de alivio de tensión dentro de plano.
Las Figuras 38A-1 a 38B-2 muestran configuraciones de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden características de alivio de tensión fuera de plano.
Las Figuras 39A-1 y 39A-2 muestran configuraciones de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden características de alineación. Las Figuras 39B-1 y 39B-2 muestran una configuración de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden longitudes de pestaña asimétricas.
Las Figuras 40 y 42A-44B muestran distribuciones de módulo solar de ejemplo que emplean derivaciones ocultas.
La Figura 41 muestra un diagrama esquemático eléctrico de ejemplo para las distribuciones de módulo solar de las Figuras 40 y 42A-44B.
La Figura 45 muestra el flujo de corriente en un módulo solar de ejemplo con un diodo de derivación en conducción. Las Figuras 46A-46B muestran movimiento relativo entre componentes de módulo solar resultantes del ciclo térmico en, respectivamente, una dirección paralela a las filas de súper células y una dirección perpendicular a las filas de súper células en el módulo solar.
Las Figuras 47A-47B muestran, respectivamente, otra distribución de módulo solar de ejemplo que emplea derivaciones ocultas y el correspondiente diagrama esquemático eléctrico.
Las Figuras 48A-48B muestran distribuciones de módulo de célula solar adicionales que emplean derivaciones ocultas en combinación con diodos de derivación embebidos.
Las Figuras 49A-49B muestran diagramas de bloques para, respectivamente, un módulo solar que proporciona una tensión de CC convencional a un microinversor y un módulo solar de alta tensión como se describe en el presente documento que proporciona una alta tensión de Cc a un microinversor.
Las Figuras 50A-50B muestran diagramas esquemáticos de distribución física y eléctrica, por ejemplo, módulos solares de alta tensión que incorporan diodos de derivación.
Las Figuras 51A-55B muestran arquitecturas de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo de módulos solares de alta tensión que comprenden súper células apiladas.
La Figura 56 muestra una disposición de ejemplo de seis súper células en seis filas paralelas con finales de desplazamiento de filas adyacentes e interconectadas en serie por interconexiones eléctricas flexibles.
La Figura 57A ilustra esquemáticamente un sistema fotovoltaico que comprende una pluralidad de módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC eléctricamente conectados en paralelo entre sí y a un inversor de cadena. La Figura 57B muestra el sistema fotovoltaico de la Figura 57A desplegado en una parte superior del tejado.
Las Figuras 58A-58D muestran disposiciones de fusibles de limitación de corriente y diodos de bloqueo que pueden usarse para evitar que un módulo de célula solar apilado de tensión de CC que tiene un cortocircuito disipe la generación de potencia significativa en otros módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC a los que está conectado eléctricamente en paralelo.
Las Figuras 59A-59B muestran disposiciones de ejemplo en las que dos o más módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC están eléctricamente conectados en paralelo en una caja de combinación, que puede incluir fusibles de limitación de corriente y diodos de bloqueo.
Las Figuras 60A-60B cada una muestra una representación de corriente frente a tensión y una representación de potencia frente a tensión para una pluralidad de módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC eléctricamente conectados en paralelo. Las representaciones de la Figura 60A son para un caso de ejemplo en el que ninguno de los módulos incluye una célula solar derivada inversa. Las representaciones de la Figura 60B son para un caso de ejemplo en el que alguno de los módulos incluyen una o más células solares derivadas inversas. La Figura 61A ilustra un ejemplo de un módulo solar que utiliza aproximadamente 1 diodo de derivación por súper célula. La Figura 61C ilustra un ejemplo de un módulo solar que utiliza diodos de derivación en una configuración anidada. La Figura 61B ilustra una configuración de ejemplo para un diodo de derivación conectado entre dos súper células vecinas usando una interconexión eléctrica flexible.
Las Figuras 62A-62B ilustran esquemáticamente, respectivamente, vistas lateral y superior de otra herramienta de partición de ejemplo.
La Figura 63A ilustra esquemáticamente el uso de una disposición de vacío asimétrica para controlar la nucleación y propagación de roturas a lo largo de líneas de trazado cuando se parte una oblea. La Figura 63B ilustra esquemáticamente el uso de una disposición de vacío simétrica de ejemplo que proporciona menos control de partición que la disposición de la Figura 63A.
La Figura 64 ilustra esquemáticamente una vista superior de una porción de un colector de vacío de ejemplo que puede usarse en la herramienta de partición de las Figuras 62A-62B.
La Figura 65A y la Figura 65B proporcionan, respectivamente, ilustraciones esquemáticas de las vistas superior y en perspectiva del colector de ejemplo de vacío de la Figura 64 superpuesto por una correa perforada.
La Figura 66 ilustra esquemáticamente una vista lateral de un colector de vacío de ejemplo que puede usarse en la herramienta de partición de las Figuras 62A-62B.
La Figura 67 ilustra esquemáticamente una célula solar partida que se superpone a una disposición de ejemplo de una correa perforada y un colector de vacío.
La Figura 68 ilustra esquemáticamente las posiciones y orientaciones relativas de una célula solar partida y una porción no partida de una oblea de tamaño convencional a partir de la cual se partió la célula solar en un proceso de partición de ejemplo.
Las Figuras 69A-69G ilustran esquemáticamente aparatos y métodos mediante los cuales las células solares partidas pueden eliminarse continuamente de una herramienta de partición.
Las Figuras 70A-70C proporcionan vistas ortogonales de otra variación de la herramienta de partición de ejemplo de las Figuras 62A-62B.
La Figura 71A y la Figura 71B proporcionan vistas en perspectiva de la herramienta de partición de ejemplo de las Figuras 70A-70C en dos etapas diferentes de un proceso de partición.
Las Figuras 72A-74B ilustran detalles de las correas perforadas y colectores de vacío de la herramienta de partición de ejemplo de las Figuras 70A-70C.
Las Figuras 75A-75G ilustran detalles de varios patrones de orificio de ejemplo que pueden usarse para correas de vacío perforadas en la herramienta de partición de ejemplo de las Figuras 10A-10C.
La Figura 76 muestra un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo en una célula solar rectangular. Las Figuras 77A-77B muestran patrones de metalización de superficie trasera de ejemplo en células solares rectangulares.
La Figura 78 muestra un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo en una célula solar cuadrada que puede cortarse en cubitos para formar una pluralidad de células solares rectangulares que cada una tiene el patrón de metalización de superficie frontal mostrado en la Figura 76.
La Figura 79 muestra un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo en una célula solar cuadrada que puede cortarse en cubitos para formar una pluralidad de células solares rectangulares que cada una tiene el patrón de metalización de superficie trasera mostrado en la Figura 77A.
La Figura 80 es un diagrama esquemático de una célula solar HIT convencionalmente dimensionada que se corta en cubitos en células solares de tira estrecha usando métodos de partición convencionales, dando como resultado bordes partidos que promueven la recombinación de vehículo.
Las Figuras 81A-81J ilustran esquemáticamente etapas en un método de ejemplo de corte en cubitos de una célula solar HIT convencionalmente dimensionada en tiras de célula solar estrechas que carecen de bordes partidos que promueven la recombinación de vehículo.
Las Figuras 82A-82J ilustran esquemáticamente etapas en otro método de ejemplo de corte en cubitos de una célula solar HIT convencionalmente dimensionada en tiras de célula solar estrechas que carecen de bordes que promueven la recombinación de vehículo.
Descripción detallada
La siguiente descripción detallada debería leerse con referencia a los dibujos, en los que números de referencia idénticos hacen referencia a elementos idénticos a través de todas las diferentes figuras. Los dibujos, que no están necesariamente a escala, representan realizaciones selectivas y no se pretende que limiten el alcance de la invención. La descripción detallada ilustra a modo de ejemplo, no por medio de limitación, los principios de la invención. Esta descripción posibilitará de manera clara a un experto en la materia fabricar y usar la invención, y describe varias realizaciones, adaptaciones, variaciones, alternativas y usos de la invención, incluyendo lo que actualmente se cree que es el mejor modo para llevar a cabo la invención.
Como se usa en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el/la" incluyen referentes plurales a menos que el contexto lo indique claramente de otra manera. También, el término "paralelo" se pretende que signifique "paralelo o sustancialmente paralelo" y que abarque desviaciones menores de geometrías paralelas en lugar de requerir que cualesquiera disposiciones paralelas descritas en el presente documento sean exactamente paralelas. El término "perpendicular" se pretende que signifique "perpendicular o sustancialmente perpendicular" y que abarque desviaciones menores de geometrías
perpendiculares en lugar de requerir que cualquier disposición perpendicular descrita en el presente documento sea exactamente perpendicular. El término "cuadrado" se pretende que signifique "cuadrado o sustancialmente cuadrado" y que abarque desviaciones menores de formas cuadradas, por ejemplo formas sustancialmente cuadradas que tienen esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas o truncadas de otra manera). El término "rectangular" se pretende que signifique "rectangular o sustancialmente rectangular" y que abarque desviaciones menores de formas rectangulares, por ejemplo formas sustancialmente rectangulares que tienen esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas o truncadas de otra manera).
Esta memoria descriptiva desvela disposiciones de células solares de silicio apiladas de alta eficiencia en módulos de célula solar, así como patrones de metalización de superficie frontal y trasera e interconexiones para células solares que pueden usarse en tales disposiciones. Esta memoria descriptiva también desvela métodos para fabricar tales módulos solares. Los módulos de célula solar pueden emplearse ventajosamente bajo iluminación de "un sol" (no de concentración), y pueden tener dimensiones físicas y especificaciones eléctricas que les permite ser sustituidos por módulos de célula solar de silicio convencionales.
La Figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de células solares 10 conectadas en serie dispuestas en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapando y eléctricamente conectados para formar una súper célula 100. Cada célula solar 10 comprende una estructura de diodo de semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo de semiconductor mediante la cual la corriente eléctrica generada en la célula solar 10 cuando se ilumina por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada célula solar 10 es una célula solar de silicio cristalino que tiene patrones de metalización de superficie frontal (lado del sol) y trasera (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de superficie frontal está dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de superficie trasera está dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p. Sin embargo, puede usarse cualesquiera otras células solares adecuadas que empleen cualquier otro sistema de material adecuado, estructura de diodo, dimensiones físicas, o disposición de contacto eléctrico en lugar de o además de las células solares 10 en los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva. Por ejemplo, el patrón de metalización de superficie frontal (lado del sol) puede estar dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p, y el patrón trasero (lado sombreado) de metalización de superficie dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en súper célula 100, las células solares 10 adyacentes están unidas de manera conductora entre sí en la región en la que solapan por un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar al patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar adyacente. Los materiales de unión de conducción eléctricamente adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos eléctricamente conductores y películas adhesivas y cintas adhesivas eléctricamente conductoras, y soldadores convencionales. Preferentemente, el material de unión eléctricamente conductor proporciona conformidad mecánica en la unión entre las células solares adyacentes que acomodan una tensión que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica (Coefficient of Thermal Expansión, CTE) del material de unión eléctricamente conductor y el de las células solares (por ejemplo, el CTE del silicio). Para proporcionar tal conformidad mecánica, en algunas variaciones el material de unión eléctricamente conductor se selecciona para que tenga una temperatura de transición de vidrio de menos o igual a aproximadamente 0 °C. Para reducir adicionalmente y adaptar la tensión paralela a los bordes de solapamiento de las células solares que surgen del desajuste de CTE, el material de unión eléctricamente conductor puede aplicarse únicamente a localizaciones discretas a lo largo de las regiones solapantes de las células solares en lugar de en una línea continua que extiende sustancialmente la longitud de los bordes de las células solares
El espesor de la unión eléctricamente conductora entre células solares solapantes adyacentes formadas por el material de unión eléctricamente conductor, medido perpendicularmente a las superficies frontal y trasera de las células solares, puede ser, por ejemplo, menos de aproximadamente 0,1 mm. Una unión delgada de este tipo reduce la pérdida resistiva en la interconexión entre células, y también promueve el flujo de calor a lo largo de la súper célula de cualquier punto caliente en la súper célula que puede desarrollarse durante la operación. La conductividad térmica de la unión entre células solares puede ser, por ejemplo, > aproximadamente 1,5 vatios / (metro K).
La Figura 2A muestra la superficie frontal de una célula solar 10 rectangular de ejemplo que puede usarse en una súper célula 100. Pueden usarse también como adecuadas otras formas para la célula solar 10. En el ejemplo ilustrado, el patrón de metalización de superficie frontal de la célula solar 10 incluye una barra de bus 15 situada adyacente al borde de uno de los lados largos de la célula solar 10 y que recorre paralelo a los lados largos durante sustancialmente la longitud de los lados largos, y los dedos 20 fijados perpendicularmente a la barra de bus y que recorren paralelos entre sí y a los lados cortos de la célula solar 10 durante sustancialmente la longitud de los lados cortos.
En el ejemplo de la célula solar 10 de la Figura 2A tiene una longitud de aproximadamente 156 mm, una anchura de aproximadamente 26 mm, y por lo tanto una relación de aspecto (longitud de lado corto/longitud de lado largo) de
aproximadamente 1:6. Pueden prepararse seis de tales células solares en una oblea de silicio de dimensión 156 mm x 156 mm convencional, a continuación separarse (cortarse en cubitos) para proporcionar células solares como se ilustra. En otras variaciones, pueden prepararse ocho células solares 10 que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 mm x 156 mm, y por lo tanto una relación de aspecto de aproximadamente 1:8, de una oblea de silicona convencional. Más en general, las células solares 10 puede tener relaciones de aspecto de, por ejemplo, aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:20 y pueden prepararse de obleas de tamaño convencional o de obleas de cualesquiera otras dimensiones adecuadas.
La Figura 3A muestra un método de ejemplo mediante el cual puede cortarse, romperse o dividirse de otra manera una oblea 45 de célula solar de silicio de tamaño convencional y forma pseudo cuadrada para formar células solares rectangulares como se acaba de describir. En este ejemplo se cortan varias células solares 10L rectangulares de anchura completa de la porción central de la oblea, y además se cortan varias células solares 10S rectangulares más cortas desde porciones de extremo de la oblea y se descartan las esquinas biseladas o redondeadas de la oblea. Las células solares 10L pueden usarse para formar súper células apiladas de una anchura, y pueden usarse células solares 10S para formar súper células apiladas de una anchura más estrecha.
Como alternativa, las esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas) pueden retenerse en las células solares cortadas de las porciones de extremo de la oblea. Las Figuras 2B-2C muestran las superficies frontales de las células solares 10 rectangulares de "cheurón" de ejemplo sustancialmente similares a las de la Figura 2A, pero que tienen esquinas biseladas retenidas de la oblea a partir de las que se cortaron las células solares. En la Figura 2B, la barra de bus 15 se sitúa adyacente a y recorre paralela al más corto de los dos lados largos durante sustancialmente la longitud de ese lado, y adicionalmente se extiende en ambos extremos al menos parcialmente alrededor de las esquinas biseladas de la célula solar. En la Figura 2C, la barra de bus 15 se sitúa adyacente a y recorre paralela al más largo de los dos lados largos durante sustancialmente la longitud de ese lado. Las Figuras 3B-3C muestran vistas frontales y traseras de una pseudo oblea 45 cuadrada que puede cortarse en cubitos a lo largo de la línea discontinua mostrada en la Figura 3C para proporcionar una pluralidad de células solares 10 que tienen patrones de metalización de superficie frontales similares a los mostrados en la Figura 2A, y dos células solares 10 biseladas que tienen patrones de metalización de superficie frontal similares a los mostrados en la Figura 2B.
En el patrón frontal de metalización de superficie de ejemplo mostrado en la Figura 2B, las dos porciones de extremo de la barra de bus 15 que se extienden alrededor de las esquinas biseladas de la célula puede cada una tener una anchura que se ahusa (se estrecha gradualmente) con distancia creciente de la porción de la barra de bus localizada adyacente al lado largo de la célula. De manera similar, en el patrón frontal de metalización de superficie de ejemplo mostrado en la Figura 3B, las dos porciones de extremo del conductor delgado que interconecta almohadillas de contacto 15 discretas que se extienden alrededor de las esquinas biseladas de la célula solar y se ahusan con distancia creciente del lado largo de la célula solar a lo largo del cual están dispuestas las almohadillas de contacto discretas. Tal ahusamiento es opcional, pero puede reducir ventajosamente el uso de metal y el sombreado de la región activa de la célula solar sin aumentar significativamente la pérdida resistiva.
Las Figuras 3D-3E muestran vistas frontales y traseras de una oblea 47 cuadrada perfecta que puede cortarse en cubitos a lo largo de la línea discontinua mostrada en la Figura 3E para proporcionar una pluralidad de células solares 10 que tienen patrones de metalización de superficie frontales similares a los mostrados en la Figura 2A. Las células solares rectangulares biseladas pueden usarse para formar súper células que comprenden únicamente células solares biseladas. Adicionalmente o como alternativa, una o más de tales células solares rectangulares biseladas pueden usarse en combinación con una o más células solares rectangulares no biseladas (por ejemplo, la Figura 2A) para formar una súper célula. Por ejemplo, las células solares de extremo de una súper célula pueden ser células solares biseladas, y las células solares medias células solares no biseladas. Si se usan las células solares biseladas en combinación con células solares no biseladas en una súper célula, o más en general en un módulo solar, puede ser deseable usar dimensiones para las células solares que dan como resultado que las células solares biseladas y no biseladas tengan el mismo área de superficie frontal expuesta a la luz durante la operación de las células solares. La adaptación de las áreas de la célula solar de esta manera adapta la corriente producida en las células solares biseladas y no biseladas, que mejora el rendimiento de una cadena conectada en serie que incluye tanto células solares biseladas como no biseladas. Las áreas de células solares biseladas y no biseladas cortadas de la misma oblea pseudo cuadrada pueden adaptarse, por ejemplo, ajustando localizaciones de las líneas a lo largo de las cuales se corta en cubitos la oblea para hacer las células solares biseladas ligeramente más amplias que las células solares no biseladas en la dirección perpendicular a sus ejes largos, para compensar las esquinas faltantes en las células solares biseladas.
Un módulo solar puede comprender únicamente súper células formadas exclusivamente de células solares rectangulares no biseladas, o únicamente súper células formadas de células solares rectangulares biseladas, o únicamente súper células que incluyen células solares biseladas y no biseladas, o cualquier combinación de estas tres variaciones de súper célula.
En algunos casos, las porciones de una oblea de célula solar cuadrada o pseudo cuadrada de tamaño convencional (por ejemplo, la oblea 45 u oblea 47) cerca de los bordes de la oblea pueden convertir luz a electricidad con
eficiencia inferior que las porciones de la oblea localizadas lejos de los bordes. Para mejorar la eficiencia de las células solares rectangulares resultantes, en algunas variaciones uno o más bordes de la oblea se recortan para eliminar las porciones de eficiencia inferior antes de que se corte en cubitos la oblea. Las porciones recortadas de los bordes de la oblea pueden tener anchuras de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 5 mm, por ejemplo. Además, como se muestra en las Figuras 3B y 3D, las células solares 10 de dos extremos que van a cortarse en cubitos a partir de una oblea pueden orientarse con sus barras de bus de superficie frontal (o almohadillas de contacto discretas) 15 a lo largo de sus bordes exteriores y por lo tanto a lo largo de dos de los bordes de la oblea. Puesto que en las súper células desveladas en esta memoria descriptiva, las barras de bus (o almohadillas de contacto discretas) 15 están típicamente solapadas por una célula solar adyacente, la baja eficiencia de conversión de la luz a lo largo de estos dos bordes de la oblea típicamente no afecta al rendimiento de las células solares. En consecuencia, en algunas variaciones los bordes de una oblea cuadrada o pseudo cuadrada orientada paralela a los lados cortos de las células solares rectangulares se recortan justo como se ha descrito, pero los bordes de la oblea orientados paralelos a los lados largos de las células solares rectangulares no lo están. En otras variaciones, uno, dos, tres o cuatro bordes de una oblea cuadrada (por ejemplo, la oblea 47 en la Figura 3D) se recortan como se acaba de describir. En otras variaciones, uno, dos, tres, o cuatro de los bordes largos de una oblea pseudo-cuadrada se recortan como se acaba de describir.
Las células solares que tienen relaciones de aspecto largas y estrechas, menores que la de una célula solar de 156 mm x 156 mm convencional, como se ilustra, pueden emplearse ventajosamente para reducir pérdidas de potencia resistiva I2R en los módulos de célula solar desvelados en esta memoria descriptiva. En particular, el área reducida de las células solares 10 en comparación con células solares de silicio de tamaño convencional reduce la corriente producida en la célula solar, reduciendo directamente la pérdida de potencia resistiva en la célula solar y en una cadena conectada en serie de tales células solares. Además, disponiendo tales células solares rectangulares en una súper célula 100 de modo que la corriente fluye a través de la súper célula paralela a los lados cortos de las células solares puede reducir la distancia que la corriente debe fluir a través del material de semiconductor para alcanzar los dedos 20 en el patrón de metalización de superficie frontal y reducir la longitud requerida de los dedos, que puede reducir también la pérdida de potencia resistiva.
Como se ha indicado anteriormente, unir células solares 10 solapadas entre sí en su región solapante para conectar eléctricamente las células solares en serie reduce la longitud de la conexión eléctrica entre células solares adyacentes, en comparación con cadenas conectadas en serie convencionalmente en pestaña de células solares. Esto también reduce la pérdida de potencia resistiva.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2A, en el ejemplo ilustrado, el patrón de metalización de superficie frontal en la célula solar 10 comprende un conductor de derivación 40 opcional que recorre paralelo a y espaciado alejado de la barra de bus 15. (Un conductor de derivación de este tipo puede usarse también opcionalmente en los patrones de metalización mostrados en las Figuras 2B-2C, 3B, y 3D, y también se muestra en la Figura 2Q en combinación con las almohadillas de contacto 15 discretas en lugar de una barra de bus continua). El conductor de derivación 40 interconecta los dedos 20 para derivar eléctricamente roturas que pueden formarse entre la barra de bus 15 y el conductor de derivación 40. Tales roturas, que pueden servir los dedos 20 en localizaciones cerca de la barra de bus 15, pueden aislar de otra manera regiones de la célula solar 10 de la barra de bus 15. El conductor de derivación proporciona una ruta eléctrica alternativa entre tales dedos servidos y la barra de bus. El ejemplo ilustrado muestra un conductor de derivación 40 situado paralelo a la barra de bus 15, que se extiende alrededor de la longitud completa de la barra de bus, y que interconecta cada dedo 20. Esta disposición puede preferirse pero no se requiere. Si está presente, el conductor de derivación no necesita recorrer paralelo a la barra de bus y no necesita extender la longitud completa de la barra de bus. Además, un conductor de derivación interconecta al menos dos dedos, pero no necesita interconectar todos los dedos. Pueden usarse dos o más conductores de derivación cortos en lugar de un conductor de derivación más largo, por ejemplo. Puede usarse cualquier disposición adecuada de conductores de derivación. El uso de tales conductores de derivación se describe en mayor detalle en la Patente de Estados Unidos con N.° de Solicitud de Serie 13/371.790, titulada "Solar Cell With Metallization Compensating For Or Preventing Cracking", y presentada el 13 de febrero de 2012, que se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.
El patrón frontal de metalización de superficie de ejemplo de la Figura 2A también incluye un conductor 42 de extremo opcional que interconecta los dedos 20 en sus extremos lejanos, opuestos de la barra de bus 15. (Un conductor de extremo de este tipo puede usarse también opcionalmente en los patrones de metalización mostrados en las Figuras 2B-2C, 3B, y 3D, y 2Q). La anchura del conductor 42 puede ser aproximadamente la misma que la de un dedo 20, por ejemplo. El conductor 42 interconecta los dedos 20 para derivar eléctricamente las roturas que pueden formarse entre el conductor de derivación 40 y el conductor 42, y de esta manera proporciona una ruta actual a la barra de bus 15 para regiones de la célula solar 10 que pueden aislarse eléctricamente de otra manera por tales roturas.
Aunque algunos de los ejemplos ilustrados muestran una barra de bus 15 que extiende sustancialmente la longitud de los lados largos de la célula solar 10 con anchura uniforme, esto no se requiere. Por ejemplo, como se ha aludido anteriormente por encima de la barra de bus 15 frontal puede sustituirse por dos o más almohadillas de contacto 15 discretas de superficie frontal que pueden estar dispuestas, por ejemplo, en línea entre sí a lo largo de un lado de la
célula solar 10 como se muestra en las Figuras 2H, 2Q, y 3B por ejemplo. Tales almohadillas de contacto discretas pueden interconectarse opcionalmente por conductores más delgados que recorren entre ellos, como se muestra por ejemplo en las figuras recién mencionadas. En tales variaciones, la anchura de las almohadillas de contacto medida perpendicularmente al lado largo de la célula solar puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 veces la de los conductores delgados que interconectan las almohadillas de contacto. Puede haber una almohadilla de contacto separada (por ejemplo, pequeña) para cada dedo en el patrón de metalización de superficie frontal, o cada almohadilla de contacto puede conectarse a dos o más dedos. Las almohadillas de contacto 15 de superficie frontal pueden ser cuadradas o tener una forma rectangular alargada paralela al borde de la célula solar, por ejemplo. Las almohadillas de contacto 15 de superficie frontal pueden tener anchuras perpendiculares al lado largo de la célula solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 1,5 mm, por ejemplo, y longitudes paralelas al lado largo de la célula solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm por ejemplo. El espaciado entre almohadillas de contacto 15 medido paralelo al lado largo de la célula solar puede ser de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 30 mm, por ejemplo.
Como alternativa, la célula solar 10 puede carecer de tanto una barra de bus 15 frontal como de almohadillas de contacto 15 frontales discretas e incluir únicamente dedos 20 en el patrón de metalización de superficie frontal. En tales variaciones, las funciones de recopilación de corriente que se realizarían de otra manera por una barra de bus 15 frontal o las almohadillas de contacto 15 pueden realizarse en su lugar, o realizarse parcialmente, por el material conductor usado para unir dos células solares 10 entre sí en la configuración solapante anteriormente descrita.
Las células solares que carecen de tanto una barra de bus 15 como de almohadillas de contacto 15 pueden incluir el conductor de derivación 40 o no incluir el conductor de derivación 40. Si la barra de bus 15 y las almohadillas de contacto 15 están ausentes, el conductor de derivación 40 puede estar dispuesto para derivar roturas que se forman entre el conductor de derivación y la porción del patrón de metalización de superficie frontal que está unida de manera conductora a la célula solar de solapamiento.
Los patrones de metalización de superficie frontal, que incluyen la barra de bus o las almohadillas de contacto 15 discretas, los dedos 20, el conductor de derivación 40 (si está presente), y el conductor 42 de extremo (si está presente) pueden estar formados, por ejemplo, de pasta de plata usada convencionalmente para tales fines y depositada, por ejemplo, por métodos de impresión de pantalla convencionales. Como alternativa, los patrones de metalización de superficie frontal pueden estar formados de cobre galvanizado. Puede usarse también cualesquiera otros materiales y procesos adecuados. En variaciones en las que el patrón de metalización de superficie frontal está formado de plata, el uso de almohadillas de contacto 15 de superficie frontal discreta en lugar de una barra de bus 15 continua a lo largo del borde de la célula reduce la cantidad de plata en la célula solar, que puede reducir el coste ventajosamente. En variaciones en las que el patrón de metalización de superficie frontal está formado de cobre o de otro conductor menos costoso que la plata, puede emplearse un bus 15 continuo sin una desventaja de coste.
Las Figuras 2D-2G, 3C, y 3E muestran patrones de metalización de superficie trasera de ejemplo para una célula solar. En estos ejemplos los patrones de metalización de superficie trasera incluyen almohadillas de contacto 25 de superficie trasera discreta dispuestas a lo largo de uno de los bordes largos de la superficie trasera de la célula solar y un contacto 30 de metal que cubre sustancialmente toda la superficie trasera restante de la célula solar. En una súper célula apilada, las almohadillas de contacto 25 se unen por ejemplo a una barra de bus o a almohadillas de contacto discretas dispuestas a lo largo del borde de la superficie superior de una célula solar solapante adyacente para conectar eléctricamente las dos células solares en serie. Por ejemplo, cada almohadilla de contacto de superficie trasera discreta 25 puede estar alineada con y unida a una correspondiente almohadilla de contacto de superficie frontal discreta 15 en la superficie frontal de la célula solar de solapamiento uniendo material eléctricamente conductor aplicado a únicamente a las almohadillas de contacto discretas. Las almohadillas de contacto 25 discretas pueden ser cuadradas (Figura 2D) o tener una forma rectangular alargada paralela al borde de la célula solar (Figuras 2E-2G, 3C, 3E), por ejemplo. Las almohadillas de contacto 25 pueden tener anchuras perpendiculares al lado largo de la célula solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 5 mm, por ejemplo, y longitudes paralelas al lado largo de la célula solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm por ejemplo. El espaciado entre almohadillas de contacto 25 medido paralelo al lado largo de la célula solar puede ser de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 30 mm, por ejemplo.
El contacto 30 puede estar formado, por ejemplo, de aluminio y/o cobre galvanizado. La formación de un contacto 30 trasero aluminio típicamente proporciona un campo de superficie trasera que reduce la recombinación de superficie trasera en la célula solar y de esta manera mejora la eficiencia de la célula solar. Si el contacto 30 está formado de cobre en lugar de aluminio, el contacto 30 puede usarse en combinación con otro esquema de pasivación (por ejemplo, óxido de aluminio) para reducir de manera similar la recombinación de superficie trasera. Las almohadillas de contacto 25 discretas pueden estar formadas, por ejemplo, de pasta de plata. El uso de almohadillas de contacto 25 de plata discretas en lugar de una almohadilla de contacto de plata continua a lo largo del borde de la célula reduce la cantidad de plata en el patrón de metalización de superficie trasera, que puede reducir ventajosamente coste.
Además, si las células solares se basan en un campo de superficie trasera proporcionado por la formación de un contacto de aluminio para reducir la recombinación de superficie trasera, el uso de contactos de plata discretos en
lugar de un contacto de plata continuo puede mejorar la eficiencia de célula solar. Esto es debido a que los contactos de superficie trasera de plata no proporcionan un campo de superficie trasera y por lo tanto tienden a promover recombinación de vehículo y producen volúmenes muertos (inactivos) en las células solares por encima de los contactos de plata. En cadenas de células solares de cinta-en pestañas de manera convencional estos volúmenes muertos típicamente se sombrean por cintas y/o barras de bus en la superficie frontal de la célula solar, y por lo tanto no dan como resultado pérdida de eficiencia adicional alguna. En las células solares y súper células desveladas en el presente documento, sin embargo, el volumen de la célula solar por encima de las almohadillas de contacto 25 de plata de superficie trasera superior típicamente no está sombreado por ninguna metalización de superficie frontal, y cualesquiera volúmenes muertos que resultan del uso de metalización de superficie trasera de plata reducen la eficiencia de la célula. El uso de almohadillas de contacto 25 de plata discretas en lugar de una almohadilla de contacto de plata continua a lo largo del borde de la superficie trasera de la célula solar por lo tanto reduce el volumen de cualesquiera correspondientes zonas muertas y aumenta la eficiencia de la célula solar.
En variaciones que no están basadas en un campo de superficie trasera para reducir la recombinación de superficie trasera, el patrón de metalización de superficie trasera puede emplear una barra de bus 25 continua que extiende la longitud de la célula solar en lugar de las almohadillas de contacto 25 discretas, como se muestra por ejemplo en Ja Figura 2Q. Una barra de bus 25 de este tipo puede estar formada por ejemplo, de estaño o plata.
Otras variaciones de los patrones de metalización de superficie trasera pueden emplear almohadillas de contacto 25 de estaño discretas. Las variaciones de los patrones de metalización de superficie trasera pueden emplear contactos de dedo similares a aquellos mostrados en los patrones de metalización de superficie frontal de las Figuras 2A-2C y pueden carecer de almohadillas de contacto y una barra de bus.
Aunque las células solares de ejemplo particulares mostradas en las figuras se describen como teniendo combinaciones particulares de patrón de metalización de superficie frontal y trasera, más en general puede usarse cualquier combinación adecuada de patrones de metalización de superficie frontal y trasera. Por ejemplo, una combinación adecuada puede emplear un patrón de metalización de superficie frontal de plata que comprende almohadillas de contacto 15 discretas, dedos 20, y un conductor de derivación 40 opcional, y un patrón de metalización de superficie trasera que comprende un contacto 30 de aluminio y almohadillas de contacto 25 de plata discretas. Otra combinación adecuada puede emplear un patrón de metalización de superficie frontal de cobre que comprende una barra de bus 15 continua, dedos 20, y un conductor de derivación 40 opcional, y un patrón de metalización de superficie trasera que comprende una barra de bus 25 continua y un contacto 30 de cobre.
En el proceso de fabricación de la súper célula (descrito en más detalle a continuación) el material de unión eléctricamente conductor usado para unir células solares solapantes adyacentes en una súper célula puede dispensarse únicamente en almohadillas de contacto (discretas o continuas) en el borde de la superficie frontal o trasera de la célula solar, y no en las porciones circundantes de la célula solar. Esto reduce el uso de material y, como se ha descrito anteriormente, puede reducir o adaptar la tensión que surge de desajuste de CTE entre el material de unión eléctricamente conductor y la célula solar. Sin embargo, durante o después de la deposición y antes del curado, las porciones del material de unión eléctricamente conductor pueden tender a extenderse más allá de las almohadillas de contacto y en porciones circundantes de la célula solar. Por ejemplo, una porción de resina de unión del material de unión eléctricamente conductor puede extraerse de una almohadilla de contacto en porciones adyacentes con textura o porosas de la superficie de célula solar por fuerzas capilares. Además, durante el proceso de deposición algo del material de unión conductor puede perder la almohadilla de contacto y en su lugar depositarse en porciones adyacentes de la superficie de la célula solar, y posiblemente extenderse desde allí. Este ensanchamiento y/o deposición imprecisa del material de unión conductor puede debilitar la unión entre las células solares solapantes y puede dañar las porciones de la célula solar en las que se ha extendido el material de unión conductor o se ha depositado de manera errónea. Tal extensión del material de unión eléctricamente conductor puede reducirse o evitarse, por ejemplo, con un patrón de metalización que forma una presa o barrera cerca o alrededor de cada almohadilla de contacto para mantener el material de unión eléctricamente conductor sustancialmente en su lugar.
Como se muestra en las Figuras 2H-2K, por ejemplo, el patrón de metalización de superficie frontal puede comprender almohadillas de contacto 15 discretas, dedos 2o, y barreras 17, rodeando cada barrera 17 una correspondiente almohadilla 15 de contacto y que actúa como una presa para formar un foso entre la almohadilla de contacto y la barrera. Las porciones 19 de material 18 de unión adhesivo conductor no curado que fluyen fuera de las almohadillas de contacto, o que pierden las almohadillas de contacto cuando están dispuestas en la célula solar, pueden estar confinadas por las barreras 17 en los fosos. Esto evita que el material de unión adhesivo conductor se extienda adicionalmente desde las almohadillas de contacto en porciones circundantes de la célula. Las barreras 17 pueden estar formadas del mismo material que los dedos 20 y almohadillas de contacto 15 (por ejemplo, plata), por ejemplo, pueden tener alturas de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 40 micrómetros, por ejemplo, y pueden tener anchuras de aproximadamente 30 micrómetros a aproximadamente 100 micrómetros, por ejemplo. El foso formado entre una barrera 17 y una almohadilla 15 de contacto puede tener una anchura de aproximadamente 100 micrómetros a aproximadamente 2 mm, por ejemplo. Aunque los ejemplos ilustrados comprenden únicamente una única barrera 17 alrededor de cada almohadilla 15 de contacto frontal, en otras variaciones dos o más de tales barreras pueden estar situadas concéntricamente, por ejemplo, alrededor de cada
almohadilla de contacto. Una almohadilla de contacto de superficie frontal y su una o más barreras circundantes pueden formar una forma similar a un objetivo de "diana", por ejemplo. Como se muestra en la figura 2H, por ejemplo, las barreras 17 pueden interconectar con los dedos 20 y con los conductores delgados que interconectan las almohadillas de contacto 15.
De manera similar, como se muestra en las Figuras 2F-2N, por ejemplo, el patrón de metalización de superficie trasera puede comprender (por ejemplo, plata) almohadillas de contacto 25 traseras discretas, (por ejemplo, aluminio) cubriendo el contacto 30 sustancialmente toda la superficie trasera restante de la célula solar, y (por ejemplo, plata) barreras 27, rodeando cada barrera 27 una correspondiente almohadilla de contacto 25 trasera y que actúa como una presa para formar un foso entre la almohadilla de contacto y la barrera. Una porción de contacto 30 puede rellenar el foso, como se ilustra. Las porciones de material de unión adhesivo conductor no curado que fluyen fuera de almohadillas de contacto 25, o que pierden las almohadillas de contacto cuando están dispuestas en la célula solar, pueden confinarse por las barreras 27 en los fosos. Esto evita que el material de unión adhesivo conductor se extienda adicionalmente desde las almohadillas de contacto en porciones circundantes de la célula. Las barreras 27 pueden tener alturas de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 40 micrómetros, por ejemplo, y pueden tener anchuras de aproximadamente 50 micrómetros a aproximadamente 500 micrómetros, por ejemplo. El foso formado entre una barrera 27 y una almohadilla de contacto 25 puede tener una anchura de aproximadamente 100 micrómetros a aproximadamente 2 mm, por ejemplo. Aunque los ejemplos ilustrados comprenden únicamente una única barrera 27 alrededor de cada almohadilla de contacto 25 de superficie trasera, en otras variaciones dos o más de tales barreras pueden situarse concéntricamente, por ejemplo, alrededor de cada almohadilla de contacto. Una almohadilla de contacto de superficie trasera y su una o más barreras circundantes pueden formar una forma similar a un objetivo de "diana", por ejemplo.
Una barra de bus continua o almohadilla de contacto que recorre sustancialmente la longitud del borde de una célula solar puede también estar rodeada por una barrera que evita la extensión del material de unión adhesivo conductor. Por ejemplo, la Figura 2Q muestra una barrera 27 de este tipo que rodea una barra de bus 25 de superficie trasera. Una barra de bus de la superficie frontal (por ejemplo, la barra de bus 15 en la Figura 2A) puede estar rodeada de manera similar por una barrera. De manera similar, una fila de las almohadillas de contacto de superficie frontal o trasera puede estar rodeada como un grupo por una barrera de este tipo, en lugar de estar rodeada individualmente por barreras separadas.
En lugar de rodear una barra de bus o una o más almohadillas de contacto como se acaba de describir, una característica del patrón de metalización de superficie frontal o trasera puede formar una barrera que recorre sustancialmente la longitud de la célula solar paralela al borde solapado de la célula solar, con la barra de bus o almohadillas de contacto situadas entre la barrera y el borde de la célula solar. Una barrera de este tipo puede cumplir una doble función como un conductor de derivación (anteriormente descrito). Por ejemplo, en la Figura 2R el conductor de derivación 40 proporciona una barrera que tiende a evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado en almohadillas de contacto 15 se extienda en el área activa de la superficie frontal de la célula solar. Puede usarse una disposición similar para patrones de metalización de superficie trasera.
Las barreras para la extensión del material de unión adhesivo conductor pueden espaciarse alejadas de las almohadillas de contacto o barras de bus para formar un foso como se acaba de describir, aunque esto no se requiere. Tales barreras pueden sobresalir en su lugar de una almohadilla de contacto o la barra de bus, como se muestra en las Figuras 2O o 2P, por ejemplo. En tales variaciones la barrera se prefiere que sea más alta que la almohadilla de contacto o la barra de bus, para retener el material de unión adhesivo conductor no curado en la almohadilla de contacto o la barra de bus. Aunque las Figuras 2O y 2P muestran porciones de un patrón de metalización de superficie frontal, pueden usarse disposiciones similares para patrones de metalización de superficie trasera.
Las barreras para la extensión del material de unión adhesivo conductor y/o los fosos entre tales barreras y almohadillas de contacto o barras de bus, y cualquier material de unión adhesivo conductor que tenga que extenderse en tales fosos, pueden radicar opcionalmente dentro de la región de la superficie de célula solar solapada por la célula solar adyacente en la súper célula, y por lo tanto ocultarse de la vista y protegerse de la exposición a la radiación solar.
Como alternativa o además al uso de barreras como se acaba de describir, el material de unión eléctricamente conductor puede depositarse usando una máscara o por cualquier otro método adecuado (por ejemplo, impresión de pantalla) que permite la deposición precisa y que requiere de esta manera cantidades reducidas de material de unión eléctricamente conductor que es menos probable que se extiendan más allá de las almohadillas de contacto o pierdan las almohadillas de contacto durante la deposición.
Más en general, las células solares 10 pueden emplear cualesquiera patrones de metalización de superficie delantera y trasera.
La Figura 4A muestra una porción de la superficie frontal de una súper célula 100 rectangular de ejemplo que comprende células solares 10 como se muestra en la Figura 2A dispuestas en una manera apilada como se muestra
en la Figura 1. Como resultado de la geometría de apilamiento, no hay hueco físico entre pares de células solares 10. Además, aunque la barra de bus 15 de la célula solar 10 en un extremo de la súper célula 100 es visible, las barras de bus (o almohadillas de contacto de superficie delantera) de las otras células solares se ocultan debajo de porciones solapantes de células solares adyacentes. Como consecuencia, la súper célula 100 usa eficazmente el área que ocupa en un módulo solar. En particular, una porción más grande del área está disponible para producir electricidad que es el caso para disposiciones de célula solar convencionalmente en pestañas y disposiciones de célula solar que incluyen numerosas barras de bus visibles en la superficie iluminada de las células solares. Las Figuras 4B-4C muestran vistas frontales y traseras, respectivamente, de otra súper célula 100 de ejemplo que comprende principalmente células solares de silicio rectangulares de cheurón biseladas pero de otra manera similares a las de la Figura 4A.
En el ejemplo ilustrado en la Figura 4A, los conductores 40 de derivación se ocultan por porciones solapantes de células adyacentes. Como alternativa, las células solares que comprenden conductores 40 de derivación pueden solaparse de manera similar como se muestra en la Figura 4A sin cubrir los conductores de derivación.
La barra de bus 15 de la superficie frontal expuesta en un extremo de la súper célula 100 y la metalización de la superficie trasera de la célula solar en el otro extremo de la súper célula 100 proporcionan contactos de extremo negativos y positivos (terminales) para la súper célula que pueden usarse para conectar eléctricamente la súper célula 100 a otras súper células y/o a otros componentes eléctricos según se desee.
Las células solares adyacentes en súper célula 100 pueden solapar por cualquier cantidad deseada, por ejemplo en aproximadamente 1 milímetro (mm) a aproximadamente 5 mm.
Como se muestra en las Figuras 5A-5G, por ejemplo, las súper células apiladas como se acaba de describir pueden rellenar eficazmente el área de un módulo solar. Tales módulos solares pueden ser cuadrados o rectangulares, por ejemplo. Los módulos solares rectangulares como se ilustra en las Figuras 5A-5G pueden tener lados cortos que tienen una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1 metro y lados largos que tienen una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,0 metros. Pueden usarse también cualesquiera otras formas y dimensiones adecuadas para los módulos solares. Puede usarse cualquier disposición adecuada de súper células en un módulo solar.
En un módulo solar cuadrado o rectangular, las súper células están típicamente dispuestas en filas paralelas a los lados cortos o largos del módulo solar. Cada fila puede incluir una, dos o más súper células dispuestas de extremo a extremo. Una súper célula 100 que forma parte de un módulo solar de este tipo puede indicar cualquier número adecuado de células solares 10 y ser de cualquier longitud adecuada. En algunas variaciones, cada una de las súper células 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular del cual es una parte. En otras variaciones, cada una de las súper células 100 tiene una longitud aproximadamente igual a una mitad de la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular del cual es una parte. En otras variaciones, cada una de las súper células 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular de los cual es una parte. En otras variaciones, cada una de las súper células 100 tiene una longitud aproximadamente igual una mitad de la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular del cual es una parte. El número de células solares requerido para hacer súper células de estas longitudes depende del curso de las dimensiones del módulo solar, las dimensiones de las células solares, y la cantidad por la que las células solares adyacentes solapan. Puede usarse también cualesquiera otras longitudes adecuadas para las súper células.
En variaciones en las que una súper célula 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular, la súper célula puede incluir, por ejemplo, 56 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 milímetros (mm) por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 3 mm. Ocho de tales células solares rectangulares pueden estar separadas de una oblea de 156 mm cuadrada o pseudo cuadrada convencional. Como alternativa una súper célula de este tipo puede incluir, por ejemplo, 38 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 2 mm. Seis de tales células solares rectangulares pueden estar separadas de una oblea de 156 mm cuadrada o pseudo cuadrada convencional. En variaciones en las que una súper célula 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular, la súper célula puede incluir, por ejemplo, 28 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 milímetros (mm) por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 3 mm. Como alternativa, una súper célula de este tipo puede incluir, por ejemplo, 19 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 2 mm.
En variaciones en las que una súper célula 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular, la súper célula puede incluir, por ejemplo, 72 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 2 mm. En variaciones en las que una súper célula 100 tiene una longitud
aproximadamente igual una mitad de la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular, la súper célula puede incluir, por ejemplo, 36 células solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con células solares adyacentes solapadas por aproximadamente 2 mm.
La Figura 5A muestra un módulo solar 200 rectangular de ejemplo que comprende veinte súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas de extremo a extremo en pares para formar diez filas de súper células, con las filas y los lados largos de las súper células orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar. En otras variaciones, cada fila de súper células puede incluir tres o más súper células. También, un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de súper células que las mostradas en este ejemplo. (La Figura 14A por ejemplo muestra un módulo solar que comprende veinticuatro súper células rectangulares dispuestas en doce filas de dos súper células cada una).
El hueco 210 mostrado en la Figura 5A facilita hacer contacto eléctrico a los contactos de extremo de superficie frontal (por ejemplo, barras de bus expuestas o contactos 15 discretos) de súper células 100 a lo largo de la línea central del módulo solar, en variaciones en las que las súper células en cada fila están dispuestas de modo que al menos una de ellas tiene un contacto de extremo de superficie frontal en el extremo de la súper célula adyacente a la otra súper célula en la fila. Por ejemplo, las dos súper células en una fila pueden estar dispuestas con una súper célula que tiene su contacto de terminal de superficie frontal a lo largo de la línea central del módulo solar y la otra súper célula que tiene su contacto de terminal de superficie trasera a lo largo de la línea central del módulo solar. En una disposición de este tipo las dos súper células en una fila pueden estar eléctricamente conectadas en serie por una interconexión dispuesta a lo largo de la línea central del módulo solar y unidas al contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula y al contacto de terminal de superficie trasera de la otra súper célula. (Véase por ejemplo la Figura 8C analizada a continuación). En variaciones en las que cada fila de súper células incluye tres o más súper células, pueden estar presentes huecos adicionales entre súper células y pueden facilitar de manera similar hacer el contacto eléctrico a contactos de extremo de superficie frontal que están localizados lejos de los lados del módulo solar.
La Figura 5B muestra un módulo solar 300 rectangular de ejemplo que comprende diez súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas como diez filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. Un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de tales súper células de longitud lateral a las mostradas en este ejemplo.
La Figura 5B también muestra lo que parece el módulo solar 200 de la Figura 5A como cuando no hay huecos entre súper células adyacentes en las filas de súper células en el módulo solar 200. El hueco 210 de la Figura 5A puede eliminarse, por ejemplo, disponiendo las súper células de modo que ambas súper células en cada fila tienen sus contactos de extremo de superficie traseros a lo largo de la línea central del módulo. En este caso las súper células pueden estar dispuestas casi sobresaliendo entre sí con poco o ningún hueco adicional entre ellas puesto que no se requiere acceso a la superficie frontal de la súper célula a lo largo del centro del módulo. Como alternativa, dos súper células 100 en una fila pueden estar dispuestas teniendo una su contacto de extremo de superficie frontal a lo largo de un lado del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera a lo largo de la línea central del módulo, teniendo el otro su contacto de extremo de superficie frontal a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera a lo largo del lado opuesto del módulo, y los extremos adyacentes de las súper células solapantes. Una interconexión flexible puede estar rodeada entre los extremos solapantes de las súper células, sin sombrear cualquier porción de la superficie frontal del módulo solar, para proporcionar una conexión eléctrica al contacto de extremo de superficie frontal de una de las súper células y el contacto de extremo de superficie trasera de la otra súper célula. Por filas que contienen tres o más súper células pueden usarse estos dos enfoques en combinación.
Las súper células y las filas de súper células mostradas en la Figuras 5A-5B pueden interconectarse por cualquier combinación adecuada de conexiones eléctricas en serie y paralelas, por ejemplo como se describe adicionalmente a continuación con respecto a las Figuras 10A-15. Las interconexiones entre súper células pueden realizarse, por ejemplo, usando interconexiones flexibles de manera similar como se describe a continuación con respecto a las Figuras 5C-5G y las posteriores figuras. Como se demuestra por muchos de los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, las súper células en los módulos solares descritos en el presente documento pueden interconectarse por una combinación de conexiones serie y paralelas para proporcionar una tensión de salida para que el módulo sea sustancialmente el mismo que el de un módulo solar convencional. En tales casos la corriente de salida del módulo solar puede también ser sustancialmente la misma que la de para un módulo solar convencional. Como alternativa, como se describe adicionalmente a continuación las súper células en un módulo solar pueden estar interconectadas para proporcionar una tensión de salida significativamente superior del módulo solar que la proporcionada por módulos solares convencionales.
La Figura 5C muestra un módulo solar 350 rectangular de ejemplo que comprende seis súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos
a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de tales súper células de longitud lateral a las mostradas en este ejemplo. Cada súper célula en este ejemplo (y en varios de los siguientes ejemplos) comprende 72 células solares rectangulares teniendo cada una una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudo cuadrada de 156 mm. Puede usarse también cualquier otro número adecuado de células solares rectangulares de cualesquiera otras dimensiones adecuadas. En este ejemplo los contactos de terminal de superficie frontal de las súper células están eléctricamente conectados entre sí con interconexiones 400 flexibles situadas adyacentes a y que recorren paralelas al borde de un lado corto del módulo. Los contactos de terminal de superficie trasera de las súper células están conectados de manera similar entre sí por interconexiones flexibles situadas adyacentes y que marchan paralelas al borde del otro lado corto, detrás del módulo solar. Las interconexiones de superficie trasera se ocultan de la vista en la Figura 5C. Esta disposición conecta eléctricamente las seis súper células de longitud de módulo en paralelo. Los detalles de las interconexiones flexibles y su disposición en esta y otras configuraciones de módulo solar se analizan en más detalle a continuación con respecto a las Figuras 6-8G.
La Figura 5D muestra un módulo solar 360 rectangular de ejemplo que comprende doce súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a una mitad de la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar seis filas de súper células, con las filas y los lados largos de las súper células orientados paralelos a los lados largos del módulo solar. En otras variaciones, cada fila de súper células puede incluir tres o más súper células. También, un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de súper células que las mostradas en este ejemplo. Cada súper célula en este ejemplo (y en varios de los siguientes ejemplos) comprende 36 células solares rectangulares teniendo cada una una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudo cuadrada de 156 mm. Puede usarse también cualquier otro número adecuado de células solares rectangulares de cualesquiera otras dimensiones adecuadas. El hueco 410 facilita hacer contacto eléctrico a contactos de extremo de superficie frontal de súper células 100 a lo largo de la línea central del módulo solar. En este ejemplo, las interconexiones 400 flexibles situadas adyacentes a y que recorren paralelas al borde de un lado corto del módulo interconectan eléctricamente los contactos de terminal de superficie frontal de seis de las súper células. De manera similar, las interconexiones flexibles situadas adyacentes a y que marchan paralelas al borde del otro lado corto del módulo detrás del módulo conectan eléctricamente los contactos de terminal de superficie trasera de las otras seis súper células. Las interconexiones flexibles (no mostradas en esta figura) situadas a lo largo del hueco 410 interconectan cada par de súper células en una fila en serie y, opcionalmente, se extienden lateralmente para interconectar filas en paralelo adyacentes. Esta disposición conecta eléctricamente las seis filas de súper células en paralelo. Opcionalmente, en un primer grupo de súper células la primera súper célula en cada fila está eléctricamente conectada en paralelo con la primera súper célula en cada una de las otras filas, en un segundo grupo de súper células la segunda súper célula está eléctricamente conectada en paralelo con la segunda súper célula en cada una de las otras filas, y los dos grupos de súper células están eléctricamente conectadas en serie. La disposición posterior permite que cada uno de los dos grupos de súper células se ponga individualmente en paralelo con un diodo de derivación.
El detalle A en la Figura 5D identifica la localización de una vista en sección transversal mostrada en la Figura 8A de la interconexión de los contactos de terminal de superficie trasera de súper células a lo largo del borde de un lado corto del módulo. El detalle B identifica de manera similar la localización de una vista en sección transversal mostrada en la Figura 8B de la interconexión de los contactos de terminal de superficie frontal de súper células a lo largo del otro lado corto del módulo. El detalle C identifica la localización de una vista en sección transversal mostrada en la Figura 8C de la interconexión en serie de las súper células en una fila a lo largo del hueco 410.
La Figura 5E muestra un módulo solar 370 rectangular de ejemplo configurado de manera similar al de la Figura 5C, excepto que en este ejemplo todas las células solares a partir de las cuales están formadas las súper células son células solares de cheurón que tienen esquinas biseladas que corresponden a esquinas de obleas pseudocuadradas a partir de las cuales se separaron las células solares.
La Figura 5F muestra otro módulo solar 380 rectangular de ejemplo configurado de manera similar al de la Figura 5C, excepto que en este ejemplo las células solares a partir de las cuales están formadas las súper células comprenden una mezcla de células solares de cheurón y rectangulares dispuestas para reproducir las formas de las pseudo obleas cuadradas a partir de las que se separaron. En el ejemplo de la Figura 5F, las células solares de cheurón pueden ser más amplias perpendiculares a sus ejes largos que los son las células solares rectangulares para compensar las esquinas faltantes en las células de cheurón, de modo que las células solares de cheurón y las células solares rectangulares tienen el mismo área activa expuesta a radiación solar durante la operación del módulo y por lo tanto corriente adaptada.
La Figura 5G muestra otro módulo solar rectangular de ejemplo configurado de manera similar al de la Figura 5E (es decir, que incluye únicamente células solares de cheurón) excepto que en el módulo solar de la Figura 5G las células solares de cheurón adyacentes en una súper célula están dispuestas como imágenes espejo entre sí de modo que sus bordes solapantes son de la misma longitud. Esto maximiza la longitud de cada junta solapante, y de esta manera facilita el flujo de calor a través de la súper célula.
Otras configuraciones de módulos solares rectangulares pueden incluir una o más filas de súper células formadas únicamente de células solares rectangulares (no biseladas), y una o más filas de súper células formadas únicamente de células solares biseladas. Por ejemplo, un módulo solar rectangular puede estar configurado de manera similar al de la Figura 5C, excepto que tiene las dos filas exteriores de las súper células cada una sustituida por una fila de súper células formada únicamente de células solares biseladas. Las células solares biseladas en estas filas pueden estar dispuesta en pares de imágenes espejo como se muestra en la Figura 5G, por ejemplo.
En los módulos solares de ejemplo mostrados en las Figuras 5C-5G, la corriente eléctrica a lo largo de cada fila de súper células es aproximadamente 1/6 de la de en un módulo solar convencional del mismo área puesto que las células solares rectangulares a partir de las cuales están formadas las súper células tienen un área activa de aproximadamente 1/6 de la de una célula solar con tamaño de manera convencional. Puesto que en estos ejemplos las seis filas de súper células están eléctricamente conectadas en paralelo, sin embargo, los módulos solares de ejemplo pueden generar una corriente eléctrica total igual a la generada por un módulo solar convencional de la misma área. Esto facilita la subestación de los módulos solares de ejemplo de las Figuras 5C-5G (y otros ejemplos descritos a continuación) para módulos solares convencionales.
La Figura 6 muestra en más detalle que las Figuras 5C-5G una disposición de ejemplo de tres filas de súper células interconectadas con interconexiones eléctricas flexibles para poner las súper células dentro de cada fila en serie entre sí, y para poner las filas en paralelo entre sí. Estas pueden ser tres filas en el módulo solar de la Figura 5D, por ejemplo. En el ejemplo de la Figura 6, cada súper célula 100 tiene una interconexión 400 flexible unida de manera conductora a su contacto de terminal de superficie frontal, y otra interconexión flexible unida de manera conductora a su contacto de terminal de superficie trasera. Las dos súper células en cada fila están eléctricamente conectadas en serie por una interconexión flexible compartida unida de manera conductora al contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula y al contacto de terminal de superficie trasera de la otra súper célula. Cada interconexión flexible está situada adyacente a y recorre paralela a un extremo de una súper célula a la que está unida, y puede extenderse lateralmente más allá de la súper célula para estar unida de manera conductora a una interconexión flexible en una súper célula en una fila adyacente, conectando eléctricamente las filas adyacentes en paralelo. Las líneas de puntos en la Figura 6 representan porciones de las interconexiones flexibles que están ocultas de la vista superponiendo porciones de las súper células, o porciones de las súper células que están ocultas de la vista superponiendo porciones de las interconexiones flexibles.
Las interconexiones 400 flexibles pueden unirse de manera conductora a las súper células con, por ejemplo, un material de unión que cumpla mecánicamente eléctricamente conductor como se ha descrito anteriormente para su uso al unir células solares solapadas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede estar localizado únicamente en posiciones discretas a lo largo de los bordes de la súper célula en lugar de en una línea continua que extiende sustancialmente la longitud del borde de la súper célula, para reducir o adaptar la tensión paralela a los bordes de la súper célula que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o las interconexiones y de el de la súper célula.
Las interconexiones 400 flexibles pueden estar formadas de o comprender láminas de cobre delgadas, por ejemplo. Las interconexiones 400 flexibles pueden estar opcionalmente generadas en patrones o configuradas de otra manera para aumentar su conformidad mecánica (flexibilidad) tanto perpendiculares a como paralelas a los bordes de las súper células para reducir o adaptar la tensión perpendicular y paralela a los bordes de las súper células que surgen del desajuste entre el CTE de la interconexión y el de las súper células. Tal generación de patrones puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras u orificios.
Las porciones conductoras de las interconexiones 400 pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micrómetros, menos de aproximadamente 50 micrómetros, menos de aproximadamente 30 micrómetros, o menos de aproximadamente 25 micrómetros para aumentar la flexibilidad de las interconexiones. La conformidad mecánica de la interconexión flexible, y sus uniones a las súper células, debería ser suficiente para que las súper células interconectadas sobrevivan a la tensión que surge del desajuste de CTE durante el proceso de laminación descrito en más detalle a continuación con respecto a métodos de fabricación de módulos de célula solar biselados, y para sobrevivir a la tensión que surge del desajuste de CTE durante la prueba de ciclos de temperatura entre aproximadamente -40 °C y aproximadamente 85 °C.
Preferentemente, las interconexiones 400 flexibles muestran una resistencia al flujo de corriente paralelo a los extremos de las súper células a las que están unidos de menor o igual que aproximadamente 0,015 Ohmios, menor o igual que aproximadamente 0,012 Ohmios, o menor o igual que aproximadamente 0,01 Ohmios.
La Figura 7A muestra varias configuraciones de ejemplo, designadas por los números de referencia 400A-400T, que pueden ser adecuadas para la interconexión 400 flexible.
Como se muestra en las vistas en sección transversal de las Figuras 8A-8C, por ejemplo, los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva típicamente comprenden una estructura de laminado con súper células y uno o más materiales encapsulantes 4101materiales encapsulantes materiales encapsulantes 4101 rodeados entre una lámina 420 frontal transparente y una lámina 430 trasera. La lámina frontal transparente puede ser vidrio, por ejemplo. Opcionalmente, la lámina trasera puede ser también transparente, que puede permitir la operación bifacial
del módulo solar. La lámina trasera puede ser una lámina polimérica, por ejemplo. Como alternativa, el módulo solar puede ser un módulo de vidrio-vidrio tanto con el vidrio de las láminas frontal y trasera.
La vista en sección transversal de la Figura 8A (el detalle A de la Figura 5D) muestra un ejemplo de una interconexión 400 flexible unida de manera conductora a un contacto de terminal de superficie trasera de una súper célula cerca del borde del módulo solar y que se extiende hacia dentro debajo de la súper célula, oculta de la vista de la parte frontal del módulo solar. Una tira adicional de encapsulante puede estar dispuesta entre la interconexión 400 y la superficie trasera de la súper célula, como se ilustra.
La vista en sección transversal de la Figura 8B (detalle B de la Figura 5B) muestra un ejemplo de una interconexión 400 flexible unida de manera conductora a un contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula.
La vista en sección transversal de la Figura 8C (detalle C de la Figura 5B) muestra un ejemplo de una interconexión 400 flexible compartida unida de manera conductora al contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula y al contacto de terminal de superficie trasera de la otra súper célula para conectar eléctricamente las dos súper células en serie.
Las interconexiones flexibles eléctricamente conectadas al contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula pueden estar configuradas o dispuestas para ocupar únicamente una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo solar, que puede estar localizado, por ejemplo, adyacente a un borde del módulo solar. La región de la superficie frontal del módulo ocupada por tales interconexiones puede tener una anchura estrecha perpendicular al borde de la súper célula de, por ejemplo, < aproximadamente 10 mm, < aproximadamente 5 mm, o < aproximadamente 3 mm. En la disposición mostrada en la Figura 8B, por ejemplo, la interconexión 400 flexible puede estar configurada para extenderse más allá del extremo de la súper célula en no más de una distancia de este tipo. Las Figuras 8D-8G muestran ejemplos adicionales de disposiciones mediante las cuales una interconexión flexible eléctricamente conectada a un contacto de terminal de superficie frontal de una súper célula puede ocupar únicamente una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo. Tales disposiciones facilitan el uso eficaz del área de la superficie frontal del módulo para producir electricidad.
La Figura 8D muestra una interconexión 400 flexible que está unida de manera conductora a un contacto de superficie frontal de terminal de una súper célula y plegada alrededor del borde de la súper célula a la parte trasera de la súper célula. Una película de aislamiento 435, que pueden estar pre-revestida en la interconexión 400 flexible, puede estar dispuesta entre la interconexión 400 flexible y la superficie trasera de la súper célula.
La Figura 8E muestra una interconexión 400 flexible que comprende una cinta estrecha 440 que está unida de manera conductora a un contacto de superficie frontal de terminal de una súper célula y también a una cinta amplia 445 delgada que se extiende detrás de la superficie trasera de la súper célula. Una película de aislamiento 435, que puede estar pre-revestida en la cinta 445, puede estar dispuesta entre la cinta 445 y la superficie trasera de la súper célula.
La Figura 8F muestra una interconexión 400 flexible unida a un contacto de superficie frontal de terminal de una súper célula y enrollada y presionada en una bobina aplanada que ocupa únicamente una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo solar.
La Figura 8G muestra una interconexión 400 flexible que comprende una sección de cinta delgada que está unida de manera conductora a un contacto de superficie frontal de terminal de una súper célula y una porción en sección transversal gruesa localizada adyacente a la súper célula.
En las Figuras 8A-8G, las interconexiones 400 flexibles pueden extenderse a lo largo de las longitudes completas de los bordes de las súper células (por ejemplo, en la página de dibujos) como se muestra en la Figura 6 por ejemplo. Opcionalmente, las porciones de una interconexión 400 flexible que son de otra manera visibles desde la parte frontal del módulo puede cubrirse por una película oscura o revestimiento o coloreado de otra manera para reducir el contraste visible entre la interconexión y la súper célula, como se percibe por un ser humano que tiene una visión a color normal. Por ejemplo, en la Figura 8C la película o revestimiento 425 negro opcional cubre las porciones de la interconexión 400 que serían de otra manera visibles a partir de la parte frontal del módulo. Las porciones visibles de otra manera de la interconexión 400 mostradas en las otras figuras pueden cubrirse o colorearse de manera similar. Los módulos solares convencionales típicamente incluyen tres o más diodos de derivación, con cada diodo de derivación conectado en paralelo con un grupo conectado en serie de 18-24 células solares de silicio. Esto se hace para limitar la cantidad de potencia que puede disiparse como calor en una célula solar derivada inversa. Una célula solar puede volverse derivada a la inversa, por ejemplo, debido a un defecto, una superficie frontal sucia o iluminación no equitativa que reduce su capacidad para pasar corriente generada en la cadena. El calor generado en una célula solar en la derivación inversa depende de la tensión a través de la célula solar y la corriente a través de la célula solar. Si la tensión a través de la célula solar derivada inversa supera la tensión de ruptura de la célula solar, el calor disipado en la célula será igual a la tensión de ruptura por la corriente completa generada en la cadena. Las
células solares de silicio típicamente tienen una tensión de ruptura de 16-30 voltios. Puesto que cada célula solar de silicio produce una tensión de aproximadamente 0,64 voltios en la operación, una cadena de más de 24 células solares podría producir una tensión aproximadamente a una célula solar derivada inversa que supera la tensión de ruptura.
En módulos solares convencionales en los que las células solares están espaciadas alejadas entre sí e interconectadas con cintas, el calor no se transporta fácilmente lejos de una célula solar caliente. En consecuencia, la potencia disipada en una célula solar a la tensión de ruptura podría producir un punto caliente en la célula solar que provoca daño térmico significativo y tal vez un incendio. En módulos solares convencionales se requiere por lo tanto un diodo de derivación para cada grupo de 18-24 células solares conectadas en serie para asegurar que ninguna célula solar en la cadena pueda invertirse derivada por encima de la tensión de ruptura.
Los solicitantes han descubierto que el calor se transporta fácilmente a lo largo de una súper célula de silicio a través de las uniones eléctrica y térmicamente conductoras entre células solares de silicio solapantes adyacentes. Además, la corriente a través de una súper célula en los módulos solares descrita en el presente documento es típicamente menor que a través de una cadena de células solares convencionales, puesto que las súper células descritas en el presente documento se forman típicamente apilando células solares rectangulares cada una de las cuales tiene un área activa menor que (por ejemplo, 1/6) la de la de una célula solar convencional. Adicionalmente, la relación de aspecto rectangular de las células solares típicamente empleadas en el presente documento proporciona regiones extendidas de contacto térmico entre células solares adyacentes. Como consecuencia, se disipa menos calor en una célula solar derivada inversa en la tensión de ruptura, y el calor se extiende fácilmente a través de la súper célula y el módulo solar sin crear un punto caliente peligroso. Los solicitantes han reconocido por lo tanto que los módulos solares formados de súper células como se describe en el presente documento pueden emplear menos diodos de derivación lejanos que los que se cree que se requiere convencionalmente.
Por ejemplo, en algunas variaciones de módulos solares como se describe en el presente documento una súper célula que comprende N > 25 células solares, N > aproximadamente 30 células solares, N > aproximadamente 50 células solares, N > aproximadamente 70 células solares, o N > aproximadamente 100 células solares puede emplearse con célula solar no única o grupo de < N células solares en la súper célula eléctricamente conectada de manera individual en paralelo con un diodo de derivación. Opcionalmente, una súper célula completa de estas longitudes puede estar eléctricamente conectada en paralelo con un único diodo de derivación. Opcionalmente, las súper células de estas longitudes pueden emplearse sin un diodo de derivación.
Varias características de diseño adicionales y opcionales pueden hacer módulos solares que emplean súper células como se describe en el presente documento incluso más tolerantes a calor disipado en una célula solar derivada inversa. Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 8A-8C, el encapsulante materiales encapsulantes 4101 puede ser o comprender un polímero de olefina termoplástico (TPO), los encapsulantes de TPO son más estables a nivel foto-térmico que los encapsulantes de acetato de etilen-vinilo (EVA) convencionales. EVA se dorará con temperatura y luz ultravioleta y conducirá a problemas de punto caliente creados por la corriente que limita las células. Estos problemas se reducen o evitan con encapsulante TPO. Además, los módulos solares pueden tener una estructura de vidrio-vidrio en la que tanto la lámina 420 frontal transparente como la lámina 430 trasera son vidrio. Un vidrio-vidrio de este tipo posibilita que el módulo solar opere de manera segura a temperaturas mayores que aquellas toleradas por una lámina trasera de polímero convencional. Aún además, pueden montarse cajas de conexiones en uno o más bordes de un módulo solar, en lugar de detrás del módulo solar donde una caja de conexiones añadiría una capa adicional de aislamiento térmico a las células solares en el módulo por encima de él.
La Figura 9A muestra un módulo solar rectangular de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis súper células están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación dispuesto en una caja 490 de conexiones en la superficie trasera del módulo solar. Las conexiones eléctricas entre las súper células y el diodo de derivación están fabricadas a través de cintas 450 embebidas en la estructura de laminado del módulo.
La Figura 9B muestra otro módulo solar rectangular de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí. Están dispuestas cajas de conexión de terminal positivo 490P y negativo 490N separadas en la superficie trasera del módulo solar en extremos opuestos del módulo solar. Las súper células están eléctricamente conectadas en paralelo con un diodo de derivación localizado en una de las cajas de conexiones por un cable 455 externo que recorre entre las cajas de conexiones.
Las Figuras 9C-9D muestran un módulo solar rectangular de vidrio-vidrio de ejemplo que comprende seis súper células apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar en una estructura de laminación que comprende láminas frontal y trasera de vidrio. Las súper células están eléctricamente conectadas en paralelo entre sí. Las cajas de conexiones de terminal positivo 490P y negativo 490N separadas están montadas en bordes opuestos del módulo solar.
Las súper células apiladas abren oportunidades únicas para distribución de módulo con respecto a dispositivos de
gestión de potencia de nivel de módulo (por ejemplo, micro-inversores CC/CA, optimizadores de potencia de módulo de CC/CC, inteligencia de tensión y conmutadores inteligentes, y dispositivos relacionados). La característica clave de los sistemas de gestión de potencia de nivel de módulo es la optimización de potencia. Las súper células como se han descrito y empleado en el presente documento pueden producir tensiones superiores a los paneles tradicionales. Además, la distribución de módulo de súper célula puede particionar adicionalmente el módulo. Tanto las tensiones superiores como el particionamiento aumentando crean ventajas potenciales para la optimización de potencia.
La Figura 9E muestra una arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo usando súper células apiladas. En esta figura un módulo solar rectangular de ejemplo comprende seis súper células apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Tres pares de súper células están individualmente conectadas a un sistema 460 de gestión de potencia, que posibilita optimización de potencia más discreta del módulo.
La Figura 9F muestra otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo usando súper células apiladas. En esta figura un módulo solar rectangular de ejemplo comprende seis súper células apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis súper células están individualmente conectadas a un sistema 460 de gestión de potencia, que posibilita optimización de potencia aún más discreta del módulo.
La Figura 9G muestra otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo usando súper células apiladas. En esta figura un módulo solar rectangular de ejemplo comprende seis o más súper células 998 apiladas rectangulares dispuestas en seis o más filas, donde los tres o más pares de súper células están individualmente conectadas a un diodo de derivación o a un sistema 460 de gestión de potencia, para permitir optimización de potencia aún más discreta del módulo.
La Figura 9H muestra otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo usando súper células apiladas. En esta figura un módulo solar rectangular de ejemplo comprende seis o más súper células 998 apiladas rectangulares dispuestas en seis o más filas, donde cada dos súper células están conectadas en serie, y todos los pares están conectados en paralelo. Un diodo de derivación o sistema 460 de gestión de potencia está conectado en paralelo a todos los pares, permitiendo la optimización de potencia del módulo.
En algunas variaciones, la gestión de potencia de nivel de módulo permite la eliminación de todos los diodos de derivación en el módulo solar mientras aún excluye el riesgo de puntos calientes. Esto se consigue integrando la inteligencia de tensión en el nivel de módulo. Monitorizando la salida de tensión de un circuito de célula solar (por ejemplo, una o más súper células) en el módulo solar, un dispositivo de gestión de potencia de "conmutación inteligente" puede determinar si el circuito incluye cualesquiera células solares en derivación inversa. Si se detecta una célula solar derivada inversa, el dispositivo de gestión de potencia puede desconectar el correspondiente circuito del sistema eléctrico usando, por ejemplo, un conmutador de relé u otro componente. Por ejemplo, si la tensión de un circuito de célula solar monitorizado cae por debajo de un umbral predeterminado (Vumite), entonces el dispositivo de gestión de potencia apagará (abrir circuito) ese circuito mientras asegura que el módulo o cadena de módulos permanecen conectados.
En ciertos ejemplos, donde una tensión de los circuitos cae en más de un cierto porcentaje o magnitud (por ejemplo, el 20% o 10 V) de los otros circuitos en la misma serie solar, se apagará. La electrónica detectará este cambio basándose en comunicación inter-módulo.
La implementación de tal inteligencia de tensión puede incorporarse en soluciones de gestión de potencia de nivel de módulo existentes (por ejemplo, de Enphase Energy Inc., Solaredge Technologies, Inc., Tigo Energy, Inc.) o a través de un diseño de circuito personalizado.
Un ejemplo de cómo puede calcularse la tensión umbral Vumite es:
CellVoc@Baja Irr y Alta Temperatura x Nnúmero de células en serie - VrbTensión de ruptura inversa — VLímite,
donde:
• CellVoc@Baja Irr & Alta temperatura = tensión de circuito abierto de una célula que funciona a baja irradiación y a alta temperatura (trabajo esperado más inferior Voc);
• Nnúmero de células en serie = un número de células conectadas en serie en cada súper célula monitorizada.
• VrbTensión de ruptura inversa = tensión de polaridad invertida necesaria para pasar la corriente a través de una célula. Este enfoque para gestión de potencia de nivel de módulo usando un conmutador inteligente puede permitir, por ejemplo, que se conecten más de 100 células solares de silicio en serie en un único módulo sin afectar la seguridad o la fiabilidad de módulo. Además, un conmutador inteligente de este tipo puede usase para limitar la tensión de cadena que va a un inversor central. Por lo tanto pueden instalarse cadenas de módulo más largas sin preocupaciones de seguridad o de permiso con respecto a la tensión. El módulo más débil puede derivarse (apagarse) si las tensiones de cadena alcanzan el límite.
Las Figuras 10A, 11A, 12A, 13A, 13B, y 14B descritas a continuación proporcionan circuitos eléctricos esquemáticos de ejemplo adicionales para módulos solares que emplean súper células apiladas. Las Figuras 10B-1, 10B-2, 11B-1, 11B-2, 11C-1, 11C-2, 12B-1, 12B-2, 12C-1, 12C-2, 12C-3, 13C-1, 13C-2, 14C-1, y 14C-2 proporciona distribuciones físicas de ejemplo que corresponden a aquellos circuitos esquemáticos. La descripción de las distribuciones físicas supone que el contacto de extremo de superficie frontal de cada súper célula es de polaridad negativa y el contacto de extremo de superficie trasera de cada súper célula es de polaridad positiva. Si en su lugar los módulos emplean súper células que tienen contactos de extremo de superficie frontal de polaridad positiva y contactos de extremo de superficie trasera de polaridad negativa, entonces el análisis de las distribuciones físicas puede modificarse intercalando el positivo para negativo e invirtiendo la orientación de los diodos de derivación. Algunos de los diversos buses referenciados en la descripción de estas figuras pueden formarse, por ejemplo, con las interconexiones 400 anteriormente descritas. Otros buses descritos en estas figuras pueden implementarse, por ejemplo, con cintas embebidas en la estructura de laminado del módulo solar o con cables externos.
La Figura 10A muestra un circuito eléctrico esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B, en el que el módulo solar incluye diez súper células 100 rectangulares cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas en el módulo solar con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. Todas las súper células están eléctricamente conectadas en paralelo con un diodo de derivación 480.
Las Figuras 10B-1 y 10B-2 muestran una distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 10A. El bus 485N conecta los contactos de extremo negativos (superficie frontal) de las súper células 100 al terminal positivo del diodo de derivación 480 en la caja 490 de unión localizada en la superficie trasera del módulo. El bus 485P conecta los contactos de extremo positivos (superficie trasera) de las súper células 100 al terminal negativo del diodo de derivación 480. El bus 485P puede radicar completamente por detrás de las súper células. El bus 485N y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo.
La Figura 11A muestra un circuito eléctrico esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A, en la que el módulo solar incluye veinte súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar diez filas de súper células. La primera súper célula en cada fila está conectada en paralelo con las primeras súper células en las otras filas y en paralelo con un diodo de derivación 500. La segunda súper célula en cada fila está conectada en paralelo con las segundas súper células en las otras filas y en paralelo con un diodo de derivación 510. Los dos grupos de súper células están conectados en serie, como lo están los dos diodos de derivación.
Las Figuras 11B-1 y 11B-2 muestran una distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 11A. En esta distribución de la primera súper célula en cada fila tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda súper célula en cada fila tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto del primer lado. El bus 515N conecta el contacto de extremo de superficie frontal (negativo) de la primera súper célula en cada fila al terminal positivo del diodo de derivación 500. El bus 515P conecta el contacto de extremo de superficie trasera (positivo) de la segunda súper célula en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 510. El bus 520 conecta el contacto de extremo de superficie trasera (positivo) de la primera súper célula en cada fila y el contacto de extremo de superficie frontal (negativo) de la segunda súper célula en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 500 y al terminal positivo del diodo de derivación 510.
El bus 515P puede radicar completamente por detrás de las súper células. El bus 515N y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo. El bus 520 puede ocupar una porción de la superficie frontal del módulo, que requiere un hueco 210 como se muestra en la Figura 5A. Como alternativa, el bus 520 puede radicar completamente por detrás de las súper células y estar eléctricamente conectado a las súper células con interconexiones ocultas rodeadas entre extremos solapantes de las súper células. En un caso de este tipo se requiere poco o ningún hueco 210.
Las Figuras 11C-1, 11C-2, y 11C-3 muestran otra distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 11A. En esta distribución la primera súper célula en cada fila tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda súper célula en cada fila tiene su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto del primer lado. El bus 525N conecta el contacto de extremo de superficie frontal (negativo) de la primera súper célula en cada fila al terminal positivo del diodo de derivación 500. El bus 530N conecta el contacto de extremo de superficie frontal (negativo) de la segunda célula en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 500 y al terminal positivo del diodo de derivación 510. El bus 535P conecta el contacto de extremo de superficie trasera (positivo) de la primera célula en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 500 y al terminal positivo del diodo de derivación 510. El bus 540P conecta el contacto de extremo de superficie trasera (positivo) de la segunda célula en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 510.
El bus 535P y el bus 540P pueden radicar completamente detrás de las súper células. El bus 525N y el bus 530N y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo.
La Figura 12A muestra otro diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A, en el que el módulo solar incluye veinte súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar diez filas de súper células. En el circuito mostrado en la Figura 12A, las súper células están dispuestas en cuatro grupos: en un primer grupo las primeras súper células de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 545, en un segundo grupo las segundas súper células de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 505, en un tercer grupo las primeras súper células de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 560, y en un cuarto grupo las segundas súper células de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 555. Los cuatro grupos de súper células están conectadas en serie entre sí. Los cuatro diodos de derivación también están en serie.
Las Figuras 12B-1 y 12B-2 muestran una distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 12A. En esta distribución el primer grupo de súper células tiene su contactos de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y sus contactos de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, el segundo grupo de súper células tiene sus contactos de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y sus contactos de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto del primer lado, el tercer grupo de súper células tiene sus contactos de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo del primer lado del módulo y sus contactos de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo, y el cuarto grupo de súper células tiene su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 565N conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) de las súper células en el primer grupo de súper células entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 545. El bus 570 conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) de las súper células en el primer grupo de súper células y los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) de las súper células en el segundo grupo de súper células entre sí, al terminal negativo del diodo de derivación 545, y al terminal positivo del diodo de derivación 550. El bus 575 conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) de las súper células en el segundo grupo de súper células y los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) de las súper células en el cuarto grupo de súper células entre sí, al terminal negativo del diodo de derivación 550, y al terminal positivo del diodo de derivación 555. El bus 580 conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) de las súper células en el cuarto grupo de súper células y los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) de las súper células en el tercer grupo de súper células entre sí, al terminal negativo del diodo de derivación 555, y al terminal positivo del diodo de derivación 560. El bus 585P conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) de las súper células en el tercer grupo de súper células entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 560.
El bus 585P y la porción de bus 575 que conecta a las súper células del segundo grupo de súper células pueden radicar completamente detrás de las súper células. La porción restante del bus 575 y del bus 565N y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo.
El bus 570 y el bus 580 pueden ocupar una porción de la superficie frontal del módulo, que requiere un hueco 210 como se muestra en la Figura 5A. Como alternativa, pueden radicar completamente detrás de las súper células y estar eléctricamente conectados a las súper células con interconexiones ocultas rodeadas entre extremos solapantes de las súper células. En un caso de este tipo se requiere poco o ningún hueco 210.
Las Figuras 12C-1, 12C-2, y 12C-3 muestran una distribución física alternativa para el módulo solar de la Figura 12A. Esta distribución usa dos cajas 490A y 490B de conexiones en lugar de la única caja 490 de conexiones mostrada en las Figuras 12B-1 y 12B-2, pero son equivalentes de otra manera a las de las Figuras 12B-1 y 12B-2.
La Figura 13A muestra otro diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5A, en el que el módulo solar incluye veinte súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar diez filas de súper células. En el circuito mostrado en la Figura 13A, las súper células están dispuestas en cuatro grupos: en un primer grupo las primeras súper células de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí, en un segundo grupo las segundas súper células de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí, en un tercer grupo las primeras súper células de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí, y en un cuarto grupo las segundas súper células de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí. El primer grupo y el segundo grupo están conectados en serie entre sí y por lo tanto están conectados en paralelo con un diodo de derivación 590. El tercer grupo y el cuarto grupo están conectados en serie entre sí y por lo tanto conectados en paralelo con otro diodo de derivación 595. El primer y segundo grupos están conectados en serie con el tercer y cuarto grupos, y los dos diodos de
derivación están en serie también.
Las Figuras 13C-1 y 13C-2 muestran una distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 13A. En esta distribución el primer grupo de súper células tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, el segundo grupo de súper células tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto del primer lado, el tercer grupo de súper células tiene su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo del primer lado del módulo y su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo, y el cuarto grupo de súper células tiene su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 600 conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del primer grupo de súper células entre sí, a los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del tercer grupo de súper células, al terminal positivo del diodo de derivación 590, y al terminal negativo del diodo de derivación 595. El bus 605 conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del primer grupo de súper células entre sí y a los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del segundo grupo de súper células. El bus 610P conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del segundo grupo de súper células entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 590. El bus 615N conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del cuarto grupo de súper células entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 595. El bus 620 conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del tercer grupo de súper células entre sí y a los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del cuarto grupo de súper células.
El bus 610P y la porción de bus 600 que conecta a las súper células del tercer grupo de súper células pueden radicar completamente detrás de las súper células. La porción restante del bus 600 y del bus 615N y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo.
El bus 605 y el bus 620 ocupan una porción de la superficie frontal del módulo, que requiere un hueco 210 como se muestra en la Figura 5A. Como alternativa, pueden radicar completamente detrás de las súper células y estar eléctricamente conectados a las súper células con interconexiones ocultas rodeadas entre extremos solapantes de las súper células. En un caso de este tipo se requiere poco o ningún hueco 210.
La Figura 13B muestra un circuito eléctrico esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B, en el que el módulo solar incluye diez súper células 100 rectangulares cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas en el módulo solar con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En el circuito mostrado en la Figura 13B, las súper células están dispuestas en dos grupos: en un primer grupo las cinco súper células superiores están conectadas en paralelo entre sí y con el diodo de derivación 590, y en un segundo grupo las cinco súper células inferiores están conectadas en paralelo entre sí y con el diodo de derivación 595. Los dos grupos están conectados en serie entre sí. Los diodos de derivación están también conectados en serie.
El circuito esquemático de la Figura 13B difiere del el de la Figura 13A sustituyendo cada fila de dos súper células en la Figura 13A por una única súper célula. En consecuencia, la distribución física para el módulo solar de la Figura 13B puede ser como se muestra en las Figuras 13C-1, 13C- 2, y 13C-3, con tal omisión del bus 605 y del bus 620. La Figura 14A muestra un módulo solar 700 rectangular de ejemplo que comprende veinticuatro súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar doce filas de súper células, con las filas y los lados largos de las súper células orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar.
La Figura 14B muestra un diagrama de circuito esquemático de ejemplo para un módulo solar como se ilustra en la Figura 14A. En el circuito mostrado en la Figura 14b , las súper células están dispuestas en los tres grupos: en un primer grupo las primeras súper células de las ocho filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 705, en un segundo grupo las súper células de las cuatro filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 710, y en un tercer grupo las segundas súper células de las ocho filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 715. Los tres grupos de súper células están conectados en serie. Los tres diodos de derivación también están en serie.
Las Figuras 14C-1 y 14C-2 muestran una distribución física de ejemplo para el módulo solar de la Figura 14B. En esta distribución el primer grupo de súper células tiene sus contactos de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y sus contactos de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo. En el segundo grupo de súper células, la primera súper célula en cada una de las cuatro filas inferiores tiene su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo del primer lado del módulo y su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda súper
célula en cada una de las cuatro filas inferiores tiene su contacto de extremo de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto del primer lado. El tercer grupo de células solares tiene sus contactos de extremo de superficie trasera (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y sus contactos de extremo de superficie trasera (negativo) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 720N conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del primer grupo de súper células entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 705. El bus 725 conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del primer grupo de súper células a los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del segundo grupo de súper células, al terminal negativo del diodo de derivación 705, y al terminal positivo del diodo de derivación 710. El bus 730P conecta los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del tercer grupo de súper células entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 715. El bus 735 conecta los contactos de extremo de superficie frontal (negativo) del tercer grupo de súper células entre sí, a los contactos de extremo de superficie trasera (positivo) del segundo grupo de súper células, al terminal negativo del diodo de derivación 710, y al terminal positivo del diodo de derivación 715.
La porción de bus 725 que conecta a las súper células del primer grupo de súper células, el bus 730P, y la porción de bus 735 que conecta a las súper células del segundo grupo de súper células pueden radicar completamente detrás de las súper células. El bus 720N y las porciones restantes del bus 725 y bus 735 y/o su interconexión a las súper células ocupan una porción de la superficie frontal del módulo.
Algunos de los ejemplos anteriormente descritos alojan los diodos de derivación en una o más cajas de conexiones en la superficie trasera del módulo solar. Sin embargo, esto no se requiere. Por ejemplo, algunos o todos los diodos de derivación pueden situarse dentro de plano con las súper células alrededor del perímetro del módulo solar o en huecos entre súper células, o situarse detrás de las súper células. En tales casos los diodos de derivación pueden estar dispuestos en una estructura de laminado en la que están encapsuladas las súper células, por ejemplo. Las localizaciones de los diodos de derivación pueden por lo tanto estar descentralizadas y eliminarse de las cajas de conexiones, facilitando la sustitución de una caja de conexiones central que comprende tanto los terminales de módulo positivo como negativo con dos cajas de conexiones de único terminal separadas que pueden estar localizadas en la superficie trasera del módulo solar cerca de bordes externos del módulo solar, por ejemplo. Este enfoque reduce en general la longitud de ruta de corriente en conductores de cinta en el módulo solar y en el cableado entre módulos solares, que ambos pueden reducir el coste de material y aumenta la potencia de módulo (reduciendo pérdidas de potencia resistiva).
Haciendo referencia a la Figura 15, por ejemplo, la distribución física para diversas interconexiones eléctricas para un módulo solar como se ilustra en la Figura 5B que tiene el diagrama de circuito esquemático de la Figura 10A puede empelar un diodo de derivación 480 localizado en la estructura de laminado de súper célula y dos cajas 490P y 490N de conexiones de único terminal. La Figura 15 puede apreciarse mejor por la comparación a las Figuras 10B-1 y 10B-2. Las otras distribuciones modulares anteriormente descritas pueden modificarse de manera similar.
El uso de diodos de derivación dentro de laminado como se acaba de describir puede facilitarse por el uso de células solares rectangulares de corriente reducida (área reducida) como se ha descrito anteriormente, puesto que la potencia disipada en un diodo de derivación con polarización directa por las células solares de corriente reducida puede ser menor que sería el caso para células solares dimensionadas de manera convencional. Los diodos de derivación en módulos solares descritos en esta memoria descriptiva pueden por lo tanto requerir menos sumidero de calor que lo que es convencional, y en consecuencia pueden alejarse de una caja de conexiones en la superficie trasera del módulo y en el laminado.
Un único módulo solar puede incluir interconexiones, otros conductores, y/o diodos de derivación que soportan dos o más configuraciones eléctricas, por ejemplo soportando dos o más de las configuraciones eléctricas anteriormente descritas. En tales casos puede seleccionarse una configuración particular para la operación del módulo solar de las dos o más alternativas con el uso de conmutadores y/o puentes, por ejemplo. Las diferentes configuraciones pueden poner diferentes números de súper células en serie y/o en paralelo para proporcionar diferentes combinaciones de salidas de tensión y corriente del módulo solar. Un módulo solar de este tipo puede por lo tanto ser configurable en fábrica o en el campo para seleccionar de dos o más diferentes combinaciones de tensión y corriente, por ejemplo para seleccionar entre configuración de alta tensión y baja corriente, y una configuración de baja tensión y alta corriente.
La Figura 16 muestra una disposición de ejemplo de un dispositivo de gestión de potencia 750 de nivel de módulo de conmutación inteligente, como se ha descrito anteriormente, entre dos módulos solares.
Haciendo referencia ahora a la Figura 17, un método 800 de ejemplo para hacer módulos solares como se desvela en esta memoria descriptiva comprende las siguientes etapas. En la etapa 810, se cortan y/o parten células solares convencionalmente dimensionadas (por ejemplo, 156 milímetros x 156 milímetros o 125 milímetros x 125 milímetros) para formar "tiras" de célula solar rectangulares estrechas. (Véanse también las Figuras 3A-3E) y la descripción relacionada anterior, por ejemplo). Las tiras de célula solar resultantes pueden probarse opcionalmente y ordenarse
de acuerdo con su rendimiento de corriente-tensión. Las células con rendimiento de corriente-tensión aproximadamente coincidente pueden usarse ventajosamente en la misma la súper célula o en la misma fila de súper células conectadas en serie. Por ejemplo, puede ser ventajoso que las células conectadas en serie en una súper célula o en una fila de súper células produzcan corriente coincidente o aproximadamente coincidente bajo la misma iluminación.
En la etapa 815 las súper células se ensamblan de las células solares de tira, con un material de unión adhesivo conductor dispuesto entre porciones solapantes de células solares adyacentes en las súper células. El material de unión adhesivo conductor puede aplicarse, por ejemplo, por impresión de inyección de tinta o impresión de pantalla. En la etapa 820 se aplican calor y presión para curar o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor entre las células solares en las súper células. En una variación, a medida que cada célula solar adicional se añade a una súper célula el adhesivo conductor que une el material entre la célula solar nuevamente añadida y su célula solar solapante adyacente (ya parte de la súper célula) se cura o se cura parcialmente, antes de que se añada la siguiente célula solar a la súper célula. En otra variación, pueden situarse más de dos células solares o todas las células solares en una súper célula de la manera solapante deseada antes de que el material de unión adhesivo conductor se cure o se cure parcialmente. Las súper células resultantes de esta etapa pueden probarse opcionalmente y ordenarse de acuerdo con su rendimiento de corriente-tensión. Las súper células con rendimiento de corriente-tensión coincidente o aproximadamente coincidente pueden usarse en la misma fila de súper células o en el mismo módulo solar. Por ejemplo, puede ser ventajoso que las súper células o filas de súper células eléctricamente conectadas en paralelo produzcan tensiones coincidentes o aproximadamente coincidentes bajo la misma iluminación.
En la etapa 825 las súper células curadas o parcialmente curadas están dispuestas e interconectadas en la configuración de módulo deseada en una estructura a capas que incluye material encapsulante, una lámina frontal transparente (lado del sol), y una lámina trasera (opcionalmente transparente). La estructura en capas puede comprender, por ejemplo, una primera capa de encapsulante en sustrato de vidrio, las súper células interconectadas dispuestas al lado del sol hacia abajo en la primera capa de encapsulante, una segunda capa de encapsulante en la capa de súper células, y una lámina trasera en la segunda capa de encapsulante. Puede usarse también cualquier otra disposición adecuada.
En la etapa de laminación 830 se aplican calor y presión a la estructura en capas para formar una estructura de laminado curado.
En una variación del método de la Figura 17, las células solares convencionalmente dimensionadas se separan en tiras de célula solar, después de lo cual el material de unión adhesivo conductor se aplica a cada tira de célula solar individual. En una variación alternativa, el material de unión adhesivo conductor se aplica a las células solares convencionalmente dimensionadas antes de la separación de las células solares en tiras de célula solar.
En la etapa de curado 820 el material de unión adhesivo conductor puede curarse completamente, o puede curarse únicamente de manera parcial. En el último caso el material de unión adhesivo conductor puede curarse parcialmente de manera inicial en la etapa 820 suficientemente para facilidad de manejo e interconexión de las súper células, y curarse completamente durante la siguiente etapa de laminación 830.
En algunas variaciones una súper célula 100 ensamblada como un producto intermedio en el método 800 comprende una pluralidad de células solares 10 rectangulares dispuestas con los lados largos de células solares adyacentes solapados y unidos de manera conductora como se ha descrito anteriormente, e interconexiones unidas a los contactos de terminal en extremos opuestos de la súper célula.
La Figura 30A muestra una súper célula de ejemplo con interconexiones eléctricas unidas a sus contactos de terminal de superficie delantera y trasera. Las interconexiones eléctricas recorren paralelas a los bordes de terminal de la súper célula y se extienden lateralmente más allá de la súper célula para facilitar la interconexión eléctrica con una súper célula adyacente.
La Figura 30B muestra dos de las súper células de la Figura 30A interconectadas en paralelo. Las porciones de las interconexiones que son de otra manera visibles de la parte frontal del módulo pueden cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre la interconexión y las súper células, como se percibe por un ser humano que tiene visión de color normal. En el ejemplo ilustrado en la Figura 30A, una interconexión 850 está unida de manera conductora a un contacto de terminal de lado frontal de una primera polaridad (por ejemplo, o -) en un extremo de la súper célula (en el lado derecho del dibujo), y otra interconexión 850 está unida de manera conductora a un contacto de terminal de lado trasero de la polaridad opuesta en el otro extremo de la súper célula (en el lado izquierdo del dibujo). De manera similar a las otras interconexiones anteriormente descritas, la interconexión 850 puede unirse de manera conductora a la súper célula con el mismo material de unión adhesivo conductor usado entre células solares, por ejemplo, aunque esto no se requiere. En el ejemplo ilustrado, una porción de cada interconexión 850 se extiende más allá del borde de la súper célula 100 en una dirección perpendicular al eje largo de la súper célula (y paralela a los ejes largos de las células solares 10). Como se muestra en la Figura
30B, esto permite que dos o más súper células 100 se sitúen lado a lado, solapando las interconexiones 850 de una de la súper célula y unidas de manera conductora a correspondientes interconexiones 850 en la súper célula adyacente para interconectar eléctricamente las dos súper células en paralelo. Varias de tales interconexiones 850 interconectadas en serie como se acaba de describir pueden formar un bus para el módulo. Esta disposición puede ser adecuada, por ejemplo, cuando el individuo de la súper célula extiende la anchura completa o la longitud completa del módulo (por ejemplo, la Figura 5B). Además, las interconexiones 850 pueden usarse también para conectar eléctricamente contactos de terminal de dos súper células adyacentes en una fila de súper células en serie. Pares o cadenas más largas de tales súper células interconectadas en una fila pueden estar eléctricamente conectadas en paralelo con súper células interconectadas de manera similar en una fila adyacente solapando y uniendo de manera conductora interconexiones 850 en una fila con interconexiones 850 en la fila adyacente de manera similar como se muestra en la Figura 30B.
La interconexión 850 puede estar cortada en molde a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y puede generarse en patrones de manera opcional para aumentar su conformidad mecánica tanto perpendicular a, como paralela al borde de la súper célula para reducir o adaptar la tensión perpendicular y paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y el de la súper célula. Tal generación de patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras, u orificios (no mostrados). La conformidad mecánica de la interconexión 850, y su unión o uniones a la súper célula, debería ser suficiente para que las conexiones a la súper célula sobrevivan a la tensión que surge del desajuste de CTE durante el proceso de laminación descrito en más detalle a continuación. La interconexión 850 puede unirse a la súper célula con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor mecánicamente compatible como se ha descrito anteriormente para su uso al unir células solares solapadas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede estar localizado únicamente en posiciones discretas a lo largo de los bordes de la súper célula en lugar de en una línea continua que extiende sustancialmente la longitud del borde de la súper célula, para reducir o adaptar la tensión paralela a los bordes de la súper célula que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o las interconexiones y de el de la súper célula.
La interconexión 850 puede cortarse de una lámina de cobre delgada, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las súper células 100 se forman de células solares que tienen áreas más pequeñas que las células solares de silicio convencionales y por lo tanto operan a corrientes inferiores que lo que es convencional. Por ejemplo, las interconexiones 850 pueden estar formadas de lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros. Las interconexiones 850 pueden ser suficientemente delgadas y flexibles para plegarse alrededor de y detrás del borde de la súper célula a la que están unidas, de manera similar a las interconexiones anteriormente descritas.
Las Figuras 19A-19D muestran varias disposiciones de ejemplo mediante las cuales puede aplicarse calor y presión durante el método 800 para curar o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor entre células solares adyacentes en las súper células. Puede emplearse también cualquier otra disposición adecuada.
En la Figura 19A, se aplica calor y presión localizada para curar o curar parcialmente adhesivo conductor que une el material 12 una junta (región solapante) a la vez. La súper célula puede soportarse por una superficie 1000 y puede aplicarse mecánicamente presión a la junta desde por encima con una barra, perno u otro contacto mecánico, por ejemplo. Puede aplicarse calor a la junta con aire caliente (u otro gas caliente), con una lámpara de infrarrojos, o calentando el contacto mecánico que aplica presión localizada a la junta, por ejemplo.
En la Figura 19B, la disposición de la Figura 19A se extiende a un proceso por lotes que aplica simultáneamente calor y presión localizada a múltiples juntas en una súper célula.
En la Figura 19C, una súper célula no curada está rodeada entre papel antiadherente 1015 y láminas 1020 termoplásticas reusables y situadas en una placa de soporte 1010 soportada por una superficie 1000. El material termoplástico de las láminas 1020 se selecciona para fusionarse a la temperatura en la que se curan las súper células. Los papeles antiadherentes 1015 pueden estar formados de fibra de vidrio y PTFE, por ejemplo, y no se adhieren a la súper célula después del proceso de curado. Preferentemente, los papeles antiadherentes 1015 están formados de materiales que tienen un coeficiente de expansión térmica que coincide o coincide sustancialmente con el de las células solares (por ejemplo, el CTE de silicio). Esto es debido a que si el CTE de los papeles antiadherentes difiere demasiado de las de las células solares, entonces las células solares y los papeles antiadherentes se alargarán en diferentes cantidades durante el proceso de curado, que tendería a separar la súper célula longitudinalmente en las juntas. Una cámara de aire 1005 de vacío superpone esta disposición. La súper célula no curada se calienta desde por debajo a través de la superficie 1000 y la placa de soporte 1010, por ejemplo, y se extrae vacío entre la cámara de aire 1005 y la superficie 1000 de soporte. Como un resultado, la cámara de aire 1005 aplica presión hidrostática a la súper célula a través de las láminas 1020 termoplásticas fundidas.
En la Figura 19D, una súper célula se lleva por una correa 1025 en movimiento perforada a través de un horno 1035 que calienta la súper célula. Un vacío aplicado a través de las perforaciones en la correa separa las células solares 10 hacia la correa, aplicando de esta manera presión a las juntas entre ellas. El material de unión adhesivo conductor en estas juntas cura a medida que la súper célula pasa a través del horno. Preferentemente, la correa
1025 perforada está formada de materiales que tienen un CTE que coincide o coincide sustancialmente con el de las células solares (por ejemplo, el CTE de silicio). Esto es puesto que si el CTE de la correa 1025 difiere demasiado de la de las células solares, entonces las células solares y la corea se alargarán en diferentes cantidades en el horno 1035, que tenderá a separar la súper célula longitudinalmente en las juntas.
El método 800 de la Figura 17 incluye etapas de curado y laminación de súper célula distintas, y produce un producto de súper célula intermedio. En contraste, en el método 900 mostrado en la Figura 18 se combinan las etapas de curado y laminación de súper célula. En la etapa 910, las células solares convencionalmente diseñadas (por ejemplo, 156 milímetros x 156 milímetros o 125 milímetros x 125 milímetros) se cortan y/o parten para formar tiras de célula solar rectangulares estrechas. Las tiras de célula solar resultantes pueden opcionalmente probarse y ordenarse.
En la etapa 915, las tiras de célula solar están dispuestas en la configuración modular deseada en una estructura en capas que incluye material encapsulante, una lámina frontal transparente (lado del sol), y una lámina trasera. Las tiras de célula solar están dispuestas como súper células, con un material de unión adhesivo conductor no curado dispuesto entre porciones solapantes de células solares adyacentes en las súper células. (El material de unión adhesivo conductor puede aplicarse, por ejemplo, por impresión de inyección de tinta o impresión de pantalla). Las interconexiones están dispuestas para interconectar eléctricamente las súper células no curadas en la configuración deseada. La estructura en capas puede comprender, por ejemplo, una primera capa de encapsulante en sustrato de vidrio, las súper células interconectadas dispuestas al lado del sol hacia abajo en la primera capa de encapsulante, una segunda capa de encapsulante en la capa de súper células, y una lámina trasera en la segunda capa de encapsulante. Puede usarse también cualquier otra disposición adecuada.
En la etapa de laminación 920 se aplica calor y presión a la estructura en capas para curar el material de unión adhesivo conductor en las súper células y para formar una estructura de laminado curado. El material de unión adhesivo conductor usado para unir las interconexiones a las súper células puede curarse en esta etapa también. En una variación del método 900, las células solares convencionalmente dimensionadas se separan en tiras de célula solar, después de lo cual el material de unión adhesivo conductor se aplica a cada tira de célula solar individual. En una variación alternativa, el material de unión adhesivo conductor se aplica a las células solares convencionalmente dimensionadas antes de la separación de las células solares en tiras de célula solar. Por ejemplo, una pluralidad de células solares convencionalmente dimensionadas pueden colocarse en una plantilla grande, dispensarse a continuación el material de unión adhesivo conductor en las células solares, y separarse a continuación las células solares de manera simultánea en tiras de célula solar con un accesorio grande. Las tiras de célula solar resultantes pueden a continuación transportarse como un grupo y disponerse en la configuración modular deseada como se ha descrito anteriormente.
Como se ha indicado anteriormente, en algunas variaciones del método 800 y del método 900 el material de unión adhesivo conductor se aplica a las células solares convencionalmente dimensionadas antes de separar las células solares en tiras de célula solar. El material de unión adhesivo conductor no está curado (es decir, aún "húmedo") cuando la célula solar convencionalmente dimensionada se separa para formar las tiras de célula solar. En algunas de estas variaciones, el material de unión adhesivo conductor se aplica a una célula solar convencionalmente dimensionada (por ejemplo mediante impresión de inyección de tinta o de pantalla), a continuación se usa un láser para trazar líneas en la célula solar que definen las localizaciones en las que ha de partirse la célula solar para formar las tiras de célula solar, a continuación la célula solar se parte a lo largo de las líneas de trazado. En estas variaciones la potencia del láser y/o la distancia entre las líneas de trazado y el material de unión adhesivo puede seleccionarse para evitar curar de manera accidental o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor con calor del láser. En otras variaciones, se usa un láser para trazar líneas en la célula solar convencionalmente dimensionada que definen las localizaciones en las que ha de partirse la célula solar para formar las tiras de célula solar, a continuación se aplica el material de unión adhesivo conductor a la célula solar (por ejemplo mediante impresión de inyección de tinta o de pantalla), a continuación se parte la célula solar a lo largo de las líneas de trazado. En las últimas variaciones puede preferirse conseguir la etapa de aplicación del material de unión adhesivo conductor sin partir o romper de manera accidental la célula solar trazada durante esta etapa.
Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 20A-20C, la Figura 20A ilustra esquemáticamente una vista lateral de un aparato 1050 de ejemplo que puede usarse para partir células solares trazadas a las que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor. (El trazado y aplicación de material de unión adhesivo conductor puede haber tenido lugar en cualquier orden). En estos aparatos, una célula 45 solar convencionalmente dimensionada trazada a la que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor se lleva por una correa 1060 en movimiento perforada a través de una porción curvada de un colector de vacío 1070. Una célula 45 solar pasa a través de la porción curvada del colector de vacío, un vacío aplicado a través de las perforaciones en la correa separa la superficie inferior de la célula 45 solar contra el colector de vacío y de esta manera flexiona la célula solar. El radio de curvatura R de la porción curvada del colector de vacío puede seleccionarse de modo que flexionar la célula 45 solar de esta manera parte la célula solar a lo largo de las líneas de trazado. Ventajosamente, la célula 45 solar puede partirse por este método sin entrar en contacto con la superficie superior de la célula 45 solar a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor.
Si se prefiere para partir comenzar en un extremo de una línea de trazado (es decir, en un borde de la célula 45 solar), esto puede conseguirse con el aparato 1050 de la Figura 20A disponiendo, por ejemplo, que las líneas de trazado se orienten a un ángulo 0 al colector de vacío de modo que para cada línea de trazado un extremo alcance la porción curvada del colector de vacío antes que el otro extremo. Como se muestra en la Figura 20B, por ejemplo, las células solares pueden orientarse con sus líneas de trazado a un ángulo a la dirección de recorrido de la correa y el colector orientado perpendicularmente a la dirección de recorrido de la correa. Como otro ejemplo, la Figura 20C muestra las células orientadas con sus líneas de trazado perpendiculares a la dirección de recorrido de la correa, y el colector orientado a un ángulo.
Puede usarse también cualquier otro aparato adecuado para partir células solares trazadas a las que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor para formar células solares desnudas con material de unión adhesivo conductor aplicado previamente. Tal aparato puede usar, por ejemplo, rodillos para aplicar presión a la superficie superior de la célula solar a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor. En tales casos se prefiere que los rodillos toquen la superficie superior de la célula solar únicamente en regiones a las que no se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor.
En algunas variaciones, los módulos solares comprenden súper células dispuestas en filas en una lámina trasera reflectora blanca o de otra manera, de modo que una porción de radiación solar inicialmente no absorbida por y que pasa a través de las células solares puede reflejarse por la lámina trasera de nuevo en las células solares para producir electricidad. La lámina trasera reflectante puede ser visible a través de los huecos entre filas de súper células, que puede dar como resultado que un módulo solar parezca que tenga filas de líneas de brillo paralelo (por ejemplo, blanco) que recorren a través de su superficie frontal. Haciendo referencia a la Figura 5B, por ejemplo, las líneas oscuras paralelas que recorren entre las filas de súper células 100 pueden aparecer como líneas blancas si las súper células 100 están dispuestas en una lámina trasera blanca. Esto puede ser estéticamente desagradable para algunos usos de los módulos solares, por ejemplo en las partes superiores de los tejados.
Haciendo referencia a la Figura 21, para mejorar la apariencia estética del módulo solar, algunas variaciones emplean una lámina 1100 trasera blanca que comprende tiras 1105 negras localizadas en posiciones que corresponden a los huecos entre filas de las súper células que van a disponerse en la lámina trasera. Las tiras 1105 son suficientemente anchas para que las porciones blancas de la lámina trasera no sean visibles a través de los huecos entre las filas de súper células en el módulo ensamblado. Esto reduce el contraste visual entre las súper células y la lámina trasera, como se percibe por un ser humano que tiene visión de color normal. El módulo resultante incluye una lámina trasera blanca, pero puede tener una superficie frontal similar en apariencia a la de los módulos ilustrados en las Figuras 5A-5B, por ejemplo. Las tiras 1105 negras pueden producirse con longitudes de cinta negra, por ejemplo, o de cualquier otra manera adecuada.
Como se ha mencionado anteriormente, el sombreado de células individuales en los módulos solares puede crear 'puntos calientes', en los que la potencia de las células no sombreadas se disipa en la célula sombreada. Esta potencia disipada crea picos de temperatura localizados que pueden degradar los módulos.
Para minimizar la gravedad potencial de estos puntos calientes, se insertan de manera convencional diodos de derivación como parte del módulo. El número máximo de células entre diodos de derivación se establece para limitar la temperatura máxima del módulo y evitar daño irreversible en el módulo. Las distribuciones convencionales para células de silicio pueden utilizar un diodo de derivación cada 20 o 24 células, un número que se determina por la tensión de ruptura típica de las células de silicio. En ciertos ejemplos, la tensión de ruptura puede radicar en el intervalo entre aproximadamente 10-50 V. En ciertos ejemplos, la tensión de ruptura puede ser aproximadamente 10 V, aproximadamente 15 V, aproximadamente 20 V, aproximadamente 25 V, aproximadamente 30 V, o aproximadamente 35 V.
De acuerdo con ejemplos, el apilamiento de tiras de células solares cortadas con adhesivos térmicamente conductores mejora el contacto térmico entre células solares. Este contacto térmico mejorado permite un grado superior de expansión térmica que las tecnologías de interconexión tradicionales. Un diseño de expansión de calor térmico de este tipo basado en apilamiento permite que se usen cadenas más largas de células solares que las veinticuatro (o menos) células solares por diodo de derivación a las que están restringidos los diseños convencionales. Tal relajación en el requisito para diodos de derivación frecuentes de acuerdo con la expansión térmica facilitada por el apilamiento de acuerdo con los ejemplos, puede ofrecer uno o más beneficios. Por ejemplo, permite la creación de distribuciones de módulo de una diversidad de longitudes de cadena de célula solar, no obstaculizada por una necesidad de proporcionar un gran número de diodos de derivación.
De acuerdo con ejemplos, la expansión térmica se consigue manteniendo una unión física y térmica con la célula adyacente. Esto permite disipación de calor adecuada a través de la junta unida.
En ciertos ejemplos esta junta se mantiene a un espesor de aproximadamente 200 micrómetros o menos, y recorre la longitud de la célula solar en un patrón segmentado. Dependiendo del ejemplo, la junta puede tener un espesor de aproximadamente 200 micrómetros o menos, de aproximadamente 150 micrómetros o menos, de aproximadamente
125 micrómetros o menos, de aproximadamente 100 micrómetros o menos, de aproximadamente 90 micrómetros o menos, de aproximadamente 80 micrómetros o menos, de aproximadamente 70 micrómetros o menos, de aproximadamente 50 micrómetros, o menos, o de aproximadamente 25 micrómetros o menos.
Un procesamiento de curado de adhesivo preciso puede ser importante para asegurar que se mantiene una junta fiable mientras se reduce un espesor para promover la expansión térmica entre células unidas.
Permitiéndose recorrer cadenas más largas (por ejemplo, más de 24 células) permite flexibilidad en el diseño de células solares y módulos. Por ejemplo, ciertos ejemplos pueden utilizar cadenas de células solares cortadas que se rensamblan en una manera apilada. Tales configuraciones pueden utilizar significativamente más células por módulo que un módulo convencional.
En ausencia de la propiedad de expansión térmica, sería necesario un diodo de derivación cada 24 células. Donde las células solares se cortan por 1/6, los diodos de derivación por módulo serían 6 veces el módulo convencional (comprendido de 3 células no cortadas), añadiendo hasta un total de 18 diodos. Por lo tanto la expansión térmica permite una reducción significativa en el número de diodos de derivación.
Además para cada diodo de derivación, es necesaria circuitería de derivación para completar la ruta eléctrica de derivación. Cada diodo requiere dos puntos de interconexiones y encaminamiento de conductor para conectarlos a tales puntos de interconexión. Esto crea un circuito complicado, que contribuye a gasto significativo sobre costes de distribución convencionales asociados con ensamblar un módulo solar.
En contraste, la tecnología de expansión térmica requiere únicamente uno o incluso ningún diodo de derivación por módulo. Una configuración de este tipo simplifica un proceso de ensamblaje de módulo, permitiendo herramientas de automatización sencillas para realizar las etapas de fabricación de distribución.
Evitando la necesidad de proteger por derivación cada 24 células por lo tanto hace al módulo de la célula más fácil de fabricar. Se evitan las salidas de derivación complejas en el medio del módulo y las conexiones paralelas largas para circuitería de derivación. Esta expansión térmica se implementa creando tiras apiladas largas de células que recorren una anchura y/o longitud del módulo.
Además de proporcionar expansión de calor térmica, el apilamiento de acuerdo con ejemplos también permite rendimiento de punto caliente mejorado reduciendo una magnitud de corriente disipada en una célula solar. Específicamente, durante una condición de punto caliente la cantidad de corriente disipada en una célula solar depende del área de la célula.
Puesto que el apilamiento puede cortar células en áreas más pequeñas, una cantidad de corriente que pasa a través de una célula en una condición de punto caliente es una función de las dimensiones del corte. Durante una condición de punto caliente, la corriente pasa a través de la ruta de resistencia más inferior que normalmente es una interfaz defectuosa de nivel de célula o límite de grano. Reducir esta corriente es un beneficio y minimiza el fallo de riesgo de fiabilidad bajo condiciones de punto caliente.
La Figura 22A muestra una vista en planta de un módulo 2200 convencional que utiliza conexiones 2201 de cinta tradicionales, bajo condiciones de punto caliente. En este punto, el sombreado 2202 en una célula 2204 da como resultado que se localice calor en esa única célula.
En contraste, la Figura 22B muestra una vista en planta de un módulo que utiliza expansión térmica, también bajo condiciones de punto caliente. En este punto, el sombreado 2250 en la célula 2252 genera calor dentro de esa célula. Este calor, sin embargo, se extiende a otras células 2254 eléctrica y térmicamente unidas dentro del módulo 2256.
Se observa adicionalmente que el beneficio de la reducción en corriente disipada se multiplica para células solares múltiples cristalinas. Tales células múltiples cristalinas se conoce que rinden de manera pobre bajo condiciones de punto caliente debido a un alto nivel de interfaces defectuosas.
Como se ha indicado anteriormente, ejemplos particulares pueden emplear apilamiento de células cortadas biseladas. En tales casos, existe una ventaja de expansión térmica para reflejar, a lo largo de la línea de unión entre cada célula con la célula adyacente.
Esto maximiza la longitud de unión de cada junta solapante. Puesto que la junta de unión es la interfaz principal para expansión de calor de célula a célula, maximizar esta longitud puede asegurar que se obtiene la expansión de calor óptima.
La Figura 23A muestra un ejemplo de una distribución 2300 de cadena de súper células con células 2302 biseladas. En esta configuración, las células biseladas están orientadas en una misma dirección, y por lo tanto todas las rutas de conducción de juntas unidas son la misma (125 mm).
El sombreado 2306 en una célula 2304 da como resultado la polarización inversa de esa célula. Se expande calor con células adyacentes. Los extremos 2304a no unidos de la célula biselada se vuelven los más calientes debido a una longitud de conducción más larga a la siguiente célula.
La Figura 23B muestra otro ejemplo de una distribución de cadena 2350 de súper células con células 2352 biseladas. En esta configuración, las células biseladas están orientadas en diferentes direcciones, con alguno de los bordes largos de las células biseladas enfrentándose entre sí. Esto da como resultado rutas de conducción de junta unidas de dos longitudes: 125 mm y 156 mm.
Donde una célula 2354 experimenta sombreado 2356, la configuración de la Figura 23B muestra expansión térmica mejorada a lo largo de la longitud de unión más larga. La Figura 23B por lo tanto muestra la expansión térmica en una súper célula con células biseladas que se enfrentan entre sí.
El análisis anterior se ha centrado en ensamblar una pluralidad de células solares (que pueden ser células solares cortadas) en una manera apilada en un sustrato común. Esto da como resultado la formación de un módulo que tiene una interconexión eléctrica única - caja de conexiones (o caja j).
Para recoger suficiente cantidad de energía solar para que sea útil, sin embargo, una instalación típicamente comprende un número de tales módulos que se ensamblan juntos ellos mismos. De acuerdo con ejemplos, una pluralidad de módulos de célula solar pueden ensamblarse también en una manera apilada para aumentar la eficiencia de área de una serie.
En ejemplos particulares, un módulo puede presentar una cinta conductora superior que se enfrenta a una dirección de energía solar, y una cinta conductora inferior que se enfrenta lejos de la dirección de la energía solar.
La cinta inferior está enterrada debajo de las células. Por lo tanto, no bloquea luz entrante ni impacta de manera adversa una eficiencia de área del módulo. En contraste, la cinta superior está expuesta y puede bloquear la luz entrante e impactar de manera adversa la eficiencia.
De acuerdo con ejemplos los mismos módulos pueden apilarse, de manera que la cinta superior está cubierta por el módulo vecino. La Figura 24 muestra una vista en sección transversal simplificada de una disposición 2400 de este tipo, donde una porción 2401 terminal de un módulo 2402 adyacente, sirve para solapar la cinta 2404 superior de un módulo 2406 inmediato. Cada módulo por sí mismo comprende una pluralidad de células 2407 solares biseladas. La cinta 2408 inferior del módulo 2406 inmediato está enterrada. Está localizada en un lado elevado del módulo apilado inmediato para solapar al siguiente módulo apilado adyacente.
Esta configuración de módulo apilado podría proporcionar también área adicional en el módulo para otros elementos, sin impactar de manera adversa un área expuesta final de la serie modular. Ejemplos de elementos de módulo que pueden posicionarse en regiones solapantes pueden incluir pero sin limitación, cajas de conexiones (cajas j) 2410 y/o cintas de bus.
La Figura 25 muestra otro ejemplo de una configuración 2500 de módulo apilado. En este punto, las cajas j 2502, 2504 de los respectivos módulos 2506 y 2508 apilados adyacentes están en una disposición 2510 emparejada para conseguir conexión eléctrica entre ellas. Esto simplifica la configuración de la serie de módulos apilados eliminando el cableado.
En ciertos ejemplos, las cajas j podrían reforzarse y/o combinarse con separadores estructurales adicionales. Una configuración de este tipo podría crear una solución de bastidor de montaje en tejado de módulo inclinado integrado, donde una dimensión de la caja de conexiones determina una inclinación. Una implementación de este tipo puede ser particularmente útil donde una serie de módulos apilados están montados en un tejado plano.
Donde los módulos comprenden un sustrato de vidrio y una cubierta de vidrio (módulos de vidrio-vidrio), los módulos podrían usarse sin miembros de marco adicional reduciendo una longitud de módulo global (y por lo tanto una longitud expuesta L resultante del apilamiento). Tal reducción permitiría que los módulos de la serie inclinada sobrevivan a cargas físicas esperadas (por ejemplo, un límite de carga de nieve de 5400 Pa), sin fractura bajo la tensión.
Se destaca que el uso de las estructuras de súper célula que comprenden una pluralidad de células solares individuales montadas en una manera apilada, acomodan fácilmente cambiar la longitud del módulo para cumplir una longitud dictada específica por requisitos de carga física y otros.
La Figura 26 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica de ejemplo de los contactos eléctricos de terminal de superficie (lado del sol) frontal de una súper célula apilada a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo. Los contactos de terminal de superficie
frontal de la súper célula apilada pueden estar localizados adyacentes a un borde del módulo.
La Figura 26 muestra el uso de una interconexión 400 flexible para contactar eléctricamente un contacto de extremo de superficie frontal de una súper célula 100. En el ejemplo ilustrado, la interconexión 400 flexible comprende una porción 9400A de cinta que recorre paralela y adyacente a un extremo de la súper célula 100 y dedos 9400B que se extienden perpendicularmente a la porción de cinta para contactar el patrón de metalización de superficie frontal (no mostrado) de la célula solar de extremo en la súper célula, a la que están unidos de manera conductora. Un conductor 9410 de cinta unido de manera conductora a la interconexión 9400 pasa detrás de la súper célula 100 para conectar eléctricamente la interconexión 9400 a los componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie trasera del módulo solar del cual es una parte la súper célula. Una película de aislamiento 9420 puede estar dispuesta entre el conductor 9410 y la superficie de borde y trasera de la súper célula 100 para aislar eléctricamente el conductor 9410 de cinta de la súper célula 100. La interconexión 400 puede plegarse opcionalmente alrededor del borde de la súper célula de modo que la porción 9400A de cinta radica detrás o parcialmente detrás de la súper célula. En tales casos se proporciona típicamente una capa de aislamiento eléctrico entre la interconexión 400 y las superficies de borde y trasera de la súper célula 100.
La interconexión 400 puede estar cortada en molde a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y puede generarse en patrones de manera opcional para aumentar su conformidad mecánica tanto perpendicular a, como paralela al borde de la súper célula para reducir o adaptar la tensión perpendicular y paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y el de la súper célula. Tal generación de patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras, u orificios (no mostrados). La conformidad mecánica de la interconexión 400, y su unión a la súper célula, deberían ser suficientes para que la conexión a la súper célula sobreviva a la tensión que surge del desajuste de CTE durante el proceso de laminación descrito en más detalle a continuación. La interconexión 400 puede unirse a la súper célula con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor mecánicamente compatible como se ha descrito anteriormente para su uso al unir células solares solapadas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede estar localizado únicamente en posiciones discretas a lo largo del borde de la súper célula (por ejemplo, correspondiendo a las localizaciones de almohadillas de contacto discretas en la célula solar de extremo) en lugar de una línea continua que extiende sustancialmente la longitud del borde de la súper célula, para reducir o adaptar la tensión paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o la interconexión y de el de la súper célula.
La interconexión 400 puede cortarse de una lámina de cobre delgada, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las súper células 100 se forman de células solares que tienen áreas más pequeñas que las células solares de silicio convencionales y por lo tanto operan a corrientes inferiores que lo que es convencional. Por ejemplo, las interconexiones 400 pueden estar formadas de lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros. Una interconexión 400 puede ser suficientemente delgada para adaptar la tensión perpendicular y paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y la de la súper célula incluso sin estar en patrones como se ha descrito anteriormente. El conductor 9410 de cinta puede estar formado de cobre, por ejemplo.
La Figura 27 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica de ejemplo de dos o más súper células apiladas en paralelo, con los contactos eléctricos de terminal de superficie frontal (lado del sol) de las súper células conectados entre sí y a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo. Los contactos de terminal de superficie frontal de las súper células apiladas pueden estar localizados adyacentes a un borde del módulo.
La Figura 27 muestra el uso de dos interconexiones 400 flexibles, como se acaba de describir, para hacer contacto eléctrico a los contactos de terminal de superficie frontal de dos súper células 100 adyacentes. Un bus 9430 que recorre paralelo y adyacente a los extremos de las súper células 100 está unido de manera conductora a las dos interconexiones flexibles para conectar eléctricamente las súper células en paralelo. Este esquema puede extenderse para interconectar súper células 100 adicionales en paralelo, según se desee. El bus 9430 puede estar formado de cinta de cobre, por ejemplo.
De manera similar a como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 26, las interconexiones 400 y el bus 9430 pueden plegarse opcionalmente alrededor del borde de las súper células de modo que las porciones 9400A de cinta y el bus 9430 radican detrás o parcialmente detrás de las súper células. En tales casos se proporciona típicamente una capa eléctricamente aislante entre las interconexiones 400 y las superficies de borde y trasera de las súper células 100 y entre el bus 9430 y las superficies de borde y trasera de las súper células 100.
La Figura 28 muestra un diagrama de la superficie trasera (sombreada) de un módulo solar que ilustra otra interconexión eléctrica de ejemplo de dos o más súper células apiladas en paralelo, con los contactos eléctricos de terminal de superficie frontal (lado del sol) de las súper células conectados entre sí y a una caja de conexiones en el lado trasero del módulo. Los contactos de terminal de superficie frontal de las súper células apiladas pueden estar
localizados adyacentes a un borde del módulo.
La Figura 28 muestra el uso de otra interconexión 9440 flexible de ejemplo para contactar eléctricamente un contacto de extremo de superficie frontal de una súper célula 100. En este ejemplo, la interconexión 9440 flexible comprende una porción 9440A de cinta que recorre paralela y adyacente a un extremo de la súper célula 100, dedos 9440b que se extienden perpendicularmente a la porción de cinta para contactar el patrón de metalización de superficie frontal (no mostrado) de la célula solar de extremo en la súper célula, a la que están unidos de manera conductora, y los dedos 9440C que se extienden perpendicularmente a la porción de cinta y detrás de la súper célula. Los dedos 9440C están unidos de manera conductora a un bus 9450. El bus 9450 recorre paralelo y adyacente al extremo de la súper célula 100 a lo largo de la superficie trasera de la súper célula 100, y puede extenderse para solapar súper células adyacentes a las que puede estar conectado eléctricamente de manera similar, conectando de esta manera las súper células en paralelo. El conductor 9410 de cinta unido de manera conductora al bus 9450 interconecta eléctricamente las súper células a componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie trasera del módulo solar. Pueden proporcionarse películas 9420 de aislamiento eléctrico entre los dedos 9440C y las superficies de borde y trasera de la súper célula 100, entre el bus 9450 y la superficie trasera de la súper célula 100, y entre el conductor 9410 de cinta y la superficie trasera de la súper célula 100.
La interconexión 9440 puede estar cortada en molde a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y puede generarse en patrones de manera opcional para aumentar su conformidad mecánica tanto perpendicular a, como paralela al borde de la súper célula para reducir o adaptar la tensión perpendicular y paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y el de la súper célula. Tal generación de patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras, u orificios (no mostrados). La conformidad mecánica de la interconexión 9440, y su unión a la súper célula, deberían ser suficientes para que la conexión a la súper célula sobreviva a la tensión que surge del desajuste de CTE durante el proceso de laminación descrito en más detalle a continuación. La interconexión 9440 puede unirse a la súper célula con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor mecánicamente compatible como se ha descrito anteriormente para su uso al unir células solares solapadas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede estar localizado únicamente en posiciones discretas a lo largo del borde de la súper célula (por ejemplo, correspondiendo a las localizaciones de almohadillas de contacto discretas en la célula solar de extremo) en lugar de una línea continua que extiende sustancialmente la longitud del borde de la súper célula, para reducir o adaptar la tensión paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o la interconexión y de el de la súper célula.
La interconexión 9440 puede cortarse de una lámina de cobre delgada, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las súper células 100 se forman de células solares que tienen áreas más pequeñas que las células solares de silicio convencionales y por lo tanto operan a corrientes inferiores que lo que es convencional. Por ejemplo, las interconexiones 9440 pueden estar formadas de lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros. Una interconexión 9440 puede ser suficientemente delgada para adaptar la tensión perpendicular y paralela al borde de la súper célula que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y la de la súper célula incluso sin estar en patrones como se ha descrito anteriormente. El bus 9450 puede estar formado de cinta de cobre, por ejemplo.
Los dedos 9440C pueden unirse al bus 9450 después de que los dedos 9440B se unen a la superficie frontal de la súper célula 100. En tales casos, los dedos 9440C pueden estar doblados lejos de la superficie trasera de la súper célula 100, por ejemplo perpendicularmente a la súper célula 100, cuando están unidos al bus 9450. Posteriormente, los dedos 9440C pueden doblarse para recorrer a lo largo de la superficie trasera de la súper célula 100 como se muestra en la Figura 28.
La Figura 29 muestra diagramas en transversal y en perspectiva fragmentarios de dos súper células que ilustran el uso de una interconexión flexible rodeada entre extremos solapantes de súper células adyacentes para conectar eléctricamente las súper células en serie y para proporcionar una conexión eléctrica a una caja de conexiones. La Figura 29A muestra una vista ampliada de un área de interés en la Figura 29.
La Figura 29 y la Figura 29A muestran el uso de una interconexión 2960 flexible de ejemplo parcialmente rodeada entre y que interconecta eléctricamente los extremos solapantes de dos súper células 100 para proporcionar una conexión eléctrica al contacto de extremo de superficie frontal de una de las súper células y al contacto de extremo de superficie trasera de la otra súper célula, interconectando de esta manera las súper células en serie. En el ejemplo ilustrado, la interconexión 2960 se oculta de la vista de la parte frontal del módulo solar por la parte superior de las dos células solares solapantes. En otra variación, los extremos adyacentes de las dos súper células no solapan y la porción de interconexión 2960 conectada al contacto de extremo de superficie frontal de una de las dos súper células puede ser visible de la superficie frontal del módulo solar. Opcionalmente, en tales variaciones la porción de la interconexión que es visible de otra manera de la parte frontal del módulo puede cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre las interconexiones y las súper células, como se percibe por un ser humano que tiene visión de color normal. La interconexión 2960 puede extenderse paralela a los bordes adyacentes de las dos súper células más allá de los bordes laterales de las súper células para conectar
eléctricamente el par de súper células en paralelo con un par dispuesto de manera similar de súper células en una fila adyacente.
Un conductor 2970 de cinta puede estar conductivamente unido a la interconexión 2960 como se muestra para conectar eléctricamente los extremos adyacentes de las dos súper células a los componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie trasera del módulo solar. En otra variación (no mostrada) un conductor 2970 de cinta puede estar eléctricamente conectado al contacto de superficie trasera de una de las súper células solapantes lejos de sus extremos solapantes, en lugar de estar unido de manera conductora a una interconexión 2960. Esa configuración puede proporcionar también una derivación oculta a uno o más diodos de derivación u otros componentes eléctricos en la superficie trasera del módulo solar.
La interconexión 2960 puede estar opcionalmente cortada en molde a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y puede estar opcionalmente en patrones para aumentar su conformidad mecánica tanto perpendicular a como paralela a los bordes de las súper células para reducir o adaptar la tensión perpendicular y paralela a los bordes de las súper células que surge del desajuste entre el CTE de la interconexión y el de las súper células. Tal generación de patrones puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras (como se muestra) u orificios. La conformidad mecánica de la interconexión flexible, y sus uniones a las súper células, debería ser suficiente para que las súper células interconectadas sobrevivan a la tensión que surge del desajuste de CTE durante el proceso de laminación descrito en más detalle a continuación. La interconexión flexible puede unirse a las súper células con, por ejemplo, un material de conformidad mecánica de unión eléctricamente conductor como se ha descrito anteriormente para su uso al unir células solares solapadas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede estar localizado únicamente en posiciones discretas a lo largo de los bordes de las súper células en lugar de en una línea continua que extiende sustancialmente la longitud del borde de las súper células, para reducir o adaptar la tensión paralela al borde de las súper células que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o la interconexión y de el de la súper célula. La interconexión 2960 puede cortarse a partir de una lámina de cobre delgada, por ejemplo.
Ejemplos y realizaciones pueden incluir una o más características descritas en los siguientes documentos de Publicación de Patente de Estados Unidos: Publicación de Patente de Estados Unidos N.° 2014/0124013; y Publicación de Patente de Estados Unidos N.° 2014/0124014, ambas de las cuales se incorporan por referencia en su totalidad en el presente documento para todos los fines.
Esta memoria descriptiva desvela módulos solares de alta eficiencia que comprenden células solares de silicio dispuestas en una manera apilada y eléctricamente conectadas en serie para formar súper células, con las súper células dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Las súper células pueden tener longitudes que abarcan esencialmente la longitud o anchura completa del módulo solar, por ejemplo, o dos o más súper células pueden estar dispuestas extremo a extremo en una fila. Esta disposición oculta las interconexiones eléctricas de célula solar a célula solar, y puede usarse por lo tanto para crear un módulo solar visualmente atractivo con poco o ningún contraste entre células solares conectadas en serie adyacentes.
Una súper célula puede comprender cualquier número de células solares, que incluyen en algunos ejemplos y realizaciones al menos diecinueve células solares y en ciertos ejemplos y realizaciones mayores o iguales a 100 células solares de silicio, por ejemplo. Pueden desearse contactos eléctricos en localizaciones intermedias a lo largo de una súper célula para segmentar eléctricamente la súper célula en dos o más segmentos conectados en serie mientras se mantiene una súper célula físicamente continua. Esta memoria descriptiva desvela disposiciones en las que tales conexiones eléctricas están fabricadas para las almohadillas de contacto de superficie trasera de una o más células solares de silicio en la súper célula para proporcionar puntos de derivación eléctrica que están ocultos de la vista de la parte frontal del módulo solar, y por lo tanto denominados en el presente documento como "derivaciones ocultas". La derivación oculta es la conexión eléctrica entre la parte trasera de la célula solar y una interconexión conductora.
Esta memoria descriptiva también desvela el uso de interconexiones flexibles para interconectar eléctricamente las almohadillas de contacto de terminal de súper célula de superficie frontal, almohadillas de contacto de terminal de súper célula de superficie trasera o almohadillas de contacto de derivación ocultas a otras células solares o a otros componentes eléctricos en el módulo solar.
Además, esta memoria descriptiva desvela el uso de un adhesivo eléctricamente conductor para unir directamente células solares adyacentes unidas entre sí en una súper célula para proporcionar uniones eléctricamente conductoras de conformidad mecánica que adaptan un desajuste en expansión térmica entre las súper células y una lámina frontal de vidrio del módulo solar, en combinación con el uso de un adhesivo eléctricamente conductor para unir interconexiones flexibles a las súper células con uniones mecánicamente rígidas que fuerzan las interconexiones flexibles para adaptar un desajuste en la expansión térmica entre interconexiones flexibles y las súper células. Esto evita daño al módulo solar que tendría lugar de otra manera como resultado de ciclo térmico del módulo solar.
Como se describe adicionalmente a continuación, pueden usarse las conexiones eléctricas para ocultar almohadillas de contacto de derivación para conectar eléctricamente segmentos de una súper célula en paralelo con correspondientes segmentos de una o más súper células en filas adyacentes, y/o para proporcionar conexiones eléctricas al circuito de módulo solar para diversas aplicaciones que incluyen, pero sin limitación, optimización de potencia (por ejemplo, diodos de derivación, micro-inversores de CA/CC, convertidores de CC/CC) y aplicaciones de fiabilidad.
El uso de derivaciones ocultas como se acaba de describir puede potenciar adicionalmente la apariencia estética del módulo solar proporcionando en combinación con las conexiones de célula a célula ocultas una apariencia sustancialmente toda negra para el módulo solar, y puede aumentar también la eficiencia del módulo solar permitiendo que se rellene una porción mayor del área superficial del módulo por las áreas activas de las células solares.
Volviendo ahora a las figuras para un entendimiento más detallado de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la Figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de células solares 10 conectadas en serie dispuestas en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapantes y eléctricamente conectados para formar una súper célula 100. Cada célula solar 10 comprende una estructura de diodo de semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo de semiconductor mediante la cual la corriente eléctrica generada en la célula solar 10 cuando se ilumina por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada célula solar 10 es una célula solar de silicio cristalino rectangular que tiene patrones de metalización de superficie frontal (lado del sol) y trasera (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de superficie frontal está dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de superficie trasera está dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p. Sin embargo, pueden usarse si son adecuados otros sistemas de material, estructuras de diodo, dimensiones físicas, o disposiciones de contacto eléctrico. Por ejemplo, el patrón de metalización de superficie frontal (lado del sol) puede estar dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p, y el patrón trasero (lado sombreado) de metalización de superficie dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en súper célula 100, las células solares 10 adyacentes están unidas de manera conductora directamente entre sí en la región en la que solapan por un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar al patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar adyacente. Los materiales de unión de conducción eléctricamente adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos eléctricamente conductores y películas adhesivas y cintas adhesivas eléctricamente conductoras, y soldadores convencionales.
Las Figuras 31AA y la Figura 31A muestran el uso de una interconexión 3160 flexible de ejemplo parcialmente rodeada entre y que interconecta eléctricamente los extremos solapantes de dos súper células 100 para proporcionar una conexión eléctrica al contacto de extremo de superficie frontal de una de las súper células y al contacto de extremo de superficie trasera de la otra súper célula, interconectando de esta manera las súper células en serie. En el ejemplo ilustrado, la interconexión 3160 se oculta de la vista de la parte frontal del módulo solar por la parte superior de las dos células solares solapantes. En otra variación, los extremos adyacentes de las dos súper células no solapan y la porción de interconexión 3160 conectada al contacto de extremo de superficie frontal de una de las dos súper células puede ser visible de la superficie frontal del módulo solar. Opcionalmente, en tales variaciones la porción de la interconexión que es visible de otra manera de la parte frontal del módulo puede cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre las interconexiones y las súper células, como se percibe por un ser humano que tiene visión de color normal. La interconexión 3160 puede extenderse paralela a los bordes adyacentes de las dos súper células más allá de los bordes laterales de las súper células para conectar eléctricamente el par de súper células en paralelo con un par dispuesto de manera similar de súper células en una fila adyacente.
Un conductor 3170 de cinta puede estar conductivamente unido a la interconexión 3160 como se muestra para conectar eléctricamente los extremos adyacentes de las dos súper células a los componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie trasera del módulo solar. En otra variación (no mostrada) un conductor 3170 de cinta puede estar eléctricamente conectado al contacto de superficie trasera de una de las súper células solapantes lejos de sus extremos solapantes, en lugar de estar unido de manera conductora a una interconexión 3160. Esa configuración puede proporcionar también una derivación oculta a uno o más diodos de derivación u otros componentes eléctricos en la superficie trasera del módulo solar.
La Figura 2 muestra un módulo solar 200 rectangular de ejemplo que comprende seis súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de
tales súper células de longitud lateral a las mostradas en este ejemplo.
En otras variaciones cada una de las súper células puede tener una longitud aproximadamente igual a la longitud de un lado corto de un módulo solar rectangular, y estar dispuestas en filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En otras disposiciones más cada fila puede comprender dos o más súper células eléctricamente interconectadas en serie. Los módulos pueden tener lados cortos que tienen una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1 metro y lados largos que tiene una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,0 metros. Puede usarse también cualesquiera otras formas adecuadas (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares.
Cada súper célula en este ejemplo comprende 72 células solares rectangulares teniendo cada una una anchura aproximadamente igual a 1/6 la anchura de una oblea cuadrada o pseudo cuadrada de 156 mm. Puede usarse también cualquier otro número adecuado de células solares rectangulares de cualesquiera otras dimensiones adecuadas.
Las células solares que tienen relaciones de aspecto largas y estrechas, menores que la de una célula solar de 156 mm x 156 mm convencional, como se ilustra, pueden emplearse ventajosamente para reducir pérdidas de potencia resistiva I2R en los módulos de célula solar desvelados en esta memoria descriptiva. En particular, el área reducida de las células solares 10 en comparación con células solares de silicio de tamaño convencional reduce la corriente producida en la célula solar, reduciendo directamente la pérdida de potencia resistiva en la célula solar y en una cadena conectada en serie de tales células solares.
Una derivación oculta a la superficie trasera de una súper célula puede estar fabricada, por ejemplo, usando una interconexión eléctrica unida de manera conductora a una o más almohadillas de contacto de derivación ocultas localizada en únicamente una porción de borde del patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar. Como alternativa, una derivación oculta puede fabricarse usando una interconexión que recorre sustancialmente la longitud completa de la célula solar (perpendicular al eje largo de la súper célula) y está unida de manera conductora a una pluralidad de almohadillas de contacto de derivación ocultas distribuidas a lo largo de la longitud de la célula solar en el patrón de metalización de superficie trasera.
La Figura 31A muestra un patrón 3300 de metalización de superficie trasera de célula solar de ejemplo adecuado para su uso con derivaciones ocultas de borde conectado. El patrón de metalización comprende un contacto 3310 eléctrico de aluminio continuo, una pluralidad de almohadillas 3315 de contacto de plata dispuestas paralelas a y adyacentes al borde de un lado largo de la superficie trasera de la célula solar, y almohadillas 3320 de contacto de derivación oculta de plata cada una dispuesta paralela a un borde adyacente de uno de los lados cortos de la superficie trasera de la célula solar. Cuando la célula solar está dispuesta en una súper célula, las almohadillas 3315 de contacto están solapadas por y directamente unidas a la superficie frontal de una célula solar rectangular adyacente. Una interconexión puede unirse de manera conductora a una o a la otra de las almohadillas 3320 de contacto de derivación oculta para proporcionar una derivación oculta a la súper célula. (Pueden emplearse dos de tales interconexiones para proporcionar dos derivaciones ocultas, si se desea).
En la disposición mostrada en la Figura 31A, el flujo de corriente a la derivación oculta es a través de la metalización de célula de superficie trasera generalmente paralela a los lados largos de la célula solar al punto de agregación de interconexión (contacto 3320). Para facilitar el flujo de corriente a lo largo de esta ruta, la resistencia de la lámina de metalización de superficie trasera es preferentemente menor o igual a aproximadamente 5 Ohmios por cuadrado, o menor o igual que aproximadamente 2,5 Ohmios por cuadrado.
La Figura 31B muestra otro patrón 3301 de metalización de superficie trasera de célula solar de ejemplo adecuado para su uso con derivaciones ocultas que emplean una interconexión similar a bus a lo largo de la longitud de la superficie trasera de una célula solar. El patrón de metalización comprende un contacto 3310 eléctrico de aluminio continuo, una pluralidad de almohadillas 3315 de contacto de plata dispuestas paralelas a y adyacentes al borde de un lado largo de la superficie trasera de la célula solar, y una pluralidad de almohadillas 3325 de contacto de derivación oculta de plata dispuestas en una fila paralela a los lados largos de la célula solar y aproximadamente centradas en la superficie trasera de la célula solar. Una interconexión que recorre sustancialmente la longitud completa de la célula solar puede estar unida de manera conductora a las almohadillas 3325 de derivación oculta de contacto para proporcionar una derivación oculta a la súper célula. El flujo de corriente a la derivación oculta es principalmente a través de la interconexión similar a bus, que hace la conductividad del patrón de metalización de superficie trasera menos importante a la derivación oculta.
La localización y número de almohadillas de contacto de derivación oculta a las que interconecta la derivación oculta está unida en la superficie trasera de una célula solar afecta a la longitud de la ruta de la corriente a través de la metalización de superficie trasera de la célula solar, a las almohadillas de contacto de derivación oculta, y a la interconexión. En consecuencia la disposición de las almohadillas de contacto de derivación oculta puede seleccionarse para minimizar la resistencia a la colección de corriente en la ruta de corriente a y a través de la interconexión de derivación oculta. Además de las configuraciones mostradas en las Figuras 31A-31B (y la Figura 31C analizada a continuación), las disposiciones de almohadilla de contacto de derivación oculta adecuada pueden incluir por ejemplo una matriz de dos dimensiones, y una fila que recorre perpendicular al eje largo de la célula solar.
En el último caso la fila de almohadillas de contacto de derivación oculta pueden estar localizadas adyacentes a un borde corto de la primera célula solar, por ejemplo.
La Figura 31C muestra otro patrón 3303 de metalización de superficie trasera de célula solar de ejemplo adecuada para su uso con derivaciones ocultas conectadas en borde o derivaciones ocultas que emplean una interconexión similar a bus a lo largo de la longitud de la superficie trasera de una célula solar. El patrón de metalización comprende una almohadilla 3315 de contacto de cobre continua dispuesta paralela a y adyacente al borde de un lado largo de la superficie trasera de la célula solar, una pluralidad de dedos 3317 de cobre conectados a y que se extienden perpendicularmente de la almohadilla 3315 de contacto, y una almohadilla 3325 de contacto de derivación oculta de bus de cobre continuo que marcha paralelo a los lados largos de la célula solar y aproximadamente centrado en la superficie trasera de la célula solar. Una interconexión conectada en borde puede unirse a una porción de extremo del bus 3325 de cobre para proporcionar una derivación oculta a la súper célula. (Pueden emplearse dos de tales interconexiones en cualquier extremo de bus 3325 de cobre para proporcionar dos derivaciones ocultas, si se desea). Como alternativa, una interconexión que recorre sustancialmente la longitud completa de la célula solar puede unirse de manera conductora al bus 3325 de cobre para proporcionar una derivación oculta a la súper célula.
La interconexión empleada para formar la derivación oculta puede unirse a la almohadilla de contacto de derivación oculta en el patrón de metalización de superficie trasera mediante diferentes tipos de soldadura, adhesivo conductor o de cualquier otra manera adecuada. Para patrones de metalización que emplean almohadillas de plata como se ilustra en las Figuras 31A-31B, la interconexión puede estar formada, por ejemplo, de cobre revestido de estaño. Otro enfoque es hacer la derivación oculta directamente al contacto 3310 de superficie trasera de aluminio con un conductor de aluminio que forma una unión de aluminio a aluminio, que puede estar formada, por ejemplo, por diferentes tipos de soldadura eléctrica o láser, o adhesivo conductor. En ciertos ejemplos, los contactos pueden comprender estaño. En casos como se acaba de describir, la metalización de superficie trasera de la célula solar carecería de almohadillas 3320 de contacto de plata (Figura 31A) o 3325 (Figura 31B), pero podría unirse una interconexión de aluminio conectada en borde o similar a bus al contacto 3310 de aluminio (o estaño) en localizaciones que corresponden a aquellas almohadillas de contacto.
La expansión térmica diferencial entre interconexiones de derivación oculta (o interconexiones a contactos de terminal de súper célula de superficie frontal o trasera) y células solares de silicio, y la tensión resultante en la célula solar y la interconexión, pueden conducir a rotura u otros modos de fallo que pueden degradar el rendimiento del módulo solar. En consecuencia, si es deseable que la derivación oculta y otras interconexiones estén configuradas para adaptar tal expansión diferencial sin desarrollo de tensión significativa. Las interconexiones pueden proporcionar alivio de expansión de tensión y térmica estando formadas, por ejemplo, de materiales altamente dúctiles (por ejemplo, cobre ligero, lámina de cobre muy delgada), que están formados de materiales de coeficiente de baja expansión térmica (por ejemplo, Kovar, Invar u otras aleaciones de hierro-níquel de baja expansión térmica) o de materiales que tienen un coeficiente de expansión térmica que coincide aproximadamente con el del silicio, incorporando características de expansión geométrica dentro de plano tales como hendiduras, ranuras, orificios, o estructuras de conjunto que adaptan la expansión térmica diferencial entre la interconexión y la célula solar de silicio, y/o que emplean características geométricas fuera de plano tales como pliegues, saltos u hoyuelos que adaptan tal expansión térmica diferencial. Las porciones de las interconexiones unidas a las almohadillas de contacto de derivación oculta (o unidas a las almohadillas de contacto de terminal de superficie frontal o trasera de súper célula como se describe a continuación) pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micrómetros, menos de aproximadamente 50 micrómetros, menos de aproximadamente 30 micrómetros, o menos de aproximadamente 25 micrómetros para aumentar la flexibilidad de las interconexiones.
Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 7A, 7B-1, y 7B-2, estas figuras muestran varias configuraciones de interconexión de ejemplo, designadas por los números de referencia 400A-400U, que emplean características geométricas de alivio de la tensión y pueden ser adecuadas para su uso como interconexiones para derivaciones ocultas o para conexiones eléctricas a contactos de terminal de súper célula de superficie frontal o trasera. Estas interconexiones típicamente tienen una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de una célula solar rectangular a la que están unidas, pero pueden tener cualquier otra longitud adecuada. Las interconexiones 400A-400T de ejemplo mostradas en la Figura 7A emplean diversas características de alivio de la tensión dentro de plano. La interconexión 400U de ejemplo mostrada en la vista dentro de plano (x-y) de la Figura 7B-1 y en la vista fuera de plano (x-z) de la Figura 7B-2 emplea dobleces 3705 como características de alivio de la tensión fuera de plano en una cinta metálica delgada. Las dobleces 3705 reducen la rigidez de tensión aparente de la cinta metálica. Las dobleces permiten que el material de cinta se doble localmente en lugar de únicamente alargarse cuando la cinta está bajo tensión. Para cintas delgadas, esto puede reducir significativamente la rigidez de tensión aparente en, por ejemplo, el 90 % o más. La cantidad exacta de reducción de rigidez de tensión aparente depende de varios factores, que incluyen el número de dobleces, geometría de las dobleces, y el espesor de la cinta. Una interconexión puede emplear también características de alivio de tensión dentro de plano y fuera de plano en combinación.
Las Figuras 37A-1 a 38B-2, analizadas adicionalmente a continuación, muestran varias configuraciones de interconexión de ejemplo que emplean características geométricas de alivio de tensión dentro de plano y/o fuera de
plano y pueden ser adecuadas para su uso como interconexiones conectadas en borde para derivaciones ocultas.
Para reducir o minimizar el número de tandas de conductor necesarias para conectar cada derivación oculta, puede utilizarse también un bus de interconexión de derivación oculta. Este enfoque conecta almohadillas de contacto de derivación oculta de súper célula adyacente entre sí usando una interconexión de derivación oculta. (La conexión eléctrica es típicamente positivo a positivo o negativo a negativo, es decir la misma polaridad en cada extremo).
Por ejemplo, la Figura 32 muestra una primera interconexión 3400 de derivación oculta que recorre sustancialmente la anchura completa de una célula solar 10 en una primera súper célula 100 y unida de manera conductora a almohadillas 3325 de contacto de derivación oculta dispuestas como se muestra en la Figura 31B, y una segunda interconexión 3400 de derivación oculta que recorre la anchura completa de una correspondiente célula solar en una súper célula 100 en una fila adyacente y unida de manera conductora de manera similar a las almohadillas 3325 de contacto de derivación oculta dispuestas como se muestra en la Figura 31B. Las dos interconexiones 3400 están dispuestas en línea con y sobresaliendo opcionalmente entre sí, y pueden estar unidas de manera conductora entre sí o eléctricamente conectadas de otra manera para formar un bus que interconecta las dos súper células adyacentes. Este esquema puede extenderse a través de filas adicionales (por ejemplo, todas las filas) de súper células como se desea para formar un segmento paralelo de un módulo solar que comprende segmentos de varias súper células adyacentes. La Figura 33 muestra una vista en perspectiva de una porción de una súper célula de la Figura 32.
La Figura 35 muestra un ejemplo en el que súper células en filas adyacentes están interconectadas por una interconexión 3400 corta que abarca el hueco entre las súper células y está unida de manera conductora a una almohadilla 3320 de contacto de derivación oculta en una de la súper célula y a otra almohadilla 3320 de contacto de derivación oculta en la otra súper célula, con las almohadillas de contacto dispuestas como se muestra en la Figura 32A. La Figura 36 muestra una disposición similar en la que una interconexión corta abarca el hueco entre dos súper células en filas adyacentes y está unida de manera conductora al extremo de una porción de bus de cobre central de la metalización de superficie trasera en una de la súper célula y a un extremo adyacente de una porción de bus de cobre central de la metalización de superficie trasera de la otra súper célula, con la metalización de superficie trasera de cobre configurada como se muestra en la Figura 31C. En ambos ejemplos los esquemas de interconexión pueden extenderse a través de filas adicionales (por ejemplo, todas las filas) de súper células según se desee para formar un segmento paralelo de un módulo solar que comprende segmentos de varias súper células adyacentes.
Las Figuras 37A-1 a 37F-3 muestran vistas dentro de plano (x-y) y fuera de plano (x-z) de interconexiones 3400 de derivación oculta cortas que comprenden características 3405 de alivio de la tensión dentro de plano. (El plano x-y es el plano del patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar). En los ejemplos de las Figuras 37A-1 a 37E-2 cada interconexión 3400 comprende las pestañas 3400A y 3400B situadas en lados opuestos de una o más características de alivio de la tensión dentro de plano. Las características de alivio de tensión dentro de plano de ejemplo incluyen disposiciones de una, dos, o más formas de diamante hueco, zigzags, y disposiciones de una, dos, o más ranuras.
La expresión "característica de alivio de tensión dentro de plano" como se usa en el presente documento puede hacer referencia también al espesor o ductibilidad de la interconexión o de una porción de la interconexión. Por ejemplo, la interconexión 3400 mostrada en las Figuras 37F-1 a 37F-3 está formada de una longitud plana recta de cinta de cobre delgada u hoja de cobre que tiene un espesor T en el plano x-y de, por ejemplo, menor o igual a aproximadamente 100 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 50 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 30 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 25 micrómetros para aumentar la flexibilidad de la interconexión. El espesor T puede ser, por ejemplo, aproximadamente 50 micrómetros. La longitud L de la interconexión puede ser, por ejemplo, aproximadamente 8 centímetros (cm) y la anchura W de la interconexión puede ser, por ejemplo, aproximadamente 0,5 cm. Las Figuras 37F-3 y 37F-1 muestran, respectivamente, las vistas de superficie frontal y trasera de la interconexión en el plano x-y. La superficie frontal de la interconexión se enfrenta a la superficie trasera del módulo solar. Puesto que la interconexión puede abarcar el hueco entre dos filas paralelas de súper células en un módulo solar, una porción de la interconexión puede ser visible a través de ese hueco de la parte frontal del módulo solar. Opcionalmente, esa porción visible de la interconexión puede oscurecerse, por ejemplo, revestirse con una capa polimérica negra, para reducir su visibilidad. En el ejemplo ilustrado, una porción 3400C central de la superficie frontal de la interconexión que tiene una longitud L2 de aproximadamente 0,5 cm está revestida con una capa polimérica negra delgada. Típicamente, L2 es mayor o igual que la anchura del hueco entre las filas de súper células. La capa polimérica negra puede tener un espesor de, por ejemplo, aproximadamente 20 micrómetros. Una interconexión de cinta de cobre delgada de este tipo puede emplear también opcionalmente características de alivio de tensión dentro de plano o fuera de plano como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, la interconexión puede incluir dobleces de alivio de la tensión fuera de plano como se ha descrito anteriormente con respecto a las Figuras 7B-1 y 7B-2.
Las Figuras 38A-1 a 38B-2 muestran vistas dentro de plano (x-y) y fuera de plano (x-z) de interconexiones 3400 de derivación oculta cortas que comprenden características 3407 de alivio de la tensión fuera de plano. En los ejemplos cada interconexión 3400 comprende pestañas 3400A y 3400B situadas en lados opuestos de una o más características de alivio de la tensión fuera de plano. Las características de alivio de tensión fuera de plano de
ejemplo incluyen disposiciones de una, dos, o más dobleces, pliegues, hoyuelos, saltos o crestas.
Los tipos y disposiciones de características de alivio de la tensión ilustradas en las Figuras 37A-1 a 37E-2 y 38A-1 a 38B-2, y los espesores de cinta de interconexión anteriormente descritos con respecto a las Figuras 37F-1 a 37F-3, pueden emplearse también en interconexiones de derivación oculta largas como se ha descrito anteriormente y en interconexiones unidas a los contactos de terminal de superficie trasera o frontal de súper célula, según sea adecuado. Una interconexión puede comprender tanto características de alivio de tensión dentro de plano como fuera de plano en combinación. Las características de alivio de la tensión dentro de plano y fuera de plano están diseñadas para reducir o minimizar los efectos de tensión y estrés en la junta de la célula solar y crear de esta manera conexiones eléctricas altamente fiables y resistentes.
Las Figuras 39A-1 y 39A-2 muestran configuraciones de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden alineación de almohadilla de contacto de célula y las características de alineación de borde de súper célula para facilitar la automatización, facilidad de fabricación y precisión de colocación. Las Figuras 39B-1 y 39B-2 muestran una configuración de ejemplo para interconexiones de derivación oculta cortas que comprenden longitudes de pestaña asimétricas. Tales interconexiones asimétricas pueden usarse en orientaciones opuestas para evitar el solapamiento de conductores que recorren paralelos al eje largo de las súper células. (Véase el análisis de las Figuras 42A-42B a continuación).
Las derivaciones ocultas como se describe en el presente documento pueden formar las conexiones eléctricas necesarias en distribución modular para proporcionar un circuito eléctrico de módulo deseado. Las conexiones de derivación ocultas pueden fabricarse, por ejemplo, a intervalos de 12, 24, 36, o 48 células solares a lo largo de una súper célula, o en cualquier otro intervalo adecuado. El intervalo entre derivaciones ocultas puede determinarse basándose en la aplicación.
Cada súper célula típicamente comprende un contacto de terminal de superficie frontal en un extremo de la súper célula y un contacto de terminal de superficie trasera en el otro extremo de la súper célula. En variaciones en las que una súper célula abarca la longitud o anchura del módulo solar, estos contactos de terminal están localizados adyacentes a bordes opuestos del módulo solar.
A la interconexión flexible puede unirse de manera conductora un contacto de terminal de superficie frontal o trasera de una súper célula para conectar eléctricamente la súper célula a otras células solares o a otros componentes eléctricos en el módulo. Por ejemplo, la Figura 34A muestra una vista en sección transversal de un módulo solar de ejemplo con una interconexión 3410 unida de manera conductora a un contacto de terminal de superficie trasera en el extremo de una súper célula. La interconexión de contacto 3410 terminal de superficie trasera puede estar o comprender, por ejemplo, una cinta u hoja de cobre delgada que tiene un espesor perpendicular a la superficie de la célula solar a la que está unido de menor o igual a aproximadamente 100 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 50 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 30 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 25 micrómetros para aumentar la flexibilidad de la interconexión. La interconexión puede tener una anchura de, por ejemplo, mayor o igual que aproximadamente 10 mm en el plano de la superficie de la célula solar en una dirección perpendicular al flujo de corriente a través de la interconexión para mejorar la conducción. Como se ilustra, una interconexión de contacto 3410 de terminal de superficie trasera puede radicar detrás las células solares, con ninguna porción de la interconexión que se extiende más allá de la súper célula en la dirección paralela a la fila de la súper célula.
Pueden usarse interconexiones similares para conectar a los contactos de terminal de superficie frontal. Como alternativa, para reducir el área de la superficie frontal del módulo solar ocupada por las interconexiones de terminal de superficie frontal, una interconexión de superficie frontal puede comprender una porción flexible delgada directamente unida a la súper célula y una porción más gruesa que proporciona una conductividad superior. Esta disposición reduce la anchura de la interconexión necesaria para conseguir una conductividad deseada. La porción más gruesa de la interconexión puede ser una porción integral de la interconexión, por ejemplo, o puede ser una pieza separada unida a la porción más delgada de la interconexión. Por ejemplo, cada una de las Figuras 34B-34C muestra una vista en sección transversal de una interconexión 3410 de ejemplo unida de manera conductora a un contacto de terminal de superficie frontal en un extremo de una súper célula. En ambos ejemplos una porción 3410A flexible delgada de la interconexión directamente unida a la súper célula comprende una cinta u hoja de cobre delgada que tiene un espesor perpendicular a la superficie de la célula solar a la que está unido de menor o igual a aproximadamente 100 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 50 micrómetros, menor o igual a aproximadamente 30 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 25. Una porción 3410B de cinta de cobre más gruesa de la interconexión está unida a la porción 3410A delgada para mejorar la conductividad de la interconexión. En la Figura 34B, una cinta 3410C eléctricamente conductora en la superficie trasera de la porción 3410A de interconexión delgada une la porción de interconexión delgada a la súper célula y a la porción 3410B de interconexión gruesa. En la Figura 34C, la porción 3410A de interconexión gruesa está unida a la porción 3410B de interconexión gruesa con un adhesivo 3410D eléctricamente conductor y unido a la súper célula con un adhesivo 3410E eléctricamente conductor. Los adhesivos 3410D y 3410E eléctricamente conductores pueden ser iguales o diferentes. El adhesivo 3410E eléctricamente conductor puede ser, por ejemplo, una soldadura.
Los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva pueden comprender una estructura de laminado como se muestra en la Figura 34A, con súper células y uno o más materiales 3610 encapsulantes rodeados entre una lámina 3620 frontal transparente y una lámina 3630 trasera. La lámina frontal transparente puede ser vidrio, por ejemplo. La lámina trasera puede también ser vidrio, o cualquier otro material adecuado. Una tira adicional de encapsulante puede estar dispuesta entre una interconexión 3410 de terminal de superficie trasera y la superficie trasera de la súper célula, como se ilustra.
Como se ha indicado anteriormente, las derivaciones ocultas permiten una estética modular "todo negra". Puesto que estas conexiones están fabricadas con conductores que son típicamente altamente reflectores, normalmente serían de alto contraste a las células solares fijadas. Sin embargo, formando las conexiones en la superficie trasera de las células solares y encaminando también otros conductores en el circuito de módulo solar detrás de las células solares se ocultan de la vista los diversos conductores. Esto permite múltiples puntos de conexión (derivaciones ocultas) mientras aún se mantiene la apariencia "toda negra".
Las derivaciones ocultas pueden usarse para formar diversas distribuciones de módulo. En el ejemplo de la Figura 40 (distribución física) y la Figura 41 (diagrama esquemático de eléctrico), un módulo solar comprende seis súper células cada una de las cuales recorre la longitud del módulo. Las almohadillas de contacto de derivación oculta y las interconexiones 3400 cortas segmentan cada súper célula en tercios y conectan eléctricamente segmentos de súper célula adyacentes en paralelo, formando de esta manera tres grupos de segmentos de súper célula conectadas en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con uno diferente de los diodos 1300A- 1300C de derivación incorporados en (embebidos en) la construcción de laminado del módulo. Los diodos de derivación pueden estar localizados, por ejemplo, directamente por detrás de súper células o entre súper células. Los diodos de derivación pueden estar localizados aproximadamente a lo largo de una línea central del módulo solar paralelo a los lados largos del módulo solar, por ejemplo.
En el ejemplo de la Figuras 42A-42B (que corresponden también al esquema de la Figura 41), un módulo solar comprende seis súper células cada una de las cuales recorre la longitud del módulo. Las almohadillas de contacto de derivación oculta y las interconexiones 3400 cortas segmentan cada súper célula en tercios y conectan eléctricamente segmentos de súper célula adyacentes en paralelo, formando de esta manera tres grupos de segmentos de súper célula conectadas en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con uno diferente de los diodos 1300A-1300C de derivación a través de conexiones 1500A-1500C de bus, que están localizadas detrás de las súper células y conectan las almohadillas de contacto de derivación oculta e interconexiones cortas a los diodos de derivación localizados en la parte trasera del módulo dentro de una caja de conexiones.
La Figura 42B proporciona una vista detallada de la conexión de interconexiones 3400 de derivación oculta cortas y los conductores 1500B y 1500C. Como se representa estos conductores no solapan entre sí. En el ejemplo ilustrado esto se activa por el uso de interconexiones 3400 asimétricas dispuestas en orientaciones opuestas. Un enfoque alternativo para evitar el solapamiento de los conductores es emplear una primera interconexión 3400 simétrica que tiene pestañas de una longitud y una segunda interconexión 3400 simétrica que tiene pestañas de una longitud diferente.
En el ejemplo de la Figura 43 (que también corresponde al esquema de la Figura 41), un módulo solar está configurado de manera similar como se muestra en la Figura 42A excepto que las interconexiones 3400 derivadas ocultas forman buses continuos que recorren sustancialmente la anchura completa del módulo solar. Cada bus puede ser una única interconexión 3400 larga unida de manera conductora a la metalización de superficie trasera de cada súper célula. Como alternativa, el bus puede comprender múltiples interconexiones individuales, abarcando cada una una única súper célula, unida de manera conductora entre sí o interconectada eléctricamente de otra manera como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 41. La Figura 43 también muestra las interconexiones 3410 de terminal de súper célula que forman un bus continuo a lo largo de un extremo del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos de terminal de superficie frontal de las súper células, e interconexiones 3410 de terminal de súper célula adicionales que forman un bus continuo a lo largo del extremo opuesto del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos de terminal de superficie trasera de las súper células.
El módulo solar de ejemplo de las Figuras 44A-44B también corresponde al esquema de la Figura 41. Este ejemplo emplea interconexiones 3400 de derivación oculta cortas como en la Figura 42A e interconexiones 3410 que forman buses continuos para los contactos de terminal de superficie frontal y trasera de la súper célula, como en la Figura 43.
En el ejemplo de la Figura 47A (distribución física) y la Figura 47B (diagrama esquemático eléctrico), un módulo solar comprende seis súper células cada una de las cuales recorre la longitud completa del módulo solar. Las almohadillas de contacto de derivación oculta e interconexiones 3400 cortas segmentan cada súper célula en una sección de longitud 2/3 y una sección de longitud 1/3. Las interconexiones 3410 en el borde inferior del módulo solar (como se representa en el dibujo) interconectan las tres filas a la izquierda en paralelo entre sí, las tres filas a la derecha en paralelo entre sí, y las tres filas a la izquierda en serie con las tres filas a la derecha. Esta disposición forma tres grupos de segmentos de súper células conectadas en paralelo teniendo cada grupo de súper células una
longitud de 2/3 la longitud de una súper célula. Cada grupo está conectado en paralelo con uno diferente de los diodos 2000A-2000C de derivación. Esta disposición proporciona aproximadamente el doble de la tensión y aproximadamente la mitad de la corriente que se proporcionaría por las mismas súper células si estuvieran eléctricamente conectadas en su lugar como se muestra en la Figura 41.
Como se ha indicado anteriormente con referencia a la Figura 34A, las interconexiones unidas a los contactos de terminal de superficie trasera de súper célula pueden radicar completamente detrás de las súper células y ocultarse de la vista del lado frontal (sol) del módulo solar. Las interconexiones 3410 unidas a los contactos terminales de la superficie frontal de la súper célula pueden ser visibles en una vista trasera del módulo solar (por ejemplo, como en la Figura 43) puesto que se extienden más allá de los extremos de las súper células (por ejemplo, como en la Figura 44A) o puesto que se pliegan alrededor y bajo los extremos de las súper células.
El uso de derivaciones ocultas facilita la agrupación de pequeños números de células solares por diodo de derivación. En los ejemplos de las Figuras 48A-48B (que cada uno muestra una distribución física), un módulo solar comprende seis súper células cada una de las cuales recorre la longitud del módulo. Las almohadillas de contacto de derivación oculta y las interconexiones cortas 3400 segmentan cada súper célula en quintos y conectan eléctricamente segmentos de súper célula adyacentes en paralelo, formando de esta manera cinco grupos de segmentos de súper célula conectadas en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con uno diferente de los diodos 2100A-2100E de derivación incorporados en (embebidos en) la construcción de laminado del módulo. Los diodos de derivación pueden estar localizados, por ejemplo, directamente por detrás de súper células o entre súper células. Las interconexiones 3410 de terminal de súper célula forman un bus continuo a lo largo de un extremo del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos de terminal de superficie frontal de las súper células, y las interconexiones 3410 de terminal de súper célula adicionales forman un bus continuo a lo largo del extremo opuesto del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos de terminal de superficie trasera de las súper células. En el ejemplo de la Figura 48A, una única caja 2110 de conexiones está eléctricamente conectada a los buses de interconexión de terminal de superficie frontal y delantera por los conductores 2115A y 2115B. No hay diodos en la caja de conexiones, sin embargo, por lo que de manera alternativa (Figura 48B) los conductores 2215A y 2115B de retorno largo pueden eliminarse y la única caja 2110 de conexiones sustituirse por dos cajas 2110A-2110B de conexiones de polaridad única (+ o -) localizadas, por ejemplo, en bordes opuestos del módulo. Esto elimina la pérdida resistiva en los conductores de retorno largos.
Aunque los ejemplos descritos en el presente documento usan derivaciones ocultas para segmentar eléctricamente cada súper célula en tres o cinco grupos de células solares, estos ejemplos se pretende que sean ilustrativos pero no limitantes. Más en general, las derivaciones ocultas pueden usarse para segmentar eléctricamente una súper célula en más o menos grupos de células solares que los ilustrados, y/o en más o menos células solares por grupo a las ilustradas.
En la operación normal de los módulos solares descritos en el presente documento, sin diodo de derivación de polaridad directa y en conducción, poca o ninguna corriente fluye a través de cualquier almohadilla de contacto de derivación oculta. En su lugar, la corriente fluye a través de la longitud de cada súper célula a través de uniones conductoras de célula a célula formadas entre células solares solapantes adyacentes. En contraste, la Figura 45 muestra el flujo de corriente cuando se omite una porción del módulo solar a través de un diodo de omisión polarizado directo. Como se indica por las flechas, en este ejemplo la corriente en la súper célula más a la izquierda fluye a lo largo de la súper célula hasta que alcanza la célula solar derivada, entonces a través de esa metalización de superficie trasera de la célula solar, una almohadilla de contacto de derivación oculta (no mostrada), una interconexión 3400 a una segunda célula solar en la súper célula adyacente, otra almohadilla de contacto de derivación oculta (no mostrada) a la que está unida la interconexión en la segunda célula solar, a través de la metalización de la superficie trasera de la segunda célula solar, y a través de almohadillas de contacto de derivación oculta adicionales, interconexiones, y la metalización de superficie trasera de célula solar para alcanzar la conexión 1500 de bus al diodo de derivación. El flujo de corriente a través de las otras súper células es similar. Como es evidente a partir de la ilustración, bajo tales circunstancias las almohadillas de contacto de derivación oculta pueden conducir corriente de dos o más filas de súper células, y por lo tanto conducir una corriente mayor que la corriente generada en cualquier célula solar única en el módulo.
Típicamente no hay barra de bus, almohadilla de contacto, u otro elemento de bloqueo de luz (distinto de los dedos de metalización de superficie frontal o una porción solapante de una célula solar adyacente) en la superficie frontal de una célula solar opuesta de una almohadilla de contacto de derivación oculta. En consecuencia, si la almohadilla de contacto de derivación oculta está formada de plata en una célula solar de silicio, la eficiencia de conversión de luz de la célula solar en la región de la almohadilla de contacto de derivación oculta puede reducirse si la almohadilla de contacto de plata reduce el efecto de un campo de superficie trasera que evita la recombinación de vehículo de superficie trasera. Para evitar esta pérdida de eficiencia, típicamente la mayoría de las células solares en una súper célula no comprenden almohadillas de contacto de derivación oculta. (Por ejemplo, en algunas variaciones únicamente aquellas células solares para las que es necesaria una almohadilla de contacto de derivación oculta para un circuito de diodo de derivación comprenderán una almohadilla de contacto de derivación oculta de este tipo). Además, para adaptar la generación de corriente en células solares que incluyen almohadillas de contacto de derivación oculta a la generación de corriente en células solares que carecen de almohadillas de contacto de
derivación oculta, las células solares que comprenden almohadillas de contacto de derivación oculta pueden tener un área de colección de luz mayor que las células solares que carecen de almohadillas de contacto de derivación oculta.
Las almohadillas de contacto de derivación oculta individuales pueden tener dimensiones rectangulares de, por ejemplo, menor o igual a aproximadamente 2 mm por menor o igual a aproximadamente 5 mm.
Los módulos solares se someten a ciclo de temperatura como resultado de variaciones de temperatura en su entorno instalado, durante la operación, y durante la prueba. Como se muestra en la Figura 46A, durante tal ciclo de temperatura un desajuste en la expansión térmica entre las células solares de silicio en la súper célula y otras porciones del módulo, por ejemplo una lámina frontal de vidrio del módulo, da como resultado movimiento relativo entre la súper célula y las otras porciones del módulo a lo largo del eje largo de las filas de súper células. Este desajuste tiende a estirar o comprimir las súper células, y puede dañar las células solares o las uniones conductoras entre células solares en las súper células. De manera similar, como se muestra en la Figura 46B, durante el ciclo de temperatura un desajuste en expansión térmica entre una interconexión unida a una célula solar y la célula solar da como resultado movimiento relativo entre la interconexión y la célula solar en la dirección perpendicular a las filas de súper células. Este desajuste tensa y puede dañar las células solares, la interconexión, y la unión conductora entre ellas. Esto puede tener lugar para interconexiones unidas a almohadillas de contacto de derivación oculta y para interconexiones unidas a los contactos terminales de superficie frontal o trasera de la súper célula.
De manera similar, la carga mecánica cíclica de un módulo solar, por ejemplo durante el envío o del tiempo (por ejemplo viento y nieve), puede crear fuerzas de cizalla locales en las uniones de célula a célula dentro de una súper célula y en la unión entre una célula solar y una interconexión. Estas fuerzas de cizalla pueden dañar también el módulo solar.
Para evitar problemas que surgen del movimiento relativo entre las súper células y otras porciones del módulo solar a lo largo del eje largo de las filas de súper células, el adhesivo conductor usado para unir células solares solapantes adyacentes entre sí puede seleccionarse para formar una unión 3515 conductora flexible (Figura 46A) entre células solares solapantes que proporciona conformidad mecánica a las súper células que adapta un desajuste en expansión térmica entre las súper células y una lámina frontal de vidrio del módulo en una dirección paralela a las filas para un intervalo de temperatura de aproximadamente -40 °C a aproximadamente 100 °C sin dañar el módulo solar. El adhesivo conductor puede seleccionarse para formar uniones conductoras que tienen un módulo de cizalla a condiciones de ensayo convencionales (es decir, 25 °C) de, por ejemplo, menor o igual a aproximadamente 100 megapascales (MPa), menor o igual a aproximadamente 200 MPa, menor o igual a aproximadamente 300 MPa, menor o igual a aproximadamente 400 MPa, menor o igual a aproximadamente 500 MPa, menor o igual a aproximadamente 600 MPa, menor o igual a aproximadamente 700 MPa, menor o igual a aproximadamente 800 MPa, menor o igual a aproximadamente 900 MPa, o menor o igual a aproximadamente 1000 MPa. Las uniones conductoras flexibles entre células solares adyacentes solapantes pueden adaptar el movimiento diferencial entre cada célula y la lámina frontal de vidrio de mayor o igual a aproximadamente 15 micrómetros, por ejemplo. Adhesivos conductores adecuados pueden incluir, por ejemplo, ECM 1541-S3 disponible de Engineered Conductive Materials LLC.
Para fomentar el flujo de calor a lo largo de una súper célula, que reduce el riesgo de daño al módulo solar de puntos calientes que pueden surgir durante la operación del módulo solar si una célula solar en el módulo está polarizada a la inversa como resultado de sombreado o por alguna otra razón, las uniones conductoras entre células solares adyacentes solapantes pueden formarse con, por ejemplo, un espesor perpendicular a las células solares de menos o igual a aproximadamente 50 micrómetros y una conductividad térmica perpendicular a las células solares mayor o igual que aproximadamente 1,5 W/(metro-K).
Para evitar problemas que surgen del movimiento relativo entre una interconexión y una célula solar a la que está unida, el adhesivo conductor usado para unir la interconexión a la célula solar puede seleccionarse para formar una unión conductora entre la célula solar y la interconexión que es suficientemente rígida para forzar la interconexión para adaptar un desajuste en expansión térmica entre la célula solar y la interconexión para un intervalo de temperatura de aproximadamente -40 °C a aproximadamente 180 °C sin dañar el módulo solar. Este adhesivo conductor puede seleccionarse para formar una unión conductora que tiene un módulo de cizalla a condiciones de ensayo convencionales (es decir, 25 °C) de, por ejemplo, mayor o igual que aproximadamente 1800 MPa, mayor o igual que aproximadamente 1900 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2000 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2100 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2200 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2300 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2400 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2500 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2600 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2700 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2800 MPa, mayor o igual que aproximadamente 2900 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3000 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3100 MPa mayor o igual que aproximadamente 3200 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3300 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3400 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3500 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3600 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3700 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3800 MPa, mayor o igual que aproximadamente 3900 MPa, o mayor o igual que aproximadamente 4000 MPa. En tales variaciones la interconexión puede soportar la expansión o
contracción térmica de la interconexión de mayor o igual que aproximadamente 40 micrómetros, por ejemplo. Adhesivos conductores adecuados pueden incluir, por ejemplo, Hitachi CP-450 y soldadores.
Por lo tanto, las uniones conductoras entre células solares adyacentes solapantes dentro de una súper célula pueden utilizar un adhesivo conductor diferente que el de las uniones conductoras entre la súper célula y la interconexión eléctrica flexible. Por ejemplo, la unión conductora entre la súper célula y la interconexión eléctrica flexible puede estar formada de una soldadura, y las uniones conductoras entre células solares adyacentes solapantes formadas de un adhesivo conductor no de soldadura. En algunas variaciones, ambos adhesivos conductores pueden curarse en una etapa de proceso único, por ejemplo en una ventana de proceso de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 180 °C.
El análisis anterior se ha centrado en ensamblar una pluralidad de células solares (que pueden ser células solares cortadas) en una manera apilada en un sustrato común. Esto da como resultado la formación de un módulo.
Para recoger suficiente cantidad de energía solar para que sea útil, sin embargo, una instalación típicamente comprende un número de tales módulos que se ensamblan juntos ellos mismos. De acuerdo con ejemplos, una pluralidad de módulos de célula solar pueden ensamblarse también en una manera apilada para aumentar la eficiencia de área de una serie.
En ejemplos particulares, un módulo puede presentar una cinta conductora superior que se enfrenta a una dirección de energía solar, y una cinta conductora inferior que se enfrenta lejos de la dirección de la energía solar.
La cinta inferior está enterrada debajo de las células. Por lo tanto, no bloquea luz entrante ni impacta de manera adversa una eficiencia de área del módulo. En contraste, la cinta superior está expuesta y puede bloquear la luz entrante e impactar de manera adversa la eficiencia.
De acuerdo con ejemplos los mismos módulos pueden apilarse, de manera que la cinta superior está cubierta por el módulo vecino. Esta configuración de módulo apilado podría proporcionar también área adicional en el módulo para otros elementos, sin impactar de manera adversa un área expuesta final de la serie modular. Ejemplos de elementos de módulo que pueden posicionarse en regiones solapantes pueden incluir pero sin limitación, cajas de conexiones (cajas j) y/o cintas de bus.
En ciertos ejemplos, las cajas j de los respectivos módulos apilados adyacentes están en una disposición coincidente para conseguir conexión eléctrica entre ellas. Esto simplifica la configuración de la serie de módulos apilados eliminando el cableado.
En ciertos ejemplos, las cajas j podrían reforzarse y/o combinarse con separadores estructurales adicionales. Una configuración de este tipo podría crear una solución de bastidor de montaje en tejado de módulo inclinado integrado, donde una dimensión de la caja de conexiones determina una inclinación. Una implementación de este tipo puede ser particularmente útil donde una serie de módulos apilados están montados en un tejado plano.
Las súper células apiladas abren oportunidades únicas para distribución de módulo con respecto a dispositivos de gestión de potencia de nivel de módulo (por ejemplo, micro-inversores CC/CA, optimizadores de potencia de módulo de CC/CC, inteligencia de tensión y conmutadores inteligentes, y dispositivos relacionados). Una característica de los sistemas de gestión de potencia de nivel de módulo es la optimización de potencia. Las súper células como se han descrito y empleado en el presente documento pueden producir tensiones superiores a los paneles tradicionales. Además, la distribución de módulo de súper célula puede particionar adicionalmente el módulo. Tanto las tensiones superiores como el particionamiento aumentando crean ventajas potenciales para la optimización de potencia.
Esta memoria descriptiva desvela módulos solares de alta eficiencia (es decir, paneles solares) que comprenden células solares de silicio estrechas dispuestas en una manera apilada y eléctricamente conectadas en serie para formar súper células, con las súper células dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Las súper células pueden tener longitudes que abarcan esencialmente la longitud o anchura completa del módulo solar, por ejemplo, o dos o más súper células pueden estar dispuestas extremo a extremo en una fila. Cada súper célula puede incluir cualquier número de células solares, que incluye en algunas variaciones al menos diecinueve células solares y en ciertas variaciones mayor o igual que 100 células solares de silicio, por ejemplo. Cada módulo solar puede tener un tamaño y forma convencional e incluir aún cientos de células solares de silicio, permitiendo que las súper células en un único módulo solar estén interconectadas eléctricamente para proporcionar una tensión de corriente continua (CC) de por ejemplo, aproximadamente 90 voltios (V) a aproximadamente 450 V o más.
Como se describe adicionalmente a continuación, esta tensión de CC alta facilita la conversión de corriente continua a alterna (CA) por un inversor (por ejemplo, microinversor localizado en el módulo solar) eliminando o reduciendo la necesidad de un refuerzo de c C a CC (intensificación en tensión de CC) antes de la conversión a CA por el inversor. También como se describe adicionalmente a continuación, la alta tensión de CC también facilita el uso de disposiciones en las que se realiza conversión de CC/CA por un inversor central que recibe salida de CC de alta
tensión de dos o más módulos de célula solar apilados de alta tensión eléctricamente conectados en paralelo entre sí.
Volviendo ahora a las figuras para un entendimiento más detallado de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la Figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de células solares 10 conectadas en serie dispuestas en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapantes y eléctricamente conectados para formar una súper célula 100. Cada célula solar 10 comprende una estructura de diodo de semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo de semiconductor mediante la cual la corriente eléctrica generada en la célula solar 10 cuando se ilumina por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada célula solar 10 es una célula solar de silicio cristalino rectangular que tiene patrones de metalización de superficie frontal (lado del sol) y trasera (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de superficie frontal está dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de superficie trasera está dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p. Sin embargo, pueden usarse si son adecuados otros sistemas de material, estructuras de diodo, dimensiones físicas, o disposiciones de contacto eléctrico. Por ejemplo, el patrón de metalización de superficie frontal (lado del sol) puede estar dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p, y el patrón trasero (lado sombreado) de metalización de superficie dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en súper célula 100, las células solares 10 adyacentes están unidas de manera conductora entre sí en la región en la que solapan por un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar al patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar adyacente. Los materiales de unión de conducción eléctricamente adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos eléctricamente conductores y películas adhesivas y cintas adhesivas eléctricamente conductoras, y soldadores convencionales.
La Figura 2 muestra un módulo solar 200 rectangular de ejemplo que comprende seis súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de tales súper células de longitud lateral a las mostradas en este ejemplo. En otras variaciones cada una de las súper células puede tener una longitud aproximadamente igual a la longitud de un lado corto de un módulo solar rectangular, y estar dispuestas en filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En otras disposiciones más cada fila puede comprender dos o más súper células eléctricamente interconectadas en serie. Los módulos pueden tener lados cortos que tienen una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1 metro y lados largos que tiene una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,0 metros. Puede usarse también cualesquiera otras formas adecuadas (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares.
En algunas variaciones, las uniones conductoras entre células solares solapantes proporcionan conformidad mecánica a las súper células que adaptan un desajuste en expansión térmica entre las súper células y una lámina frontal de vidrio del módulo solar en una dirección paralela a las filas para un intervalo de temperatura de aproximadamente -40 °C a aproximadamente 100 °C sin dañar el módulo solar.
Cada súper célula en el ejemplo ilustrado comprende 72 células solares rectangulares que cada una tiene una anchura igual o aproximadamente igual a 1/6 la anchura de una oblea de silicio cuadrada o pseudo cuadrada de 156 mm convencionalmente dimensionada y una longitud igual a o aproximadamente igual a la anchura de la oblea cuadrada o pseudo cuadrada. Más en general, las células solares de silicio rectangulares empleadas en los módulos solares descritos en el presente documento pueden tener longitudes, por ejemplo, iguales o aproximadamente iguales a la anchura de una oblea de silicio cuadrada o pseudo cuadrada convencionalmente dimensionada y anchuras, por ejemplo, iguales o aproximadamente iguales a 1/M la anchura de una oblea de silicio cuadrada o pseudo cuadrada convencionalmente dimensionada, con M cualquier número entero < 20. M puede ser por ejemplo 3, 4, 5, 6 o 12. M puede ser también mayor que 20. Una súper célula puede comprender cualquier número adecuado de tales células solares rectangulares.
Las súper células en el módulo solar 200 pueden estar interconectadas en serie por interconexiones eléctricas (opcionalmente, interconexiones eléctricas flexibles) o por electrónica de potencia de nivel de módulo como se describe a continuación para proporcionar desde un módulo solar convencionalmente dimensionado una tensión más alta que la convencional, puesto que el enfoque de apilamiento recién descrito incorpora muchas más células por módulo que lo que es convencional. Por ejemplo, un módulo solar convencionalmente dimensionado que comprende súper células fabricadas de l/8 partes de células solares de silicio cortadas puede comprender por encima de 600 células solares por módulo. En comparación, un módulo solar convencionalmente dimensionado que comprende células solares de silicio convencionalmente dimensionadas e interconectadas típicamente comprende aproximadamente 60 células solares por módulo. En módulos solares de silicio convencionales, las células solares
cuadradas o pseudo cuadradas están típicamente interconectadas por cintas de cobre y espaciadas entre sí para adaptar las interconexiones. En tales casos, cortar las obleas cuadradas o pseudo cuadradas convencionalmente dimensionadas en rectángulos estrechos reduciría la cantidad total de área de célula solar activa en el módulo y por lo tanto reduciría la potencia de módulo debido a las interconexiones de célula a célula adicionales requeridas. En contraste, en los módulos solares desvelados en el presente documento la disposición apilada oculta interconexiones eléctricas de célula a célula debajo del área de célula solar activa. En consecuencia los módulos solares descritos en el presente documento pueden proporcionar tensiones de alta salida sin reducir la potencia de salida del módulo puesto que hay poco o ningún equilibrio entre la potencia de módulo y el número de células solares (y las interconexiones de célula a células requeridas) en el módulo solar.
Cuando todas las células solares están conectadas en serie, un módulo de célula solar apilada como se describe en el presente documento puede proporcionar una tensión de CC en el intervalo de aproximadamente 90 voltios a aproximadamente 450 voltios o más, por ejemplo. Como se ha indicado anteriormente, esta tensión de CC alta puede ser ventajosa.
Por ejemplo, un microinversor dispuesto en o cerca de un módulo solar puede usarse para optimización de potencia de nivel de módulo y conversión de CC a CA. Haciendo referencia ahora a la Figuras 49A- 49B, de manera convencional un microinversor 4310 recibe una entrada de CC de 25 V a 40 V de un único módulo 4300 solar y emite una salida de CD de 230 V para adaptarse a la red conectada. El microinversor típicamente comprende dos componentes principales, un refuerzo de CC/CC e inversión de CC/CA. El refuerzo de CC/CC se utiliza para aumentar la tensión de bus de CC necesaria para la conversión de CC/CA, y es típicamente el componente más costoso y con pérdidas (2 % de pérdida de eficiencia). Puesto que los módulos solares descritos en el presente documento proporcionan una salida de alta tensión, la necesidad de un refuerzo de CC/CC puede reducirse o eliminarse (Figura 49B). Esto puede reducir el coste y aumentar la eficiencia y fiabilidad del módulo solar 200.
En disposiciones convencionales que usan un inversor central ("cadena") en lugar de microinversores, los módulos solares de baja salida de CC convencionales están eléctricamente conectados en serie entre sí y al inversor de cadena. La tensión producida por la cadena de módulos solares es igual a la suma de las tensiones de módulo individuales, puesto que los módulos están conectados en serie. Un rango de tensión permisible determina el número máximo y mínimo de módulos en la cadena. El número máximo de módulos es un conjunto por los límites de tensión de módulo y la tensión de código: por ejemplo Nmáx x Voc< 600 V (norma residencial de los Estados Unidos) o Nmáx x Voc <1.000 V (norma comercial). El número mínimo de módulos en la serie se establece por la tensión de módulo y la tensión de operación mínima requerida por el inverso de cadena: Nmín x Vmp > Vmíninversor. La tensión de operación mínima (Vmíninversor) requerida por el inversor de cadena (por ejemplo, un inversor Fronius, Powerone o SMA) se encuentra típicamente entre aproximadamente 180 V y aproximadamente 250 V. Típicamente, la tensión de operación óptima para el inversor de cadena es aproximadamente 400 V.
Un módulo de célula solar apilado de alta tensión de CC único como se describe en el presente documento puede producir una tensión mayor que la tensión de operación mínima requerida por un inversor de cadena, y opcionalmente en o cerca de la tensión de operación óptima para el inversor de cadena. Como consecuencia, los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC descritos en el presente documento pueden estar eléctricamente conectados en paralelo entre sí a un inversor de cadena. Esto evita los requisitos de longitud de cadena de cadenas de módulos conectados en serie, que puede complicar el diseño e instalación del sistema. También, en una cadena conectada en serie de módulos solares el módulo de corriente más inferior domina, y el sistema no puede operar eficientemente si diferentes módulos en la cadena reciben diferente iluminación como puede ocurrir para módulos en diferentes pendientes de tejado o como resultado de sombra de árboles. Las configuraciones de módulos de alta tensión paralelos descritas en el presente documento pueden evitar estos problemas también, puesto que la corriente a través de cada módulo solar es independiente de la corriente a través de los otros módulos solares. Además, tales disposiciones no requieren necesariamente electrónica de potencia de nivel de módulo y por lo tanto pueden mejorar la fiabilidad de los módulos solares, que puede ser particularmente importante en variaciones en las que los módulos solares se despliegan en una parte superior del tejado.
Haciendo referencia ahora a la Figuras 50A-50B, como se ha descrito anteriormente, una súper célula puede recorrer aproximadamente la longitud o anchura completa del módulo solar. Para posibilitar las conexiones eléctricas a lo largo de la longitud de la súper célula, un punto de derivación eléctrica oculta (desde la vista frontal) puede estar integrado en la construcción del módulo solar. Esto puede conseguirse conectando un conductor eléctrico a la metalización de la superficie trasera de una célula solar en un extremo o localización intermedia en la súper célula. Tales derivaciones ocultas permiten la segmentación eléctrica de una súper célula, y posibilitan la interconexión de súper células o segmentos de súper células a diodos de derivación, electrónica de potencia de nivel de módulo (por ejemplo un microinversor, optimizadores de potencia, inteligencia de tensión y conmutadores inteligentes, y dispositivos relacionados), u otros componentes. El uso de derivaciones ocultas se describe adicionalmente en la Solicitud Provisional de Estados Unidos N. ° 62/081.200, Solicitud Provisional de Estados Unidos N. ° 62/133.205, y Solicitud de Estados Unidos N.° 14/674.983, cada una de las cuales se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.
En los ejemplos de la Figura 50A (una distribución física de ejemplo) y la Figura 50B (un diagrama esquemático
eléctrico de ejemplo), los módulos 200 solares ilustrados cada uno comprende seis súper células 100 eléctricamente conectadas en serie para proporcionar una alta tensión de CC. Cada súper célula está eléctricamente segmentada en varios grupos de células solares por derivaciones 4400 ocultas, con cada grupo de células solares eléctricamente conectadas en paralelo con un diodo 4410 de derivación diferente. En estos ejemplos los diodos de derivación están dispuestos dentro de la estructura de laminado del módulo solar, es decir, con las células solares en un encapsulante entre una lámina transparente de superficie frontal y una lámina de respaldo. Como alternativa, los diodos de derivación pueden estar dispuestos en una caja de conexiones localizada en una superficie trasera o borde del módulo solar, e interconectados a las derivaciones ocultas por tandas de conductor.
En los ejemplos de la Figura 51A (distribución física) y la Figura 51B (correspondiente diagrama esquemático eléctrico), el módulo solar 200 ilustrado también comprende seis súper células 100 eléctricamente conectadas en serie para proporcionar una alta tensión de CC. En este ejemplo, el módulo solar está eléctricamente segmentado entres pares de súper células conectadas en serie, con cada par de súper células eléctricamente conectadas en paralelo con un diodo de derivación diferente. En este ejemplo los diodos de derivación están dispuestos dentro de una caja 4500 de conexiones localizada en una superficie trasera del módulo solar. Los diodos de derivación podrían estar localizados en su lugar en la estructura de laminado de módulo solar o en una caja de conexiones montada en borde.
En los ejemplos de las Figuras 50A-51B, en la operación normal del módulo solar cada célula solar tiene polarización directa y todos los diodos de derivación están por lo tanto polarizados a la inversa y no conducen. Si una o más células solares en un grupo tienen polarización inversa a una tensión suficientemente alta, sin embargo, el diodo de derivación que corresponde a ese grupo se encenderá y el flujo de corriente a través del módulo polarizará las células solares polarizadas inversas. Esto evita la formación de puntos calientes peligrosos en células solares sombreadas o que funcionan incorrectamente.
Como alternativa, la funcionalidad del diodo de derivación puede conseguirse dentro de la electrónica de potencia del nivel de módulo, por ejemplo un microinversor, dispuesto en o cerca del módulo solar. (La electrónica de potencia de nivel de módulo y su uso pueden hacerse referencia también en el presente documento como dispositivos o sistemas de gestión de potencia de nivel de módulo y gestión de potencia de nivel de módulo). Tal electrónica de potencia de nivel de módulo, opcionalmente integrada con el módulo solar, puede optimizar la potencia de grupos de súper células, de cada súper célula, o de cada segmento de súper célula individual en súper células eléctricamente segmentadas (por ejemplo, operando el grupo de súper células, la súper célula, o el segmento de súper célula en su punto de potencia máximo), posibilitando de esta manera optimización de potencia discreta dentro del módulo. La electrónica de potencia de nivel de módulo puede eliminar la necesidad de cualesquiera diodos de derivación dentro del módulo ya que la electrónica de potencia puede determinar cuándo polarizar el módulo entero, un grupo específico de súper células, una o más súper células individuales específicas, y/o uno o más segmentos de súper célula específicos.
Esto puede conseguirse, por ejemplo, integrando inteligencia de tensión en el nivel de módulo. Monitorizando la salida de tensión de un circuito de célula solar (por ejemplo, una o más súper células o segmentos de súper células) en el módulo solar, un dispositivo de gestión de potencia de "conmutación inteligente" puede determinar si el circuito incluye cualesquiera células solares en derivación inversa. Si se detecta una célula solar derivada inversa, el dispositivo de gestión de potencia puede desconectar el correspondiente circuito del sistema eléctrico usando, por ejemplo, un conmutador de relé u otro componente. Por ejemplo, si la tensión de un circuito de células solar monitorizado cae por debajo de un umbral predeterminado, entonces el dispositivo de gestión de potencia apagará (circuito abierto) ese circuito. El umbral predeterminado puede ser, por ejemplo un cierto porcentaje o magnitud (por ejemplo el 20 % o 10 V) en comparación con la operación normal del circuito. La implementación de tal inteligencia de tensión puede incorporarse en productos de electrónica de potencia de nivel de módulo existentes (por ejemplo, de Enphase Energy Inc., Solaredge Technologies, Inc., Tigo Energy, Inc.) o a través de un diseño de circuito personalizado.
La Figura 52A (distribución física) y la Figura 52B (correspondiente diagrama esquemático eléctrico) muestran una arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo de un módulo solar de alta tensión que comprende súper células apiladas. En este ejemplo, el módulo solar 200 rectangular comprende seis súper células 100 apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis súper células están eléctricamente conectadas en serie para proporcionar una alta tensión de CC. La electrónica 4600 de potencia de nivel de módulo puede realizar detección de tensión, gestión de potencia y/o conversión de CC/CA para todo el módulo.
La Figura 53A (distribución física) y la Figura 53B (correspondiente diagrama esquemático eléctrico) muestran otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo de un módulo solar de alta tensión que comprende súper células apiladas. En este ejemplo, el módulo solar 200 rectangular comprende seis súper células 100 apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis súper células están eléctricamente agrupadas en tres pares de súper células conectadas en serie. Cada par de súper células está individualmente conectado a la electrónica 4600 de potencia de nivel de módulo, que puede realizar detección de tensión y optimización de potencia en los pares individuales de súper células, conectar dos o
más de ellas en serie para proporcionar una alta tensión de CC, y/o realizar conversión de CC/CA.
La Figura 54A (distribución física) y la Figura 54B (correspondiente diagrama esquemático eléctrico) muestran otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo de un módulo solar de alta tensión que comprende súper células apiladas. En este ejemplo, el módulo solar 200 rectangular comprende seis súper células 100 apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Cada súper célula está individualmente conectada con la electrónica 4600 de potencia de nivel de módulo, que puede realizar detección de tensión y optimización de potencia en cada súper célula, conectar dos o más de ellas en serie para proporcionar una alta tensión de CC, y/o realizar conversión de CC/CA.
La Figura 55A (distribución física) y la Figura 55B (correspondiente diagrama esquemático eléctrico) muestran otra arquitectura de ejemplo para la gestión de potencia de nivel de módulo de un módulo solar de alta tensión que comprende súper células apiladas. En este ejemplo, el módulo solar 200 rectangular comprende seis súper células 100 apiladas rectangulares dispuestas en seis filas que extienden la longitud de los lados largos del módulo solar. Cada súper célula está segmentada eléctricamente en dos o más grupos de células solares por derivaciones 4400 ocultas. Cada grupo de células solares resultante está individualmente conectado con la electrónica 4600 de potencia de nivel de módulo, que puede realizar detección de tensión y optimización de potencia en cada grupo de células solares, conectar una pluralidad de los grupos en serie para proporcionar una alta tensión de CC, y/o realizar conversión de CC/CA.
En algunas variaciones dos o módulos de célula solar apilados de CC de alta tensión como se describe en el presente documento están eléctricamente conectados en serie para proporcionar una salida de CC de alta tensión, que se convierte a CA por un inversor. El inversor puede ser un microinversor integrado con uno de los módulos solares, por ejemplo. En tales casos el microinversor puede ser opcionalmente un componente de gestión de electrónica de potencia de nivel de módulo que también realiza detección adicional y funciones de conexión como se ha descrito anteriormente. Como alternativa el inversor puede ser un inversor de "cadena" central como se analiza adicionalmente a continuación.
Como se muestra en la Figura 56, cuando se encadenan súper células en serie en un módulo solar pueden desplazarse ligeramente filas adyacentes de súper células a lo largo de sus ejes largos de una manera escalonada. Este escalonamiento permite que los extremos adyacentes de las filas de súper células estén eléctricamente conectados en serie por una interconexión 4700 unida a la parte superior de una súper célula y a la parte inferior de la otra, mientras se ahorra área de módulo (espacio/longitud) así como se simplifica la fabricación. Las filas de súper células adyacentes pueden desplazarse en aproximadamente 5 milímetros, por ejemplo.
La expansión térmica diferencial entre las interconexiones 4700 eléctricas y las células solares de silicio y la tensión resultante en la célula solar y la interconexión puede conducir a rotura y otros modos de fallo que pueden degradar el rendimiento del módulo solar. En consecuencia, es deseable que la interconexión sea flexible y esté configurada para adaptar tal expansión diferencial sin desarrollar tensión significativa. La interconexión pueden proporcionar alivio de expansión de tensión y térmica al estar formada, por ejemplo, de materiales altamente dúctiles (por ejemplo, cobre ligero, lámina de cobre delgada), que están formados de materiales de coeficiente de baja expansión térmica (por ejemplo, Kovar, Invar u otras aleaciones de hierro-níquel de baja expansión térmica) o de materiales que tienen un coeficiente de expansión térmica que coincide con aproximadamente el del silicio, incorporando características de expansión geométrica dentro de plano tales como hendiduras, ranuras, orificios, o estructuras de conjunto que adaptan la expansión térmica diferencial entre la interconexión y la célula solar de silicio, y/o que emplean características geométricas fuera de plano tales como pliegues, saltos u hoyuelos que adaptan tal expansión térmica diferencial. Las porciones conductoras de las interconexiones pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micrómetros, menos de aproximadamente 50 micrómetros, menos de aproximadamente 30 micrómetros, o menos de aproximadamente 25 micrómetros para aumentar la flexibilidad de las interconexiones. (La corriente generalmente baja en estos módulos solares posibilita el uso de cintas conductoras flexibles delgadas sin pérdida de potencia excesiva resultante de la resistencia eléctrica de las interconexiones delgadas).
En algunas variaciones las uniones conductoras entre una súper célula y una interconexión eléctrica flexible fuerzan la interconexión eléctrica flexible para adaptar un desajuste en expansión térmica entre la súper célula y la interconexión eléctrica flexible para un intervalo de temperatura de aproximadamente -40 °C a aproximadamente 180 °C sin dañar el módulo solar.
La Figura 7A (analizada anteriormente) muestra varias configuraciones de interconexión de ejemplo, designadas por los números 400A-400T de referencia, que emplean características geométricas de alivio de la tensión dentro de plano, y las Figuras 7B-1 y 7B-2 (también analizadas anteriormente) muestran configuraciones de interconexión de ejemplo designadas por los números 400U y 3705 de referencia que emplean características geométricas de alivio de la tensión fuera de plano. Una cualquiera o cualquier combinación de estas configuraciones de interconexión que emplean características de alivio de la tensión pueden ser adecuadas para interconectar eléctricamente súper células en serie para proporcionar una alta tensión de CC, como se describe en el presente documento.
El análisis con respecto a las Figuras 51A-55B se centra en la gestión de potencia de nivel de módulo, con posible conversión de CC/CA de una tensión de módulo de CC alta por la electrónica de potencia de nivel de módulo para proporcionar una salida de CA del módulo. Como se ha indicado anteriormente, la conversión de CC/CA de tensiones de CC altas de los módulos de célula solar apilados como se describe en el presente documento puede realizarse en su lugar por un inversor de cadena central. Por ejemplo, la Figura 57A ilustra esquemáticamente un sistema 4800 fotovoltaico que comprende una pluralidad de módulos 200 de célula solar apilados de alta tensión de CC eléctricamente conectados en paralelo entre sí a un inversor 4815 de cadena mediante un bus 4820 negativo de alta tensión de CC y un bus 4810 positivo de alta tensión de CC. Típicamente, cada módulo solar 200 comprende una pluralidad de súper células apiladas eléctricamente conectadas en serie con interconexiones eléctricas para proporcionar una alta tensión de CC, como se ha descrito anteriormente. Los módulos 200 solares pueden comprender opcionalmente diodos de derivación dispuestos como se ha descrito anteriormente, por ejemplo. La Figura 57B muestra un despliegue de ejemplo del sistema 4800 fotovoltaico en la parte superior de un tejado.
En algunas variaciones del sistema 4800 fotovoltaico, dos o más cadenas conectadas en serie cortas de módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC pueden estar eléctricamente conectadas en paralelo con un inversor de cadena. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 57A, por ejemplo, cada módulo solar 200 puede sustituirse por una serie de cadena conectada de dos o más módulos 200 de célula solar apilados de alta tensión de CC. Esto puede hacerse, por ejemplo, para maximizar la tensión proporcionada al inversor mientras se cumple con normas reglamentarias.
Los módulos solares convencionales típicamente producen aproximadamente 8 amperios Isc (corriente de cortocircuito), aproximadamente 50 Voc (tensión de circuito abierto), y aproximadamente 35 Vmp (tensión de punto de potencia máxima). Como se ha analizado anteriormente, los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC como se describe en el presente documento que comprenden M veces el número de células solares convencionales, teniendo cada una de las células solares un área de aproximadamente 1/M el área de una célula solar convencional, producen aproximadamente M veces la tensión superior y 1/M la corriente de un módulo solar convencional. Como se ha indicado anteriormente M puede ser cualquier número entero adecuado, es típicamente < 20, pero puede ser mayor que 20. M puede ser por ejemplo 3, 4, 5, 6, o 12.
Si M = 6, Voc para los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC puede ser por ejemplo aproximadamente 300 V. Conectar dos de tales módulos en serie proporcionaría aproximadamente 600 V CC al bus, que cumple con el conjunto máximo establecido por las normas residenciales de los Estados Unidos. Si M =4, Voc para los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC puede ser por ejemplo aproximadamente 200 V. Conectar tres de tales módulos en serie proporcionaría aproximadamente 600 V cC al bus. Si M = 12, Voc para los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC puede ser por ejemplo aproximadamente 600 V. Podría configurarse también el sistema para tener tensiones de bus menores que 600 V. En tales variaciones los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC pueden estar conectados, por ejemplo, en pares o tripletas o cualquier otra combinación adecuada en una caja de combinación para proporcionar una tensión óptima al inversor.
Un desafío que surge de la configuración paralela de los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC anteriormente descritos es que si un módulo solar tiene un cortocircuito los otros módulos solares podrían volcar potencialmente su potencia en el módulo en corto (es decir, conducir corriente a través y disipar potencia en el módulo en corto) y crear un peligro. Este problema puede evitarse, por ejemplo, mediante el uso de diodos de bloqueo dispuestos para evitar que otros módulos conduzcan corriente a través de un módulo en corto, el uso de fusibles de limitación de corriente, o el uso de fusibles de limitación de corriente en combinación con diodos de bloqueo. La Figura 57B indica esquemáticamente el uso de dos fusibles 4830 de limitación de corriente en los terminales positivo y negativo de un módulo 200 de célula solar apilado de alta tensión de CC.
La disposición protectora de diodos de bloqueo y/o fusibles puede depender de si el inversor comprende o no un transformador. Los sistemas que usan un inversor que comprende un transformador típicamente ponen a tierra el conductor negativo. Los sistemas que usan un inversor sin transformador típicamente no ponen a tierra el conductor negativo. Para un inversor sin transformador, puede preferirse tener un fusible de limitación de corriente en línea con el terminal positivo del módulo solar y otro fusible de limitación de corriente en línea con el terminal negativo.
Los diodos de bloqueo y/o fusibles de limitación de corriente pueden colocarse, por ejemplo, con cada módulo en una caja de conexiones o en el laminado del módulo. Cajas de conexiones adecuadas, diodos de bloqueo (por ejemplo, diodos de bloqueo en línea), y fusibles (por ejemplo, fusibles en línea) pueden incluir aquellos disponibles de Shoals Technology Group.
La Figura 58A muestra un módulo de célula solar apilada de CC de alta tensión de ejemplo que comprende una caja 4840 de conexiones en la que un diodo 4850 de bloqueo está en línea con el terminal positivo del módulo solar. La caja de conexiones no incluye un fusible de limitación de corriente. Esta configuración puede usarse preferentemente en combinación con uno o más fusibles de limitación de corriente localizados en cualquier otra parte (por ejemplo en una caja de combinación) en línea con los terminales positivo y/o negativo del módulo solar (por ejemplo, véase la Figura 58D a continuación). La Figura 58B muestra un módulo de célula solar apilado de CC de alta tensión de ejemplo que comprende una caja 4840 de conexiones en la que un diodo de bloque está en línea
con el terminal positivo del módulo solar y un fusible 4830 de limitación de corriente está en línea con el terminal negativo. La Figura 58C muestra un módulo de célula solar apilado de CC de alta tensión de ejemplo que comprende una caja 4840 de conexiones en la que un fusible 4830 de limitación de corriente está en línea con el terminal positivo del módulo solar y otro fusible 4830 de limitación de corriente está en línea con el terminal negativo. La Figura 58D muestra un módulo de célula solar apilado de CC de alta tensión de ejemplo que comprende una caja 4840 de conexiones configurada como en la Figura 58A, y fusibles localizados fuera de la caja de conexiones en línea con los terminales positivo y negativo del módulo solar.
Haciendo referencia ahora a la Figuras 59A-59B, como una alternativa a las configuraciones anteriormente descritas, los diodos de bloqueo y/o fusibles de limitación de corriente para todos los módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC pueden colocarse juntos en una caja 4860 de combinación. En estas variaciones uno o más conductores individuales recorren de manera separada desde cada módulo a la caja de combinación. Como se muestra en la figura 59A, en una opción un único conductor de una polaridad (por ejemplo, negativo como se ilustra) se comparte entre todos los módulos. En otra opción (Figura 59B) ambas polaridades tienen conductores individuales para cada módulo. Aunque las Figuras 59A-59B muestran únicamente fusibles localizados en la caja 4860 de combinación, cualquier combinación adecuada de fusibles y o diodos de bloqueo puede estar localizada en la caja de combinación. Además, la electrónica que realiza otras funciones tales como, por ejemplo, monitorización, rastreo de punto de potencia máximo y/o desconexión de módulos individuales o grupos de módulos puede implementarse en la caja de combinación.
La operación de polarización inversa de un módulo solar puede tener lugar cuando una o más células solares en el módulo solar están sombreadas o generan de otra manera corriente baja, y el módulo solar está operado a un punto de tensión-corriente que conduce una corriente mayor a través de una célula solar de corriente baja que la que puede manejar la célula solar de corriente baja. Una célula solar polarizada inversa puede calentarse y crear una condición de peligro. Una disposición paralela de módulos de célula solar apilados de alta tensión de CC, como se muestra en la figura 58A por ejemplo, puede posibilitar que los módulos se protejan de la operación de polarización inversa estableciendo una tensión de operación adecuada para el inversor. Esto se ilustra, por ejemplo, por las Figuras 60A-60B.
La Figura 60A muestra una representación 4870 de una corriente frente a tensión y una representación 4880 de potencia frente a tensión para una cadena conectada en paralelo de aproximadamente diez módulos solares apilados de alta tensión de CC. Estas curvas se calcularon para un modelo en el que ninguno de los módulos solares incluía una célula solar polarizada inversa. Puesto que los módulos solares están eléctricamente conectados en paralelo, todos tienen la misma tensión de operación y sus corrientes añadidas. Típicamente, un inversor variará la carga en el circuito para explorar la curva de potencia-tensión, identifica el punto máximo en esa curva, a continuación opera el circuito de módulo en ese punto para maximizar la potencia de salida.
En contraste, la Figura 60B muestra una representación 4890 de corriente frente a tensión y una representación 4900 de potencia frente a tensión para el sistema de modelo de la Figura 60A para un caso donde alguno de los módulos solares en el circuito incluyen una o más células solares polarizadas inversas. Los módulos polarizados inversos se manifiestan a sí mismos en la curva de corriente-tensión de ejemplo por la formación de una forma de rodilla con una transición de operación de aproximadamente 10 amp a tensiones hasta aproximadamente 210 voltios a operación de aproximadamente 16 amp a tensiones por debajo de aproximadamente 200 voltios. A tensiones por debajo de aproximadamente 210 voltios los módulos sombreados incluyen células solares polarizadas inversas. Los módulos polarizados inversos también se manifiestan a sí mismos en la curva de potencia-tensión por la existencia de dos máximos: un máximo absoluto en aproximadamente 200 voltios y un máximo local en aproximadamente 240 voltios. El inversor puede estar configurado para reconocer tales signos de módulos solares polarizados inversos y operar los módulos solares en una tensión de punto de potencia máxima absoluta o local en la que ningún módulo tiene polaridad inversa. En el ejemplo de la Figura 60B, el inversor puede operar los módulos en el punto de potencia máximo local para asegurar que ningún módulo tiene polaridad inversa. Además, o como alternativa, puede seleccionarse una tensión de operación mínima para el inversor, por debajo de la cual es poco probable que algún módulo tenga polaridad inversa. Esta tensión de operación mínima puede ajustarse basándose en otros parámetros tales como la temperatura ambiente, la corriente de operación y la temperatura del módulo solar calculada o medida así como otra información recibida de fuentes exteriores, tales como irradiación por ejemplo.
En algunos ejemplos, los mismos módulos solares de alta tensión de CC pueden apilarse, con módulos solares adyacentes dispuestos en una manera parcialmente solapante u opcionalmente interconectados de manera eléctrica en sus regiones solapantes. Tales configuraciones apiladas pueden usarse opcionalmente para módulos solares de alta tensión eléctricamente conectados en paralelo que proporcionan una alta tensión de CC a un inversor de cadena, o para módulos solares de alta tensión que cada uno comprende un microinversor que convierte la tensión de CC alta del módulo solar a una salida de módulo de CA. Un par de módulos solares de alta tensión pueden apilarse como se acaba de describir y conectarse eléctricamente en serie para proporcionar una tensión de CC deseada, por ejemplo.
A menudo se requieren inversores de cadena convencionales para tener un rango bastante amplio de tensión de entrada de potencial (o 'rango dinámico') puesto que 1) deben ser compatibles con diferentes longitudes de cadena
de módulos conectados en serie, 2) algunos módulos en una cadena pueden estar completa o parcialmente sombreados, y 3) cambios en temperatura ambiente y cambio de radiación de la tensión de módulo. En sistemas que emplean arquitectura paralela como se describe en el presente documento la longitud de la cadena de los módulos solares conectados en paralelo no afecta la tensión. Además, para el caso donde algunos módulos están parcialmente sombreados y algunos no, puede decidirse operar el sistema a la tensión de los módulos no sombreados (por ejemplo, como se ha descrito anteriormente). Por lo tanto, el rango de tensión de entrada de un inversor en un sistema de arquitectura paralela puede necesitar únicamente adaptar el 'rango dinámico' del factor N.° 3 - cambios de temperatura y radiación. Puesto que esto es menos, por ejemplo aproximadamente el 30 % del rango dinámico convencional requerido de los inversores, los inversores empleados con sistemas de arquitectura paralela como se describe en el presente documento pueden tener un rango más estrecho de MPPT (rastreo de punto de potencia máximo), por ejemplo entre aproximadamente 250 voltios a condiciones normales y aproximadamente 175 voltios a alta temperatura y baja radiación, o por ejemplo entre aproximadamente 450 voltios a condiciones normales y aproximadamente 350 voltios a alta temperatura y baja radiación (caso en el que la operación de MPPT de 45o voltios puede corresponder a una Voc bajo 600 voltios en la operación de temperatura más inferior). Además, como se ha descrito anteriormente los inversores pueden recibir suficiente tensión de CC para convertir directamente a CA sin una fase de refuerzo. En consecuencia, los inversores de cadena empleados con sistemas de arquitectura paralela como se describe en el presente documento pueden ser más sencillos, de coste inferior, y operar a eficiencias superiores que los inversores de cadena empleados en sistemas convencionales.
Para tanto microinversores como inversores de cadena empleados con los módulos de célula solar apilados de corriente continua de alta tensión descritos en el presente documento, para eliminar un requisito de refuerzo de CC del inversor puede preferirse configurar el módulo solar (o la cadena conectada en serie corta de módulos solares) para proporcionar una tensión de CC de operación (por ejemplo, punto de potencia máximo Vmp) por encima del pico a pico de la CA. Por ejemplo, para 120 V CA, el pico a pico es sqrt(2)* 120 V = 170 V. Por lo tanto los módulos solares pueden configurase para proporcionar una Vmp mínima de aproximadamente 175 V, por ejemplo. La Vmp a condiciones convencionales puede ser entonces aproximadamente 212 V (suponiendo el 0,35 % de coeficiente de temperatura de tensión negativa y temperatura de operación máxima de 75 °C), y la Vmp a la condición de operación de temperatura más inferior (por ejemplo, - 15 °C) sería entonces aproximadamente 242 V, y por lo tanto la Voc por debajo de aproximadamente 300 V (dependiendo del factor de relleno de módulo). Para la fase de división 120 V CA (o 240 V CA) todos estos números se doblan, que es conveniente ya que 600 V CC es el máximo permitido en los Estados Unidos para muchas aplicaciones residenciales. Para aplicaciones comerciales, que requieren y permiten tensiones superiores, estos números pueden aumentarse adicionalmente.
Un módulo de célula solar apilado de alta tensión como se describe en el presente documento puede estar configurado para operar > 600 Voc o > 1000 Voc, caso en el que el módulo puede comprender electrónica de potencia integrada que evita que la tensión externa proporcionada por el módulo supere requisitos de código. Una disposición de este tipo puede posibilitar que la Vmp de operación sea suficiente para la fase de división 120 V (240 V, que requiere aproximadamente 350 V) sin un problema de Voc a bajas temperaturas que supera 600 V.
Cuando una conexión del edificio a la red de electricidad se desconecta, por ejemplo por bomberos, los módulos solares (por ejemplo, en el tejado del edificio) que proporcionan electricidad al edificio pueden aún generar potencia si el sol está brillando. Esto eleva un problema de que tales módulos solares puedan mantener el tejado 'vivo' con una tensión peligrosa después de la desconexión del edificio de la red. Para tratar esta preocupación, los módulos de célula solar apilados de corriente continua de alta tensión descritos en el presente documento pueden incluir adicionalmente una desconexión, por ejemplo en o adyacente a una caja de conexiones de módulo. La desconexión puede ser una desconexión física o una desconexión de estado sólido, por ejemplo. La desconexión puede estar configurada, por ejemplo, para que esté "normalmente apagada", de modo que cuando pierde una cierta señal (por ejemplo, del inversor) desconecta la salida de alta tensión del módulo solar del circuito del tejado. La comunicación a la desconexión puede ser, por ejemplo, a través de los cables de alta tensión, a través de un cable separado o inalámbrica.
Una ventaja significativa del apilamiento de módulos solares de alta tensión es la expansión de calor entre células solares en una súper célula apilada. Los solicitantes han descubierto que el calor puede transportarse fácilmente a lo largo de una súper célula de silicio a través de uniones eléctrica y térmicamente conductoras entre células solares de silicio solapantes adyacentes. El espesor de la unión eléctricamente conductora entre células solares solapantes adyacentes formadas por el material de unión eléctricamente conductor, medido perpendicularmente a las superficies frontal y trasera de las células solares, puede ser por ejemplo menor o igual a aproximadamente 200 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 150 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 125 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 100 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 90 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 80 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 70 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 60 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 50 micrómetros, o menor o igual a aproximadamente 25 micrómetros. Una unión delgada de este tipo reduce la pérdida resistiva en la interconexión entre células, y también promueve que flujo de calor a lo largo de la súper célula desde cualquier punto caliente en la súper célula pueda desarrollarse durante la operación. La conductividad térmica de la unión entre células solares puede ser, por ejemplo, aproximadamente > 1,5 vatios / (metro K). Además, la relación de
aspecto rectangular de las células solares típicamente empleadas en el presente documento proporciona regiones extendidas de contacto térmico entre células solares adyacentes.
En contraste, en módulos solares convencionales que emplean interconexiones de cinta entre células solares adyacentes, el calor generado en una célula solar no se expande fácilmente a través de las interconexiones de cinta a otras células solares en el módulo. Eso hace a los módulos solares convencionales más propensos a desarrollar puntos calientes que los módulos solares descritos en el presente documento.
Adicionalmente, la corriente a través de una súper célula en los módulos solares descrita en el presente documento es típicamente menor que a través de una cadena de células solares convencionales, puesto que las súper células descritas en el presente documento se forman típicamente apilando células solares rectangulares cada una de las cuales tiene un área activa menor que (por ejemplo, 1/6) la de la de una célula solar convencional.
Como consecuencia, en los módulos solares desvelados en el presente documento se disipa menos calor en una célula solar de polarización inversa a la tensión de ruptura, y el calor puede expandirse fácilmente a través de la súper célula y el módulo solar sin crear un punto caliente peligroso.
Varias características adicionales y opcionales pueden hacer que los módulos solares de alta tensión que emplean súper células como se describe en el presente documento sean incluso más tolerantes al calor disipado en una célula solar de polarización inversa. Por ejemplo, las súper células pueden encapsularse en un polímero de olefina termoplástica (TPO). Los encapsulantes de TPO son más estables a nivel foto-térmico que los encapsulantes de acetato de etilen-vinilo (EVA) convencionales. EVA se dorará con temperatura y luz ultravioleta y conducirá a problemas de punto caliente creados por la corriente que limita las células. Además, los módulos solares pueden tener una estructura de vidrio-vidrio en la que las súper células encapsuladas están rodeadas entre una lámina frontal de vidrio y una lámina trasera de vidrio. Una estructura de vidrio-vidrio de este tipo posibilita que el módulo solar opere de manera segura a temperaturas mayores que aquellas toleradas por una lámina trasera de polímero convencional. Aún además, pueden montarse cajas de conexiones, si están presentes, en uno o más bordes de un módulo solar, en lugar de detrás del módulo solar donde una caja de conexiones añadiría una capa adicional de aislamiento térmico a las células solares en el módulo por encima de él.
Los solicitantes han reconocido por lo tanto que los módulos solares de alta tensión formados de súper células como se describe en el presente documento pueden emplear bastante menos diodos de derivación que en módulos solares convencionales, puesto que el flujo de calor a través de las súper células puede permitir que un módulo opere sin riesgo significativo con una o más células solares de polarización inversa. Por ejemplo, en algunas variaciones los módulos solares de alta tensión como se describe en el presente documento emplean menos de un diodo de derivación por 25 células solares, menos de un diodo de derivación por 30 células solares, menos de un diodo de derivación por 50 células solares, menos de un diodo de derivación por 75 células solares, menos de un diodo de derivación por 100 células solares, únicamente un único diodo de derivación, o ningún diodo de derivación. Haciendo referencia ahora a la Figuras 61A-61C, se proporcionan módulos solares de alta tensión de ejemplo que utilizan diodos de derivación. Cuando una porción de un módulo solar está sombreada, el daño al módulo puede evitarse o reducirse a través del uso de diodos de derivación. Para el módulo solar de ejemplo 4700 mostrado en la Figura 61A, 10 súper células 100 están conectadas en serie. Como se ilustra, las 10 súper células están dispuestas en filas paralelas. Cada súper célula contiene 40 células solares 10 conectadas en serie, donde cada una de las 40 células solares está fabricada de aproximadamente 1/6 de un cuadrado o pseudo-cuadrado, como se describe en el presente documento. Bajo operación no sombreada normal, la corriente fluye dentro desde la caja 4716 de conexiones a través de cada una de las súper células 100 conectadas en serie a través de los conectores 4715, y a continuación la corriente fluye fuera a través de la caja 4717 de conexiones. Opcionalmente, puede usarse una única caja de conexiones en lugar de cajas 4716 y 4717 de conexiones separadas, de modo que la corriente vuelve a una caja de conexiones. El ejemplo mostrado en la Figura 61A muestra una implementación con aproximadamente un diodo de derivación por súper célula. Como se muestra, un único diodo de derivación está eléctricamente conectado entre un par de súper células vecinas en un punto aproximadamente a medio camino a lo largo de las súper células (por ejemplo, un único diodo 4901A de derivación está eléctricamente conectado entre la célula solar de orden 22 de la primera súper célula y su célula solar vecina en la segunda súper célula, un segundo diodo 4901B de derivación está eléctricamente conectado entre la segunda súper célula y la tercera súper célula, y así sucesivamente). La primera y última cadenas de células tienen aproximadamente la mitad del número de células solares en una súper célula por diodo de derivación. Para el ejemplo mostrado en la Figura 61A, la primera y última cadenas de células incluyen únicamente 22 células por diodo de derivación. El número total de diodos (11) de derivación para la variación de módulo solar de alta tensión ilustrada en la Figura 61A es igual al número de súper células más 1 diodo de derivación adicional.
Cada diodo de derivación puede estar incorporado en un circuito flexible, por ejemplo. Haciendo referencia ahora a la Figura 61B, se muestra una vista ampliada de una región de diodo de derivación conectado de dos súper células vecinas. La vista para la Figura 61B es del lado no soleado. Como se muestra, dos células solares 10 en súper células vecinas están eléctricamente conectadas usando un circuito 4718 flexible que comprende un diodo 4720 de derivación. El circuito 4718 flexible y el diodo 4720 de derivación están eléctricamente conectados a las células
solares 10 usando almohadillas 4719 de contacto localizadas en las superficies traseras de las células solares. (Véase también el análisis adicional a continuación del uso de almohadillas de contacto ocultas para proporcionar derivaciones ocultas a los diodos de derivación.) Pueden emplearse esquemas de conexión eléctrica de diodo de derivación adicionales para reducir el número de células solares por diodo de derivación. Se ilustra un ejemplo en la Figura 61C. Como se muestra, un diodo de derivación está eléctricamente conectado entre cada par de súper células vecinas aproximadamente a medio camino a lo largo de las súper células. El diodo 4901A de derivación está eléctricamente conectado entre células solares vecinas en la primera y segunda súper células, el diodo 4901B de derivación está eléctricamente conectado entre células solares vecinas en la segunda y tercera súper células, el diodo 4901C de derivación eléctricamente conectado entre células solares vecinas en la tercera y cuarta súper células, y así sucesivamente. Puede incluirse un segundo conjunto de diodos de derivación para reducir el número de células solares que se derivarán en el caso de sombra parcial. Por ejemplo, un diodo 4902A de derivación está eléctricamente conectado entre la primera y segunda súper células en un punto intermedio entre los diodos 4901A y 4901B de derivación, un diodo 4902B de derivación está eléctricamente conectado entre la segunda y tercera súper células en un punto intermedio entre los diodos 4901B y 4901C de derivación, y así sucesivamente, reduciendo el número de células por diodo de derivación. Opcionalmente, otro conjunto más de diodos de derivación pueden estar eléctricamente conectados para reducir adicionalmente el número de células solares a derivarse en el caso de sombra parcial. El diodo 4903A de derivación está eléctricamente conectado entre la primera y segunda súper células en un punto intermedio entre los diodos 4902A y 4901B de derivación, el diodo 4903B de derivación está eléctricamente conectado entre la segunda y tercera súper células en un punto intermedio entre los diodos 4902B y 4901C de derivación, reduciendo adicionalmente el número de células por diodo de derivación. Esta configuración da como resultado una configuración anidada de diodos de derivación, que permite que pequeños grupos de células se deriven durante el sombreado parcial. Diodos adicionales pueden estar eléctricamente conectados de esta manera hasta que se consiga un número deseado de células solares por diodo de derivación, por ejemplo, aproximadamente 8, aproximadamente 6, aproximadamente 4, o aproximadamente 2 por diodo de derivación. En algunos módulos, se desea aproximadamente 4 células solares por diodo de derivación. Si se desea, uno o más de los diodos de derivación ilustrados en la Figura 61C pueden incorporarse en la interconexión flexible oculta como se ilustra en la Figura 61B.
Esta memoria descriptiva desvela herramientas de partición de célula solar y métodos de partición de célula solar que pueden usarse, por ejemplo, para separar células solares cuadradas o pseudo cuadradas convencionalmente dimensionadas en una pluralidad de células solares rectangulares o sustancialmente rectangulares estrechas. Estas herramientas y métodos de partición aplican un vacío entre las superficies inferiores de las células solares convencionalmente dimensionadas y una superficie de soporte curvada para flexionar las células solares convencionalmente dimensionadas contra la superficie de soporte curvada y de esta manera parten las células solares a lo largo de líneas de trazado previamente preparadas. Una ventaja de estas herramientas de partición y métodos de partición es que no requieren contacto físico con las superficies superiores de las células solares. En consecuencia, estas herramientas y métodos de partición pueden emplearse para partir células solares que comprenden materiales ligeros y/o no curados en sus superficies superiores que podrían dañarse por contacto físico. Además, en algunas variaciones estas herramientas de partición y métodos de partición pueden requerir contacto con únicamente porciones de las superficies inferiores de las células solares. En tales variaciones estas herramientas y métodos de partición pueden emplearse para partir células solares que comprenden materiales ligeros y/o no curados en porciones de sus superficies inferiores no contactadas por la herramienta de partición.
Por ejemplo, un método de fabricación de célula solar que utiliza las herramientas y métodos de partición desvelados en el presente documento comprende trazar por láser una o más líneas de trazado en cada una o más de células solares de silicio convencionalmente dimensionadas para definir una pluralidad de regiones rectangulares en las células solares de silicio, aplicar un material de unión adhesivo eléctricamente conductor a porciones de las superficies superiores de la una o más células solares de silicio, y aplicar un vacío entre las superficies inferiores de la una o más células solares de silicio y una superficie de soporte curvada para flexionar la una o más células solares de silicio contra la superficie de soporte curvada y partir de esta manera la una o más células solares de silicio a lo largo de las líneas de trazado para proporcionar una pluralidad de células solares de silicio rectangulares comprendiendo cada una una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto en su superficie frontal adyacente a un lado largo. El material de unión adhesivo conductor puede aplicarse a las células solares de silicio convencionalmente diseñadas antes o después de que se tracen por láser las células solares.
La pluralidad resultante de células solares de silicio rectangulares pueden disponerse en línea con lados largos de células solares de silicio rectangulares adyacentes solapando en una manera apilada con una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto entre medias. El material de unión eléctricamente conductor puede a continuación curarse para unir de esta manera las células solares de silicio rectangulares solapantes adyacentes entre sí y conectarlas eléctricamente en serie. Este proceso forma una "súper célula" apilada como se describe en las solicitudes de patentes anteriormente enumeradas en la "referencia cruzada a solicitudes relacionadas".
Volviendo ahora a las figuras para entender mejor las herramientas y métodos de partición desvelados en el presente documento, la Figura 20A ilustra esquemáticamente una vista lateral de un aparato 1050 de ejemplo que puede usarse para partir células solares trazadas. En este aparato, una oblea 45 de célula solar convencionalmente
dimensionada trazada se lleva por una correa 1060 de movimiento perforada a través de una porción curvada de un colector de vacío 1070. Una oblea 45 de célula solar pasa a través de la porción curvada del colector de vacío, un vacío aplicado a través de las perforaciones en la correa separa la superficie inferior de la oblea 45 de la célula solar contra el colector de vacío y de esta manera flexiona la célula solar. El radio de curvatura R de la porción curvada del colector de vacío puede seleccionarse de modo que flexionar la oblea 45 de célula solar de esta manera parte la célula solar a lo largo de las líneas de trazado para formar las células solares 10 rectangulares. Las células solares 10 rectangulares pueden usarse, por ejemplo, en una súper célula como se ilustra en las Figuras 1 y 2. La oblea 45 de célula solar puede partirse por este método sin contactar la superficie superior de la oblea 45 de célula solar a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor.
La partición puede iniciarse preferencialmente en un extremo de una línea de trazado (es decir, en un borde de la célula 45 solar) disponiendo, por ejemplo, las líneas de trazado para que se orienten a un ángulo 0 al colector de vacío de modo que para cada línea de trazado un extremo alcanza la porción curvada del colector de vacío antes del otro extremo. Como se muestra en la Figura 20B, por ejemplo, las células solares pueden orientarse con sus líneas de trazados a un ángulo a la dirección de recorrido de la correa y a una porción de partición curvada del colector orientado perpendicularmente a la dirección de recorrido de la correa. Como otro ejemplo, la Figura 20C muestra las células orientadas con sus líneas de trazado perpendiculares a la dirección de recorrido de la correa, y la porción de partición curvada del colector orientada a un ángulo a la dirección de recorrido de la correa.
La herramienta de partición 1050 puede utilizar, por ejemplo, una única correa 1060 de movimiento perforada que tiene una anchura perpendicular a su dirección de recorrido aproximadamente igual a la anchura de la oblea 45 de célula solar. Como alternativa, la herramienta 1050 puede comprender dos, tres, cuatro o más correas 1060 de movimiento perforadas que pueden estar dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí, por ejemplo. La herramienta de partición 1050 puede utilizar un único colector de vacío, que puede tener, por ejemplo, una anchura perpendicular a la dirección de recorrido de las células solares aproximadamente igual a la anchura de una oblea solar de célula 45. Un colector de vacío de este tipo puede emplearse, por ejemplo, con una única correa 1060 de movimiento perforada de anchura completa o con dos o más de tales correas dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí, por ejemplo.
La herramienta de partición 1050 puede comprender dos o más colectores de vacío curvados dispuestos lado a lado en paralelo y espaciados entre sí, teniendo cada colector de vacío la misma curvatura. Una disposición de este tipo puede emplearse, por ejemplo, con una única correa 1060 de movimiento perforada de anchura completa o con dos o más de tales correas dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí. Por ejemplo, la herramienta puede comprender una correa 1060 de movimiento perforada para cada colector de vacío. En la última disposición los colectores de vacío y sus correspondientes correas de movimiento perforadas pueden estar dispuestas para contactar la parte inferior de la oblea de célula solar únicamente a lo largo de dos tiras estrechas identificadas por las anchuras de las correas. En tales casos la célula solar puede comprender materiales ligeros en la región de la superficie inferior de la oblea de célula solar no contactada por las correas sin riesgo de daño a los materiales ligeros durante el proceso de partición.
Puede usarse cualquier disposición adecuada de correas de movimiento perforadas y colectores de vacío en la herramienta de partición 1050.
En algunas variaciones las obleas 45 de célula solar trazadas comprenden material de unión adhesivo conductor no curado y/u otros materiales ligeros en sus superficies superior y/o inferior antes de partición usando la herramienta de partición 1050. El trazado de la oblea de célula solar y la aplicación del material ligero puede haber tenido lugar en cualquier orden.
La Figura 62A ilustra esquemáticamente una vista lateral, y la Figura 62B una vista superior, de otra herramienta 5210 de partición de ejemplo similar a la herramienta de partición 1050 anteriormente descrita. En uso de la herramienta 5210 de partición, una oblea 45 de célula solar trazada convencionalmente dimensionada se coloca en un parte de correas 5230 perforadas espaciadas paralelas a velocidad constante a través de un par de correspondientes colectores 5235 de vacío paralelos y espaciados. Los colectores 5235 de vacío típicamente tienen la misma curvatura. A medida que la oblea recorre con las correas sobre los colectores de vacío a través de una región 5235C de partición la oblea se dobla alrededor de un radio de partición definido por superficies de soporte curvadas de los colectores de vacío por la fuerza del vacío separando la parte inferior de la oblea. A medida que la oblea se dobla alrededor del radio de partición las líneas de trazado se hacen roturas que separan la oblea en células solares rectangulares individuales. Como se describe adicionalmente a continuación, la curvatura de los colectores de vacío está dispuesta de modo que células solares rectangulares partidas adyacentes no son coplanares y los bordes de células solares rectangulares partidas adyacentes en consecuencia no contactan entre sí después de que tenga lugar el proceso de partición. Las células solares rectangulares partidas pueden descargarse continuamente de las correas perforadas por cualquier método adecuado, se describen a continuación varios ejemplos de lo cual. Típicamente, el método de descarga separa adicionalmente células solares partidas adyacentes entre sí para evitar el contacto entre ellas si posteriormente radican coplanares.
Haciendo referencia aún a las Figuras 62A-62B, cada colector de vacío puede comprender por ejemplo una región
5235F plana que proporciona ninguno, bajo o alto vacío; una región 5235T transicional curvada opcional que proporciona vacío bajo o alto, o que pasa de vacío bajo a alto a lo largo de su longitud; una región 5235C de partición que proporciona un vacío alto; y una región 5235PC de post partición de radio más estrecho que proporciona un vacío bajo. Las correas 5230 transportan las obleas 45 de la región 5235F plana en y a través de la región 5235T transicional y a continuación a la región 5235C de partición, donde se parten las obleas, y a continuación transportan las células solares 10 partidas resultantes fuera de la región 5235C de partición y en la región 5235PC post partición.
La región 5235F plana se opera típicamente a un vacío bajo suficiente para restringir las obleas 45 en las correas y colectores de vacío. El vacío en este punto puede ser bajo (o estar ausente) para reducir la fricción y por lo tanto la tensión de correa requerida, y puesto que es más fácil restringir las obleas 45 a una superficie plana que a superficies curvadas. El vacío en la región 5235F plana puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1 a aproximadamente 15,24 centímetros (6 pulgadas) de mercurio.
La región 5235T transicional proporciona una curvatura transicional de la región 5235F plana a la región 5235C de partición. El radio de curvatura, o radios de curvatura, en la región 5235T transicional son mayores que el radio de curvatura en la región 5235C de partición. La curva en la región 5235T transicional puede ser una porción de una elipse, por ejemplo, pero puede usarse cualquier curva adecuada. Teniendo las obleas 45 acercándose a la región 5235C de partición a través de la región 5235T de transición en un cambio menos profundo en curvatura, en lugar de pasar directamente de una orientación plana en la región 5235F al radio de partición en la región 5235C de partición, ayuda a asegurar que los bordes de las obleas 45 no se elevan y rompen el vacío, que puede hacer difícil restringir las obleas al radio de partición en la región 5235C de partición. El vacío en la región 5235t transicional, por ejemplo, puede ser el mismo que en la región 5235C de partición, intermedio entre el de la región 5235F y 5235C, o pasar a lo largo de la longitud de la región 5235T entre el de la región 5235F y el de la región 5235C. El vacío en la región 5235T transicional puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 a aproximadamente 20,32 centímetros (8 pulgadas) de mercurio.
La región 5235C de partición puede tener un radio variable de curvatura u, opcionalmente, un radio constante de curvatura. Un radio constante de curvatura de este tipo puede ser, por ejemplo, aproximadamente 29,21 centímetros (11,5 pulgadas), aproximadamente 31,75 centímetros (12,5 pulgadas), o entre aproximadamente 15,24 centímetros (6 pulgadas) y aproximadamente 45,72 centímetros (18 pulgadas). Puede usarse cualquier intervalo adecuado de curvatura, y puede seleccionarse basándose en parte en el espesor de la oblea 45 y la profundidad y geometría de las líneas de trazado en la oblea 45. Típicamente, cuanto más delgada sea oblea, más corto será el radio de curvatura requerido para flexionar la oblea suficientemente para romperla a lo largo una línea de trazado. Las líneas de trazado pueden tener una profundidad, por ejemplo, de aproximadamente 60 micrómetros a aproximadamente 140 micrómetros, aunque puede usarse también cualquier otra profundidad de línea de trazado menos profunda o más profunda adecuada. Típicamente, cuanto menos profundo sea el trazado, más corto será el radio de curvatura requerido para flexionar la oblea suficientemente para romperla a lo largo una línea de trazado. La forma de sección transversal de la línea de trazado también afecta el radio de curvatura requerido. Una línea de trazado que tiene una forma de cuña o una parte inferior con forma de cuña puede concentrar la tensión más eficazmente que una línea de trazado que tiene una forma redondeada o una parte inferior redondeada. Las líneas de trazado que concentran la tensión más eficazmente pueden no requerir un radio de curvatura tan estrecho en la región de partición que las líneas de trazado que concentran la tensión menos eficazmente.
El vacío en la región 5235C de partición, al menos para uno de los dos colectores de vacío paralelos, es típicamente superior que en las otras regiones para asegurar que la oblea está restringida apropiadamente al radio de partición de curvatura para mantener la tensión de curvatura constante. Opcionalmente, y como se explica adicionalmente a continuación, en esta región un colector puede proporcionar un vacío superior que el otro para controlar mejor la rotura a lo largo de las líneas de trazado. El vacío en la región 5235C de partición puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 10,16 centímetros (4 pulgadas) a aproximadamente 38,10 centímetros (15 pulgadas) de mercurio, o de aproximadamente 10,16 centímetros (4 pulgadas) a aproximadamente 66,04 centímetros (26 pulgadas) de mercurio.
La región 5235PC post partición típicamente tiene un radio de curvatura más estrecho que la región 5235C de partición. Esto facilita transferir las células solares partidas de las correas 5230 sin permitir que las superficies fracturadas de células solares partidas adyacentes se froten o toquen (que podría provocar fallos de célula solar de roturas u otros modos de fallo). En particular, el radio de curvatura más estrecho proporciona mayor separación entre los bordes de células solares partidas adyacentes en las correas. El vacío en la región 5235PC de post partición puede ser bajo (por ejemplo, similar o igual que el de la región 5235F plana) puesto que las obleas 45 ya se han partido en células solares 10 por lo que ya no es necesario restringir las células solares al radio curvado de los colectores de vacío. Los bordes de las células solares 10 partidas pueden despegarse de las correas 5230, por ejemplo. Además, puede ser deseable que las células solares 10 partidas no se sobre-tensen.
Las regiones plana, transicional, de partición y de post partición de los colectores de vacío pueden ser porciones discretas de diferentes curvas con sus extremos coincididos. Por ejemplo, la superficie superior de cada colector puede comprender una porción planar plana, una porción de una elipse para la región de transición, un arco de
círculo para la región de partición, y otro arco de un círculo o porción de una elipse para la región post partición. Como alternativa, alguna o toda de la porción curvada de la superficie superior de un colector puede comprender una función geométrica continua de curvatura creciente (diámetro decreciente del círculo osculador). Tales funciones adecuadas pueden incluir pero sin limitación funciones espirales, tales como clotoides, por ejemplo, y la función logarítmica natural. Un clotoide es una curva en la que la curvatura aumenta linealmente a lo largo de la longitud de ruta de la curva. Por ejemplo, en algunas variaciones, las regiones transicional, de partición y de post partición son todas parte de una única curva clotoide que tiene un extremo coincidido con la región plana. En algunas otras variaciones, la región transicional es una curva clotoide que tiene un extremo coincidido a la región plana y otro extremo coincidido a una región de partición que tiene una curvatura circular. En las últimas variaciones la región post partición puede tener, por ejemplo, una curvatura circular de radio más estrecho, o una curvatura clotoide de radio más estrecho.
Como se ha indicado anteriormente y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 62B y la Figura 63A, en algunas variaciones un colector proporciona un vacío alto en la región 5235C de partición y el otro colector proporciona un vacío bajo en la región 5235C de partición. El colector de vacío alto restringe completamente el extremo de la oblea que soporta a la curvatura del colector, que proporciona suficiente tensión en el extremo de una línea de trazado que superpone el colector de vacío alto para empezar una rotura a lo largo de la línea de trazado. El colector de vacío bajo no restringe completamente el extremo de la oblea que soporta a la curvatura del colector, por lo que el radio de curvatura de la oblea en ese lado no es lo suficientemente estrecho para crear la tensión necesaria para iniciar una rotura en la línea de trazado. Sin embargo, la tensión es suficientemente alta para propagar la rotura iniciada en el otro extremo de la línea de trazado que superpone el colector de vacío alto. Sin algo de vacío en el lado de "vacío bajo" para restringir parcial y suficientemente ese extremo de la oblea a la curvatura del colector, puede haber un riesgo de que la rotura iniciada en el extremo de "vacío alto" opuesto de la oblea no se propague todo el camino a través de la oblea. En variaciones como se acaba de describir un colector puede proporcionar opcionalmente un vacío bajo a lo largo de su longitud entera, desde la región 5235F plana a través de la región 5235PC post partición.
Como se acaba de describir, una disposición de vacío asimétrica en la región 5235C de partición proporciona una tensión asimétrica a lo largo de las líneas de trazado que controla la nucleación y propagación de roturas a lo largo de las líneas de trazado. Haciendo referencia, por ejemplo a la Figura 63B, si en su lugar, los dos colectores de vacío proporcionan vacíos iguales (por ejemplo, altos) en las regiones 5235C de partición, las roturas pueden nuclearse en ambos extremos de la oblea, propagarse entre sí y encontrarse en algún lugar en una región central de la oblea. Bajo estas circunstancias hay un riesgo de que las roturas no estén en línea entre sí y que produzcan por lo tanto un punto de fallo mecánico potencial en las células partidas resultantes donde se encuentran las roturas.
Como una alternativa a la disposición de vacío asimétrica anteriormente descrita, o además de ella, puede iniciarse preferentemente la partición en un extremo de una línea de trazado disponiendo un extremo de la línea de trazado para que alcance la región de partición de los colectores antes del otro. Esto puede conseguirse, por ejemplo, orientando las obleas de célula solar a un ángulo a los colectores de vacío como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 20B. Como alternativa, los colectores de vacío pueden estar dispuestos de modo que la región de partición de uno de los dos colectores esté más a lo largo de la ruta de la correa que la región de partición que el otro colector de vacío. Por ejemplo, dos colectores de vacío que tienen la misma curvatura pueden desplazarse ligeramente en la dirección de recorrido de la correa de movimiento de modo que las obleas de célula solar alcancen la región de partición de un colector antes de alcanzar la región de partición del otro colector de vacío.
Haciendo referencia ahora a la Figura 64, en el ejemplo ilustrado cada colector 5235 de vacío comprende orificios pasantes 5240 dispuestos en línea hasta el centro de un canal 5245 de vacío. Como se muestra en las Figuras 65A-65B, el canal 5245 de vacío está rebajado en una superficie superior del colector que soporta una correa 5230 perforada. Cada colector de vacío también comprende pilares 5250 centrales situados entre orificios pasantes 5240 y dispuestos en línea hasta el centro del canal 5245 de vacío. Los pilares 5250 centrales separan eficazmente el canal 5245 de vacío en dos canales de vacío paralelos en cada lado de la fila de pilares centrales. Los pilares 5250 centrales también proporcionan soporte para la correa 5230. Sin los pilares 5250 centrales, la correa 5230 estaría expuesta a una región no soportada más larga y potencialmente podría ser succionada hacia los orificios pasantes 5240. Esto podría dar como resultado doblez tridimensional de las obleas 45 (doblez con el radio de partición y perpendicular al radio de partición), que podría dañar las células solares e interferir con el proceso de partición.
Como se muestra en las Figuras 65A-65B y las Figuras 66-67, en los orificios pasantes 5240 de ejemplo ilustrados, comunican con una cámara 5260L de vacío bajo (región 5235F plana y la región 5235T de transición en la Figura 62A), con una cámara 5260H de vacío alto (región 5235C de partición en la Figura 62A), y con otra cámara 5260L de vacío bajo (región 5235PC de post partición en la Figura 62A). Esta disposición proporciona una transición suave entre las regiones de vacío bajo y vacío alto en el canal 5245 de vacío. Los orificios pasantes 5240 proporcionan suficiente resistencia de flujo de modo que si la región a la que corresponde un orificio se deja completamente abierta el flujo de aire no se desviará completamente a ese orificio, permitiendo que otras regiones mantengan el vacío. El canal 5245 de vacío ayuda a asegurar que los orificios 5255 de correa de vacío siempre tendrán vacío y no estarán en un punto muerto cuando se sitúan entre los orificios pasantes 5240.
Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 65A-65B y también a la Figura 67, las correas 5230 perforadas pueden comprender, por ejemplo, dos filas de orificios 5255 opcionalmente dispuestos de manera que los bordes 527 de inicio y fin de una oblea 45 o una célula solar 10 partida siempre están bajo vacío a medida que la correa progresa a lo largo del colector. En particular, la disposición escalonada de los orificios 5255 en el ejemplo ilustrado asegura que los bordes de una oblea 45 o una célula solar 10 partida siempre solapan al menos un orificio 5255 en cada correa 5230. Esto ayuda a evitar que los bordes de una oblea 45 o célula solar 10 partida se despeguen de la correa 5230 y el colector 5235. Puede usarse también cualquier otra disposición adecuada de los orificios 5255. En algunas variaciones, la disposición de los orificios 5255 no asegura que los bordes de una oblea 45 o una célula solar 10 partida estén siempre bajo vacío.
Las correas 5230 en movimiento perforadas en el ejemplo ilustrado de la herramienta 5210 de partición contactan la parte inferior de la oblea 45 de la célula solar únicamente a lo largo de dos tiras estrechas definidas por las anchuras de las correas a lo largo de los bordes laterales de la oblea de célula solar. En consecuencia, la oblea de célula solar puede comprender materiales ligeros tales como adhesivos no curados, por ejemplo, en la región de la superficie inferior de la oblea de célula solar no contactada por las correas 5230 sin riesgo de daño a los materiales ligeros durante el proceso de partición.
En variaciones alternativas la herramienta 5210 de partición puede utilizar, por ejemplo, una única correa 5230 de movimiento perforada que tiene una anchura perpendicular a su dirección de recorrido aproximadamente igual a la anchura de la oblea 45 de célula solar, en lugar de dos correas de movimiento perforadas como se acaba de describir. Como alternativa, la herramienta 5210 puede comprender tres, cuatro o más correas 5230 de movimiento perforadas que pueden estar dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí. La herramienta 5210 de partición puede utilizar un único colector 5235 de vacío, que puede tener, por ejemplo, una anchura perpendicular a la dirección de recorrido de las células solares aproximadamente igual a la anchura de una oblea solar de célula 45. Un colector de vacío de este tipo puede emplearse, por ejemplo, con una única correa 5230 de movimiento perforada de anchura completa o con dos o más de tales correas dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí. La herramienta 5210 de partición puede comprender, por ejemplo, una única corea 5230 de movimiento perforada soportara a lo largo de bordes laterales opuestos por dos colectores 5235 curvados de vacío dispuestos lado a lado en paralelo y espaciados entre sí, teniendo cada colector de vacío la misma curvatura. La herramienta 5210 de partición puede comprender tres o más colectores 5235 de vacío curvados dispuestos lado a lado en paralelo y espaciados entre sí, teniendo cada colector de vacío la misma curvatura. Una disposición de este tipo puede emplearse, por ejemplo, con una única correa 5230 de movimiento perforada de anchura completa o con tres o más de tales correas dispuestas lado a lado en paralelo y opcionalmente espaciadas alejadas entre sí. La herramienta de partición puede comprender una correa 5230 de movimiento perforada para cada colector de vacío, por ejemplo.
Puede usarse cualquier disposición adecuada de correas de movimiento perforadas y colectores de vacío en la herramienta 5210 de partición.
Como se ha indicado anteriormente, en algunas variaciones las obleas 45 de célula solar trazadas partidas con la herramienta 5210 de partición comprenden material de unión adhesivo conductor no curado y/u otros materiales ligeros en sus superficies superior y/o inferior antes de la partición. El trazado de la oblea de célula solar y la aplicación del material ligero puede haber tenido lugar en cualquier orden.
Las correas 5230 perforadas en la herramienta 5210 de partición (y las correas 1060 perforadas en la herramienta de partición 1050) pueden transportar obleas 45 de célula solar a una velocidad de, por ejemplo, aproximadamente 40 milímetros/segundo (mm/s) a aproximadamente 2000 mm/s o mayor, o aproximadamente 40 mm/s a aproximadamente 500 mm/s o mayor, o aproximadamente 80 mm/s o mayor. La partición de las obleas 45 de la célula solar puede ser más fácil a velocidades más altas que a más bajas.
Haciendo referencia ahora a la Figura 68, una vez partidas habrá alguna separación entre los bordes de inicio y de fin 527 de células 10 partidas adyacentes debido a la geometría de doblaje alrededor de una curva, que crea un hueco con forma de cuña entre células solares partidas adyacentes. Si las células partidas se permite que vuelvan a una orientación coplanar plana sin aumentar en primer lugar la separación entre las células partidas, existe la posibilidad de que los bordes de células partidas adyacentes pudieran contactar y dañarse entre sí. Por lo tanto es ventajoso eliminar las células partidas de las correas 5230 (o las correas 1060) mientras se soporta aún por una superficie curvada.
Las Figuras 69A-69G ilustran esquemáticamente varios aparatos y métodos mediante los cuales pueden eliminarse células solares partidas de las correas 5230 (o las correas 1060) y entregarse a una o más correas de movimiento adicionales o superficies de movimiento con separación aumentada entre las células solares partidas. En el ejemplo de la Figura 69A, las células solares 10 partidas se recogen de las correas 5230 por una o más correas 5265 de transferencia, que se mueven más rápido que las correas 5230 y por lo tanto aumentan la separación entre células solares 10 partidas. Las correas 5265 de transferencia pueden situarse entre las dos correas 5230, por ejemplo. En el ejemplo de la Figura 69B, las obleas 10 partidas se separan deslizando hacia abajo una correa 5270 situada entre las dos correas 5230. En este ejemplo, las correas 5230 avanzan cada célula 10 partida en una región de vacío bajo
(por ejemplo, sin vacío) de los colectores 5235 para liberar la célula partida para deslizar 5270, mientras la porción no partida de oblea 45 se mantiene aún por las correas 5230. Proporcionar un colchón de aire entre la célula partida 10 y el deslizador 5270 ayuda a asegurar que tanto la célula como el deslizador no se desgastan durante la operación, y también permite que las células 10 partidas deslicen más rápidamente lejos de la oblea 45 permitiendo de esta manera velocidades de operación de correa de partición más rápidas.
En el ejemplo de la Figura 69C, los carros 5275A en una disposición 5275 de "Rueda Ferris" giratoria transfieren células solares 10 partidas de las correas 5230 a una o más correas 5280.
En el ejemplo de la Figura 69D, el rodillo 5285 giratorio aplica un vacío a través de los accionadores 5285A para coger las células solares 10 partidas de las correas 5230 y colocarlas en las correas 5280.
En el ejemplo de la Figura 69E, un accionador 5290 de carro comprende un carro 5290A y un accionador 5290B extensible y retráctil montado en el carro. El carro 5290A traslada hacia detrás y delante el accionador 5290B de posición para eliminar una célula solar 10 partida de las correas 5230 y a continuación para que el accionador 5290B de posición coloque la célula solar partida en las correas 5280.
En el ejemplo de la Figura 69F, una disposición 5295 de pista de carro comprende los carros 5295A fijados a una correa 5300 de movimiento que sitúa los carros 5295A para eliminar las células solares 10 partidas de las correas 5230 y a continuación sitúa los carros 5295A para colar las células solares 10 partidas en las correas 5280, teniendo lugar lo último a medida que los carros caen o se separan de la correa 5280 debido a la ruta de la correa 5230.
En el ejemplo de la Figura 69G, una disposición 5305 de correa de vacío invertida aplica un vacío a través de una o más correas perforadas de movimiento para transferir las células solares 10 partidas desde las correas 5230 a las correas 5280.
Las Figuras 70A-70C proporcionan vistas ortogonales de una variación adicional de la herramienta de ejemplo anteriormente descrita con referencia a las Figuras 62A-62B y figuras posteriores. Esta variación 5310 usa correas 5265 de transferencia, como en el ejemplo de la Figura 69A, para eliminar células solares 10 partidas de las correas 5230 perforadas que transportan la oblea 45 no partida en la región de partición de la herramienta. Las vistas en perspectiva de las Figuras 71A-71B muestran esta variación de la herramienta de partición en dos etapas de operación diferentes. En la Figura 71A una oblea 45 no partida está acercándose a la región de partición de la herramienta y en la Figura 71B la oblea 45 ha entrado en la región de partición y dos células solares 10 partidas se han separado de la oblea y a continuación separado adicionalmente entre sí a medida que se transportan por las correas 5265 de transferencia.
Además de las características previamente descritas, las Figuras 70A-71B muestran múltiples puertos 5315 de vacío en cada colector. El uso de múltiples puertos por colector puede permitir mayor control sobre la variación de vacío a lo largo de la longitud de la superficie superior del colector. Por ejemplo, diferentes puertos 5315 de vacío pueden comunicar opcionalmente con diferentes cámaras de vacío (por ejemplo, 5260L y 5260H en la Figura 66 y la Figura 72B), y/u opcionalmente conectarse a diferentes bombas de vacío, para proporcionar diferentes presiones de vacío a lo largo del colector. Las Figuras 70A-70B también muestran las rutas completas de las correas 5230 perforadas, que rodean las ruedas 5325, superficies superiores de los colectores 5235 de vacío, y las ruedas 5320. Las correas 5230 pueden conducirse por cualesquiera ruedas 5320 o las ruedas 5325, por ejemplo.
La Figura 72A y la Figura 72B muestran vistas en perspectiva de una porción de un colector 5235 de vacío superpuesta por una porción de una correa 5230 perforada para la variación de las Figuras 70A-71B, proporcionando la Figura 72A una vista en primer plano de una porción de la Figura 72B. La Figura 73A muestra una vista superior de una porción del colector 5235 de vacío superpuesta por una correa 5230 perforada, y la Figura 73B muestra una vista en sección transversal de la misma disposición de correa de colector de vacío y correa perforada tomada a lo largo de la línea C-C indicada en la Figura 73A. Como se muestra en la Figura 73B, las orientaciones relativas de los orificios pasantes 5240 pueden variar a lo largo de la longitud de colector de vacío de modo que cada orificio pasante está dispuesto perpendicularmente a la porción de la superficie superior del colector directamente por encima del orificio pasante. La Figura 74A muestra otra vista superior de una porción del colector 5235 de vacío superpuesta por una correa 5230 perforada, con las cámaras 5260L y 5260H de vacío mostradas en vistas de línea discontinua. La Figura 74B muestra una vista en primer plano de una porción de la Figura 74A.
Las Figuras 75A-75G muestran varios patrones de orificio de ejemplo que pueden usarse opcionalmente para correas 5230 de vacío perforadas. Una característica común de estos patrones es que el borde recto de una oblea 45 o célula solar 10 partida que cruza el patrón perpendicular al eje largo de la correa en cualquier localización en la correa siempre solapará al menos un orificio 5255 en cada correa. Los patrones pueden comprender, por ejemplo, dos o más filas de orificios cuadrados o rectangulares escalonados (Figuras 75A, 75D), dos o más filas de orificios circulares escalonados (Figuras 75B, 75E, 75G), dos o más filas de ranuras en ángulo (Figuras 75C, 75F), o cualquier otra disposición adecuada de orificios.
Esta memoria descriptiva desvela módulos solares de alta eficiencia que comprenden células solares de silicio
dispuestas en manera apilada solapante y eléctricamente conectadas en serie por uniones conductoras entre células solares solapantes adyacentes para formar súper células, con las súper células dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Una súper célula puede comprender cualquier número adecuado de células solares. Las súper células pueden tener longitudes que abarcan esencialmente la longitud o anchura completa del módulo solar, por ejemplo, o dos o más súper células pueden estar dispuestas extremo a extremo en una fila. Esta disposición oculta las interconexiones eléctricas de célula solar a célula solar, y puede usarse por lo tanto para crear un módulo solar visualmente atractivo con poco o ningún contraste entre células solares conectadas en serie adyacentes.
Esta memoria descriptiva desvela adicionalmente patrones de metalización de célula que facilitan la impresión de plantilla de metalización en superficies frontal (y opcionalmente) trasera de las células solares. Como se usa en el presente documento, "impresión de plantilla" de metalización de célula se refiere a aplicar el material de metalización (por ejemplo, una pasta de plata) en una superficie de célula solar a través de aperturas en patrón en una lámina impermeable de otra manera de material. La plantilla puede ser una lámina de acero inoxidable en patrón, por ejemplo. Las aperturas en patrón en la plantilla están completamente sin material de plantilla, y no incluyen, por ejemplo, malla o pantalla alguna. La ausencia de material de malla o plantilla en las aperturas de plantilla en patrón distingue "impresión de plantilla" como se usa en el presente documento de "impresión de pantalla". En contraste, en impresión de plantilla el material de metalización se aplica en una superficie de célula solar a través de una pantalla (por ejemplo, malla) que soporta un material impermeable en patrón. El patrón comprende aperturas en el material impermeable a través de las cuales se aplica el material de metalización a la célula solar. La pantalla de soporte se extiende a través de las aperturas en el material impermeable.
En comparación con impresión de pantalla, la impresión de plantilla de patrones de metalización de célula ofrece numerosas ventajas que incluyen anchuras de línea más estrechas, relación de aspecto superior (altura de línea a anchura), mejor uniformidad y definición de línea y mayor longevidad de una plantilla en comparación con una pantalla. Sin embargo, la impresión de plantilla no puede imprimir 'islas' en una pasada como se requeriría en diseños de metalización de 3 barras de bus convencionales. Además, la impresión de plantilla no puede imprimir en una pasada un patrón de metalización que requeriría que la plantilla incluyera estructuras no soportadas que no están restringidas a radicar en el plano de la plantilla durante la impresión y pueden interferir con la colocación y uso de la plantilla. Por ejemplo, la impresión de plantilla no puede imprimir en una pasada un patrón de metalización en el que los dedos de metalización dispuestos en paralelo están interconectados por una barra de bus u otra característica de metalización que recorre perpendicular a los dedos, puesto que una única plantilla para un diseño de este tipo incluiría lenguas no soportadas de material de lámina definido por la apertura para la barra de bus y las aperturas para los dedos. Las lenguas no estarían restringidas por conexiones físicas a otras porciones de la plantilla para que radiquen en el plano de la plantilla durante la impresión y probablemente se desplazarían fuera de plano y distorsionarían la colocación y uso de la plantilla.
En consecuencia, los intentos al usar plantillas para imprimir células solares tradicionales requieren dos pasadas para la metalización de lado frontal con dos plantillas diferentes, o con una etapa de impresión de plantilla en combinación con una etapa de impresión de pantalla, que aumenta el número total de etapas de impresión por célula y que también crea un problema de 'puntadas' cuando las dos impresiones solapan y dan como resultado doble altura. Las puntadas complican adicionalmente los procesos y la impresión adicional y las etapas adicionales aumentan el coste. La impresión de plantilla por lo tanto no es común para células solares.
Como se describe adicionalmente a continuación, los patrones de metalización de superficie frontal descritos en el presente documento pueden comprender una serie de dedos (por ejemplo, líneas paralelas) que no están conectados entre sí por el patrón de metalización de superficie frontal. Estos patrones pueden estar impresos en plantilla en una pasada con una única plantilla puesto que la plantilla requerida no necesita incluir porciones o estructuras no soportadas (por ejemplo, lenguas). Tales patrones de metalización de superficie frontales pueden ser desventajosos para células solares con tamaño convencional y para cadenas de células solares en las que las células solares espaciadas están interconectadas por cintas de cobre, puesto que el patrón de metalización no proporciona por sí mismo expansión de corriente sustancial o conducción eléctrica perpendicular a los dedos. Sin embargo, los patrones de metalización de superficie frontal descritos en el presente documento pueden funcionar bien en disposiciones apiladas de células solares rectangulares como se describe en el presente documento en el que una porción del patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar se solapa por y se une de manera conductora al patrón de metalización de superficie trasera de una célula solar adyacente. Esto es debido a que la metalización de superficie trasera solapante de la célula solar adyacente puede proporcionar expansión de corriente y conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de superficie frontal.
Volviendo ahora a las figuras para un entendimiento más detallado de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la Figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de células solares 10 conectadas en serie dispuestas en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapantes y eléctricamente conectados para formar una súper célula 100. Cada célula solar 10 comprende una estructura de diodo de semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo de semiconductor mediante la cual la corriente eléctrica generada en la célula solar 10 cuando se ilumina por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada célula solar 10 es una célula solar de silicio cristalino rectangular que tiene patrones de metalización de superficie frontal (lado del sol) y trasera (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de superficie frontal está dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de superficie trasera está dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p. Sin embargo, pueden usarse si son adecuados otros sistemas de material, estructuras de diodo, dimensiones físicas, o disposiciones de contacto eléctrico. Por ejemplo, el patrón de metalización de superficie frontal (lado del sol) puede estar dispuesto en una capa de semiconductor de conductividad de tipo p, y el patrón trasero (lado sombreado) de metalización de superficie dispuesto en una capa de semiconductores de conductividad de tipo n.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en súper célula 100, las células solares 10 adyacentes están unidas de manera conductora directamente entre sí en la región en la que solapan por un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar al patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar adyacente. Los materiales de unión conductores eléctricamente adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos eléctricamente conductores y películas adhesivas y cintas adhesivas eléctricamente conductoras, y soldadores convencionales.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2, la figura 2 muestra un módulo solar 200 rectangular de ejemplo que comprende seis súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las súper células están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de manera similar puede incluir más o menos filas de tales súper células de longitud lateral a las mostradas en este ejemplo. En otras variaciones cada una de las súper células puede tener una longitud aproximadamente igual a la longitud de un lado corto de un módulo solar rectangular, y estar dispuestas en filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En otras disposiciones más cada fila puede comprender dos o más súper células, que pueden estar eléctricamente interconectadas en serie por ejemplo. Los módulos pueden tener lados cortos que tienen una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1 metro y lados largos que tiene una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,0 metros. Puede usarse también cualesquiera otras formas adecuadas (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares. Cada súper célula en este ejemplo comprende 72 células solares rectangulares que cada una tiene una anchura aproximadamente igual a 1/6 la anchura de una oblea cuadrada o pseudo cuadrada de 156 milímetros (mm) y una longitud de aproximadamente 156 mm. Puede usarse también cualquier otro número adecuado de células solares rectangulares de cualesquiera otras dimensiones adecuadas.
La Figura 76 muestra un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo en una célula solar 10 rectangular que facilita la impresión de plantilla como se ha descrito anteriormente. El patrón de metalización de superficie frontal puede estar formado, por ejemplo, de pasta de plata. En el ejemplo de la Figura 76 el patrón de metalización de superficie frontal comprende una pluralidad de dedos 6015 que recorren paralelos entre sí, paralelos los lados cortos de la célula solar, y perpendiculares a los lados largos de la célula solar. El patrón de metalización de superficie frontal también comprende una fila de almohadillas de contacto 6020 opcionales que recorren paralelas a y adyacentes al borde de un lado largo de la célula solar, con cada almohadilla de contacto 6020 localizada en el extremo de un dedo 6015. Cuando está presente, cada almohadilla de contacto 6020 crea un área de una perla individual de adhesivo eléctricamente conductor (ECA), soldadura, u otro material de unión eléctricamente conductor usado para unir de manera conductora la superficie frontal de la célula solar ilustrada a una porción solapante de la superficie trasera de una célula solar adyacente. Las almohadillas pueden tener formas circulares, cuadradas o rectangulares por ejemplo, pero puede usarse cualquier forma de almohadilla adecuada. Como una alternativa a usar perlas individuales de material de unión eléctricamente conductor, una línea continua o discontinua de ECA, soldadura, cinta conductora u otro material de unión eléctricamente conductor dispuesto a lo largo del borde de un lado largo de la célula solar puede interconectar alguno o todos los dedos así como unir la célula solar a una célula solar solapante adyacente. Una línea discontinua o continua de este tipo de material de unión eléctricamente conductor puede usarse en combinación con almohadillas conductoras en los extremos de los dedos, o sin tales almohadillas conductoras.
La célula solar 10 puede tener, por ejemplo, una longitud de aproximadamente 156 mm, una anchura de aproximadamente 26 mm, y por lo tanto una relación de aspecto (longitud de lado corto/longitud de lado largo) de aproximadamente 1:6. Pueden prepararse seis de tales células solares en una oblea de silicio de dimensión 156 mm x 156 mm convencional, a continuación separarse (cortarse en cubitos) para proporcionar células solares como se ilustra. En otras variaciones, pueden prepararse ocho células solares 10 que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 mm x 156 mm, y por lo tanto una relación de aspecto de aproximadamente 1:8, de una oblea de silicona convencional. Más en general, las células solares 10 puede tener relaciones de aspecto de, por ejemplo, aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:20 y pueden prepararse de obleas de tamaño convencional o de obleas de cualesquiera otras dimensiones adecuadas.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 76, el patrón de metalización de superficie frontal puede comprender, por ejemplo, aproximadamente 60 a aproximadamente 120 dedos por 156 mm de anchura de célula, por ejemplo
aproximadamente 90 dedos. Los dedos 6015 pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 10 a aproximadamente 90 micrómetros, por ejemplo aproximadamente 30 micrómetros. Los dedos 6015 pueden tener alturas perpendiculares a la superficie de la célula solar de, por ejemplo, aproximadamente 10 a aproximadamente 50 micrómetros. Las alturas de dedo pueden ser, por ejemplo, aproximadamente 10 micrómetros o más, aproximadamente 20 micrómetros o más, aproximadamente 30 micrómetros o más, aproximadamente 40 micrómetros o más, o aproximadamente 50 micrómetros o más. Las almohadillas 6020 pueden tener diámetros (círculos) o longitudes laterales (cuadradas o rectángulos) de, por ejemplo, aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1 mm, por ejemplo aproximadamente 0,5 mm.
El patrón de metalización de superficie trasera para la célula solar 10 rectangular puede comprender, por ejemplo, una fila de almohadillas de contacto discretas, una fila de almohadillas de contacto interconectadas, o una barra de bus continua que recorre paralela a y adyacente a un borde de un lado largo de la célula solar. Sin embargo, tales almohadillas de contacto o la barra de bus no se requieren. Si el patrón de metalización de superficie frontal comprende almohadillas de contacto 6020 dispuestas a lo largo de un borde de uno de los lados largos de la célula solar, entonces la fila de almohadillas de contacto o la barra de bus (si está presente) en el patrón de metalización de superficie trasera está dispuesta a lo largo de un borde del otro lado largo de la célula solar. El patrón de metalización de superficie trasera puede comprender adicionalmente un contacto trasero metálico que cubre sustancialmente toda la superficie trasera restante de la célula solar. El patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo de la Figura 77A comprende una fila de almohadillas de contacto 6025 discretas en combinación con un contacto 6030 trasero metálico como se acaba de describir, y el patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo de la Figura 77B comprende una barra 35 de bus continua en combinación con un contacto 6030 trasero metálico como se acaba de describir.
En una súper célula apilada el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar está unido de manera conductora a una porción solapante del patrón de metalización de superficie trasera de una célula solar adyacente. Por ejemplo, si las células solares comprenden almohadillas de contacto 6020 de metalización de superficie frontal, cada almohadilla de contacto 6020 puede alinearse con y unirse a una correspondiente almohadilla de contacto 6025 de metalización de superficie trasera (si está presente), o alinearse con y unirse a una barra 35 de bus de metalización de superficie trasera (si está presente), o unirse al contacto 6030 trasero metálico (si está presente) en la célula solar adyacente. Esto puede conseguirse por ejemplo con porciones discretas (por ejemplo, perlas) de material de unión eléctricamente conductor dispuesto en cada almohadilla de contacto 6020, o con una línea discontinua o continua de material de unión eléctricamente conductor que recorre paralela al borde de la célula solar y que interconecta opcionalmente de manera eléctrica dos o más de las almohadillas de contacto 6020.
51 las células solares carecen de almohadillas de contacto 6020 de metalización de superficie frontal, entonces por ejemplo cada dedo 6015 de patrón de metalización de superficie frontal puede estar alineado con y unirse a una correspondiente almohadilla de contacto 6025 de metalización de superficie trasera (si está presente), o unirse a una barra 35 de bus de metalización de superficie trasera (si está presente), o unirse al contacto 6030 trasero metálico (si está presente) en la célula solar adyacente. Esto puede conseguirse por ejemplo con porciones discretas (por ejemplo, perlas) de material de unión eléctricamente conductor dispuesto en el extremo solapado de cada dedo 6015, o con una línea discontinua o continua de material de unión eléctricamente conductor que recorre paralelo al borde de la célula solar y que opcionalmente interconecta de manera eléctrica dos o más de los dedos 6015.
Como se ha indicado anteriormente, las porciones de la metalización de superficie trasera solapante de la célula solar adyacente, por ejemplo una superficie trasera de la barra 35 de bus y/o contacto 6030 metálico trasero si está presente, pueden proporcionar expansión de corriente y conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de superficie frontal. En variaciones que utilizan líneas discontinuas o continuas de material de unión eléctricamente conductor como se ha descrito anteriormente, el material de unión eléctricamente conductor puede proporcionar expansión de corriente y conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de superficie frontal. La metalización trasera solapante y/o el material de unión eléctricamente conductor pueden llevar por ejemplo corriente para omitir dedos rotos u otras perturbaciones de dedo en el patrón de metalización de superficie frontal.
Las almohadillas de contacto 6025 de metalización de superficie trasera y la barra 35 de bus, si están presentes, pueden formarse, por ejemplo, de pasta de plata, que puede aplicarse por impresión de plantilla, impresión de pantalla o cualquier otro método adecuado. El contacto 6030 trasero metálico puede estar formado, por ejemplo, de aluminio.
Puede usarse también cualesquiera otros patrones de metalización de superficie trasera y materiales adecuados. La Figura 78 muestra un patrón de metalización de superficie frontal de ejemplo en una célula 6300 solar cuadrada que puede cortarse en cubitos para formar una pluralidad de células solares rectangulares que cada una tiene el patrón de metalización de superficie frontal mostrado en la Figura 76.
La Figura 79 muestra un patrón de metalización de superficie trasera de ejemplo en una célula 6300 solar cuadrada que puede cortarse en cubitos para formar una pluralidad de células solares rectangulares que cada una tiene el
patrón de metalización de superficie trasera mostrado en la Figura 77A.
Los patrones de metalización de superficie frontal descritos en el presente documento pueden posibilitar impresión de plantilla de la metalización de superficie frontal en una línea de producción de célula solar de tres impresoras convencional. Por ejemplo, el proceso de producción puede comprender realizar impresión de plantilla o pantalla de pasta de plata en la superficie trasera de una célula solar cuadrada para formar las almohadillas de contacto de superficie trasera o una barra de bus de plata de superficie trasera usando una primera impresora, a continuación secar la pasta de plata de superficie trasera, a continuación realizar la impresión de plantilla o de pantalla de un contacto de aluminio en la superficie trasera de la célula solar usando una segunda impresora, a continuación secar el contacto de aluminio, a continuación realizar impresión de plantilla de pasta de plata en la superficie frontal de la célula solar para formar un patrón de metalización de superficie frontal completo usando una única plantilla en una única etapa de generación de plantilla con una tercera impresora, a continuación secar la pasta de plata, a continuación cocer la célula solar. Estas etapas de impresión y relacionadas pueden tener lugar en cualquier otro orden, u omitirse, según sea adecuado.
El uso de una plantilla para imprimir el patrón de metalización de superficie frontal posibilita la producción de dedos más estrechos que los posibles con impresión de pantalla, que puede mejorar la eficacia de célula solar y reducir el uso de plata y por lo tanto el coste de producción. La impresión de plantilla del patrón de metalización de superficie frontal en una única etapa de impresión de plantilla con una única plantilla posibilita la producción de un patrón de metalización de superficie frontal que tiene una altura uniforme, por ejemplo, que no muestra puntadas como puede ocurrir si se usan múltiples plantillas o impresión de plantilla en combinación con impresión de pantalla para solapar impresiones para definir características que se extienden en diferentes direcciones.
Después de que se forman los patrones de metalización de superficie frontal y trasera en las células solares cuadradas, cada célula solar cuadrada puede separarse en dos o más células solares rectangulares. Esto puede conseguirse por ejemplo por trazado laser seguido por partición, o por cualquier otro método adecuado. Las células solares rectangulares pueden a continuación estar dispuestas de una manera apilada solapante e unirse de manera conductora entre sí como se ha descrito anteriormente para formar una súper célula. Esta memoria descriptiva desvela métodos para fabricar células solares con pérdidas de recombinación de vehículo reducidas en bordes de la célula solar, por ejemplo, sin bordes partidos que promueven la recombinación de vehículo. Las células solares pueden ser células solares de silicio, por ejemplo, y más particularmente pueden ser células solares de silicio HIT. Esta memoria descriptiva también desvela disposiciones de súper célula apiladas (solapantes) de tales células solares. Las células solares individuales en una súper célula de este tipo pueden tener geometrías rectangulares estrechas (por ejemplo, formas similares a tira), con los lados largos de las células solares adyacentes dispuestos para solapar.
Un desafío principal a la implementación rentable de células solares de alta eficacia tales como células solares HIT es la necesidad convencionalmente percibida para grandes cantidades de metal para llevar una gran corriente de una de tal célula solar de alta eficiencia a una célula solar de alta eficiencia conectada en serie adyacente. Cortar en cubitos tales células solares de alta eficiencia en tiras de célula solar rectangulares estrechas, y a continuación disponer las células solares resultantes en un patrón solapante (apilado) con uniones conductoras entre las porciones de células solares adyacentes solapantes para formar una cadena conectada en serie de células solares en una súper célula, presenta una oportunidad para reducir el coste de módulo a través de la simplificación del proceso. Esto es debido a que pueden eliminarse las etapas de proceso de generación de pestañas requeridas para interconectar células solares adyacentes con cintas de metal. El enfoque de apilamiento puede mejorar también la eficacia modular reduciendo la corriente a través de las células solares (puesto que las tiras de célula solar individuales pueden tener menores áreas activas que las convencionales) y reduciendo la longitud de ruta de corriente entre células solares adyacentes, ambas de las cuales tienden a reducir la pérdida resistiva. La corriente reducida puede permitir también la sustitución de conductores menos costosos pero más resistivos (por ejemplo, cobre) para conductores más costosos pero menos resistivos (por ejemplo, plata) sin pérdida significativa en rendimiento. Además, el enfoque de apilamiento puede reducir el área de módulo inactiva eliminando cintas de interconexión y contactos relacionados de las superficies frontales de las células solares.
Las células solares convencionalmente dimensionadas pueden tener, por ejemplo, sustancialmente superficies frontal y trasera cuadradas con dimensiones de aproximadamente 156 milímetros (mm) x aproximadamente 156 mm. En el esquema de apilamiento recién descrito, una célula solar de este tipo se corta en cubitos en dos o más (por ejemplo, de dos a veinte) tiras de célula solar de 156 mm de longitud. Una dificultad potencial con el enfoque de apilamiento es que cortar en cubitos a célula solar convencionalmente dimensionada en tiras delgadas aumenta la longitud de borde de la célula por área activa de la célula solar en comparación con una célula solar convencionalmente dimensionada, que puede degradar el rendimiento debido a recombinación de vehículo en los bordes.
Por ejemplo, la Figura 80 ilustra esquemáticamente el corte en cubitos de una célula solar 7100 de HIT que tiene dimensiones de superficie frontal y trasera de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 156 mm en varias tiras de célula solar (7100a, 7100b, 7100c, y 7100d) cada una de las cuales tiene superficies frontal y trasera rectangulares estrechas con dimensiones de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 40 mm. (Los lados de
156 mm largos de las tiras de célula solar se extienden en la página). En la célula 7100 de HIT del ejemplo ilustrado comprende una base 5105 monocristalina de tipo n, que puede tener por ejemplo un espesor de aproximadamente 180 micrómetros y superficies cuadradas frontal y trasera con dimensiones de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 156 mm. Una capa gruesa de aproximadamente 5 nanómetros (nm) de Si:H amorfo intrínseco (a-Si:H) y una capa gruesa de a-Si:H dopado n+ de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas indicadas juntas por el número de referencia 7110) están dispuestas en la superficie frontal de la base 7105 de silicio cristalino. Una película 5120 gruesa de aproximadamente 65 nm de un óxido conductor transparente (TCO) está dispuesta en las capas 7110 de a-Si:H. Las líneas 7130 de cuadrícula de metal conductor dispuestas en la capa 7120 de TCO proporcionan contacto eléctrico a la superficie frontal de la célula solar. Una capa gruesa de aproximadamente 5 nm de a-Si:H intrínseco y una capa gruesa de a-Si:H dopado p+ de aproximadamente 5 de espesor (ambas capas juntas indicadas por el número de referencia 7115) están dispuestas en la superficie trasera de la base 7105 de silicio cristalino. Una película 7125 gruesa de aproximadamente 65 nm de un óxido conductor transparente (TCO) está dispuesta en las capas 7115 de a-Si:H, y líneas de cuadrícula 7135 de metal conductor dispuestas en la capa 7125 de TCO proporcionan contacto eléctrico a la superficie trasera de la célula solar. (Las dimensiones y materiales anteriormente indicados se pretende que sean ejemplares en lugar de limitantes, y pueden variarse según sea adecuado).
Haciendo referencia aún a la Figura 80, si la célula 7100 solar de HIT se parte por métodos convencionales para formar células 7100a, 7100b, 7100c, y 7100d solares de tira, los bordes 7140 nuevamente formados partidos no se pasivan. Estos bordes no pasivados contienen una alta densidad de uniones químicas colgantes, que promueven la recombinación de vehículo y reducen el rendimiento de las células solares. En particular, la superficie 7145 partida que expone la unión n-p y la superficie partida que expone el campo superficial frontal altamente dopado (en las capas 7110) no están pasivadas y pueden promover significativamente la recombinación de vehículo. Además, si se usan procesos de corte láser o trazado láser convencionales al cortar en cubitos la célula 7100 solar, puede tener lugar daño térmico tal como re-cristalización 7150 de silicio amorfo en los bordes nuevamente formados. Como resultado de los bordes no pasivados y el daño térmico, si se usan procesos de fabricación convencionales los nuevos bordes formados en células 7100a, 7100b, 7100c, y 7100d solares partidas puede esperarse que reduzcan la corriente de cortocircuito, la tensión de circuito abierto y el pseudo factor de relleno de las células solares. Esto equivale a una reducción significativa en rendimiento de las células solares.
La formación de los bordes de recombinación-promoción durante el corte en bloques de una célula solar de HIT convencionalmente dimensionada en tiras de célula solar más estrechas puede evitarse con el método ilustrado en las Figuras 85A-85 J. Este método usa trincheras de aislamiento en las superficies frontal y trasera de la célula 7100 solar convencionalmente dimensionada para aislar eléctricamente la unión p-n y el campo superficial frontal altamente dopado de los bordes partidos que pueden actuar de otra manera como sitios de recombinación para soportes minoritarios. Los bordes de trinchera no están definidos por partición convencional, sino en su lugar por grabado químico o generación de patrón láser, seguido por deposición de una capa de pasivación tal como un TCO que pasiva ambas trincheras frontal y trasera. En comparación con las regiones altamente dopadas, el dopado base es suficientemente bajo que la probabilidad de que los electrones en la unión alcance bordes de corte no pasivados de la base es pequeña. Además, puede usarse una técnica de corte en cubitos de oblea sin ranura, Separación por Láser Térmica (t Ls ), para cortar las obleas, evitando daño térmico potencial.
En el ejemplo ilustrado en las Figuras 85A-85J, el material de inicio es una oblea de corte de silicio mono-cristalino de tipo n cuadrada de aproximadamente 156 mm, que puede tener una resistividad en bruto de por ejemplo aproximadamente 1 a aproximadamente 3 ohmios-centímetro y puede ser por ejemplo de aproximadamente 180 micrómetros de espesor. (La oblea 7105 forma la base de las células solares).
Haciendo referencia a la Figura 81A, la oblea 7105 de corte se graba en textura, limpia al ácido, enjuaga y seca.
A continuación, en la Figura 81B una capa de a-Si:H intrínseco de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa de a-Si:H dopado n+ de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas indicadas juntas por el número de referencia 7110) se depositan en la superficie frontal de la oblea 7105 por deposición de vapor químico potenciado con plasma (PECVD), por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 200 °C, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 81C una capa de a-Si:H intrínseco de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa de a-Si:H dopado p+ de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas indicadas por el número de referencia 7115) se depositan en la superficie trasera de la oblea 7105, por PECVD, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 200 °C, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 81D las capas 7110 de a-Si:H frontales se generan en patrones para formar trincheras 7112 de aislamiento. Las trincheras 7112 de aislamiento típicamente penetran las capas 7110 para alcanzar la oblea 7105 y pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 100 micrómetros a aproximadamente 1000 micrómetros, por ejemplo aproximadamente 200 micrómetros. Típicamente las trincheras tienen las menores anchuras que pueden usarse, dependiendo de la precisión de las técnicas de generación de patrón y las técnicas de partición posteriormente aplicadas. La generación de patrón de las trincheras 7112 puede conseguirse, por ejemplo, usando generación de patrón láser o grabado químico (por ejemplo, generación de patrón húmedo de inyección de
tinta).
A continuación, en la Figura 81E las capas 7115 de a-Si:H traseras se generan en patrones para formar trincheras 7117 de aislamiento. De manera similar a las trincheras 7112 de aislamiento, las trincheras 7117 de aislamiento típicamente penetran las capas 7115 para alcanzar la oblea 7105 y pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 100 micrómetros a aproximadamente 1000 micrómetros, por ejemplo aproximadamente 200 micrómetros. La generación de patrón de las trincheras 7117 puede conseguirse, por ejemplo, usando generación de patrón láser o grabado químico (por ejemplo, generación de patrón húmedo de inyección de tinta). Cada trinchera 7117 está en línea con una correspondiente trinchera 7112 en la superficie frontal de la estructura.
A continuación, en la Figura 81F una capa 7120 de TCO de aproximadamente 65 nm de espesor se deposita en las capas 7110 de a-Si:H frontales en patrón. Esto puede conseguirse por la deposición de vapor física (PVD) o por metalización iónica, por ejemplo. La capa 7120 de TCO rellena las trincheras 7112 en las capas 7110 de a-Si:H y reviste los bordes exteriores de las capas 7110, pasivando de esta manera las superficies de las capas 7110. La capa 7120 de TCO también funciona como un revestimiento de antirreflejo.
A continuación, en la Figura 81G una capa 7125 de TCO de aproximadamente 65 nm de espesor se deposita en las capas 7115 de a-Si:H traseras en patrones. Esto puede conseguirse por PVD o mediante metalización iónica, por ejemplo. La capa 7125 de TCO rellena las trincheras 7117 en las capas 7115 de a-Si:H y reviste los bordes exteriores de las capas 115, pasivando de esta manera las superficies de las capas 7115. La capa 7125 de TCO también funciona como un revestimiento de antirreflejo.
A continuación, en la Figura 81H se imprimen en pantalla líneas 7130 de cuadrícula de superficie frontal conductora (por ejemplo, metal) en la capa 7120 de TCO. Pueden formarse líneas 7130 de cuadrícula a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 81I se imprimen en pantalla líneas 7135 de cuadrícula de superficie trasera conductora (por ejemplo, metal) en la capa 7125 de TCO. Pueden formarse líneas 7135 de cuadrícula a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, después de la deposición de las líneas 7130 de cuadrícula y las líneas 7135 de cuadrícula, la célula solar se cura a una temperatura de aproximadamente 200 °C durante aproximadamente 30 minutos, por ejemplo. A continuación, en la Figura 81J la célula solar se separa en tiras 7155a, 7155b, 7155c, y 7155d de célula solar cortando en cubitos la célula solar en los centros de las trincheras. El corte de cubitos puede conseguirse, por ejemplo, usando trazado láser convencional y partición mecánica en el centro de las trincheras para partir la célula solar en línea con las trincheras. Como alternativa, la partición en cubitos puede conseguirse usando un proceso de Separación de Térmico Más Rápido (como se desarrolla por Jenoptik AG, por ejemplo) en el que el calentamiento inducido por láser en los centros de las trincheras induce la tensión mecánica que conduce a partición de la célula solar en línea con las trincheras. El último enfoque puede evitar daño térmico a los bordes de las células solares. Las células 7155a-7155d solares de tira resultantes se diferencian de las células 7100a-7100d solares de tira mostradas en la Figura 80. En particular, los bordes de las capas 7110 de a-Si:H y las capas 7115 de a-Si:H en las células 7140a-7140d solares están formados mediante grabado o generación de patrones láser, no por partición mecánica. Además, los bordes de las capas 7110 y 7115 en las células 7155a-7155d solares están pasivados por una capa de TCO. Como resultado, las células 7140a-7140d solares carecen de la recombinación de vehículo que promueve bordes partidos que están presentes en las células 7100a-7100d solares.
El método descrito con respecto a las Figuras 81A-81J se pretende que sea ejemplar en lugar de limitante. Las etapas descritas como que se realizan en secuencias particulares pueden realizarse en otras secuencias o en paralelo, según sea adecuado. Las etapas y capas materiales pueden omitirse, añadirse o sustituirse según sea adecuado. Por ejemplo, si se usa metalización de cobre metalizado entonces pueden incluirse etapas de generación de patrones y de deposición de capa de semilla adicionales en el proceso. Además, en algunas variaciones únicamente las capas 7110 de a-Si:H frontales están generadas en patrones para formar trincheras de aislamiento, y no se forman trincheras de aislamiento en las capas 7115 de a-Si:H traseras. En otras variaciones únicamente se generan en patrones las capas 7115 de a-Si:H para formar trincheras de aislamiento, y no se forman trincheras de aislamiento en las capas 7115 de a-Si:H frontales. Como en el ejemplo de la Figuras 81A-81J, en estas variaciones también tiene lugar corte en cubitos en los centros de las trincheras.
La formación de bordes que promueven la recombinación durante el corte en cubitos de una célula solar HIT convencionalmente dimensionada en tiras de célula solar más estrechas puede evitarse también con el método ilustrado en las Figuras 82A-82J, que también usa trincheras de aislamiento de manera similar como se emplea en el método descrito con respecto a las Figuras 81A-81 J.
Haciendo referencia a la Figura 82A, en este ejemplo el material de inicio es de nuevo una oblea 7105 de corte de silicio mono-cristalino de tipo n cuadrada de aproximadamente 156 mm, que puede tener una resistividad en bruto
de por ejemplo aproximadamente 1 a aproximadamente 3 ohmios-centímetros y puede ser por ejemplo de aproximadamente 180 micrómetros de espesor.
Haciendo referencia a la Figura 82B, se forman trincheras 7160 en la superficie frontal de la oblea 7105. Estas trincheras pueden tener profundidades de por ejemplo, aproximadamente 80 micrómetros a aproximadamente 150 micrómetros, por ejemplo aproximadamente 90 micrómetros, y pueden tener anchuras por ejemplo de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 100 micrómetros. Las trincheras 7160 de aislamiento definen la geometría de las tiras de célula solar a formarse de la oblea 7105. Como se explica a continuación, la oblea 7105 se partirá en línea con estas trincheras. Pueden formarse trincheras 7160 por trazado de oblea láser convencional, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 82C la oblea 7105 convencionalmente se graba en textura, limpia al ácido, enjuaga y seca. El grabado típicamente elimina el daño inicialmente presente en superficies de la oblea 7105 de corte o provocado durante la formación de trincheras 7160. El grabado puede también ampliar y profundizar las trincheras 7160.
A continuación, en la Figura 82D una capa de a-Si:H intrínseco de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa de n+ a-Si:H dopado de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas indicadas por el número de referencia 7110) se depositan en la superficie frontal de la oblea 7105 por p EcVD, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 200 °C, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 82E una capa de a-Si:H intrínseco de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa de a-Si:H dopado p+ de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas indicadas por el número de referencia 7115) se depositan en la superficie trasera de la oblea 7105, por PECVD, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 200 °C, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 82F una capa 7120 de TCO de aproximadamente 65 nm de espesor se deposita en las capas 7110 de a-Si:H frontales. Esto puede conseguirse por la deposición de vapor física (PVD) o por metalización iónica, por ejemplo. La capa 7120 de TCO puede rellenar las trincheras 7160 y típicamente reviste las paredes y las partes inferiores de las trincheras 7160 y los bordes exteriores de las capas 7110, pasivando de esta manera las superficies revestidas. La capa 7120 de TCO también funciona como un revestimiento de antirreflejo.
A continuación, en la Figura 82G una capa 7125 de TCO de aproximadamente 65 nm de espesor se deposita en las capas 7115 de a-Si:H traseras. Esto puede conseguirse por PVD o mediante metalización iónica, por ejemplo. La capa 7125 de TCO pasiva las superficies (por ejemplo, incluyendo los bordes exteriores) de las capas 7115 y también funciones como un revestimiento antirreflejo.
A continuación, en la Figura 82H se imprimen en pantalla líneas 7130 de cuadrícula de superficie frontal conductora (por ejemplo, metal) en la capa 7120 de TCO. Pueden formarse líneas 7130 de cuadrícula a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, en la Figura 82I se imprimen en pantalla líneas 7135 de cuadrícula de superficie trasera conductora (por ejemplo, metal) en la capa 7125 de TCO. Pueden formarse líneas 7135 de cuadrícula a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, después de la deposición de las líneas 7130 de cuadrícula y las líneas 7135 de cuadrícula, la célula solar se cura a una temperatura de aproximadamente 200 °C durante aproximadamente 30 minutos, por ejemplo. A continuación, en la Figura 82J la célula solar se separa en tiras 7165a, 7165b, 7165c, y 7165d de célula solar cortando en cubitos la célula solar en los centros de las trincheras. El corte de cubitos puede conseguirse, por ejemplo, usando partición mecánica convencional en el centro de las trincheras para partir la célula solar en línea con las trincheras. Como alternativa, el corte en cubitos puede conseguirse usando un proceso de Separación de Láser Térmica como se ha descrito anteriormente, por ejemplo.
Las células 7165a-7165d solares de tira resultantes se diferencian de las células 7100a-7100d solares de tira mostradas en la Figura 80. En particular, los bordes de las capas 7110 de a-Si:H en las células 7165a-7165d solares se forman por grabado, no por partición mecánica. Además, los bordes de las capas 7110 en las células 7165a-7165d solares están pasivados por una capa de TCO. Como resultado, las células 7165a-7165d solares carecen de recombinación de vehículo que promueve bordes partidos que están presentes en las células 7100a-7100d solares. El método descrito con respecto a las Figuras 82A-82J se pretende que sea ejemplar en lugar de limitante. Las etapas descritas como que se realizan en secuencias particulares pueden realizarse en otras secuencias o en paralelo, según sea adecuado. Las etapas y capas materiales pueden omitirse, añadirse o sustituirse según sea adecuado. Por ejemplo, si se usa metalización de cobre metalizado entonces pueden incluirse etapas de generación de patrones y de deposición de capa de semilla adicionales en el proceso. Además, en algunas variaciones pueden formarse trincheras 7160 en la superficie trasera de la oblea 7105 en lugar de en la superficie frontal de la oblea
7105.
Los métodos anteriormente descritos con respecto a las Figuras 81A-81J y 86A-86J son aplicables a células solares HIT tanto de tipo n como de tipo p. Las células solares pueden ser emisor frontal o emisor trasero. Puede preferirse aplicar el proceso de separación en el lateral sin el emisor. Además, el uso de trincheras de aislamiento y capas de pasivación como se ha descrito anteriormente para reducir la recombinación en bordes de oblea partidos es aplicable a otros diseños de célula solar y a células solares que usan sistemas de material distintos de silicio.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, una cadena de células solares 10 conectadas en serie formadas por los métodos anteriormente descritos pueden estar dispuestas ventajosamente en una manera apilada con los extremos de células solares adyacentes solapando y eléctricamente conectados para formar una súper célula 100. En la súper célula 100, las células solares 10 adyacentes están unidas de manera conductora entre sí en la región en la que solapan por un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de superficie frontal de una célula solar al patrón de metalización de superficie trasera de la célula solar adyacente. Los materiales de unión de conducción eléctricamente adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos eléctricamente conductores y películas adhesivas y cintas adhesivas eléctricamente conductoras, y soldadores convencionales. Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 5A-5B muestran un módulo solar 200 rectangular de ejemplo que comprende veinte súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a una mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas extremo a extremo en pares para formar diez filas de súper células, con las filas y los lados largos de las súper células orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar. En otras variaciones, cada fila de súper células puede incluir tres o más súper células. También, en otras variaciones de súper células pueden estar dispuestas extremo a extremo en filas, con las filas y los lados largos de las súper células orientados paralelos a los lados largos de un módulo solar rectangular u orientados paralelos a un lado de un módulo solar cuadrado. Además, un módulo solar puede incluir más o menos súper células y más o menos filas de súper células que los mostrados en este ejemplo. El hueco 210 opcional mostrado en la Figura 5A puede estar presente para facilitar hacer contacto eléctrico a contactos de extremo de superficie frontal de súper células 100 a lo largo de la línea central del módulo solar, en variaciones donde las súper células en cada fila están dispuestas de modo que al menos una de ellas tiene un contacto de extremo de superficie frontal en el extremo de la súper célula adyacente a la otra súper célula en la fila. En variaciones en las que cada fila de súper células incluye tres o más súper células, pueden estar presentes huecos opcionales adicionales entre súper células para facilitar de manera similar hacer conectado eléctrico a contactos de extremo de superficie frontal que están localizados lejos de los lados del módulo solar.
La Figura 5B muestra otro módulo solar 300 rectangular de ejemplo que comprende diez súper células 100 rectangulares, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las súper células están dispuestas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En otras variaciones las súper células pueden tener longitudes de aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular y orientarse con sus lados largos paralelos a los lados largos del módulo solar. Las súper células pueden tener también longitudes aproximadamente igual a la longitud de los lados de un módulo solar cuadrado, y orientarse con sus lados largos paralelos a un lado del módulo solar. Además, un módulo solar puede incluir más o menos de tales súper células de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo.
La Figura 5B también muestra lo que parece el módulo solar 200 de la Figura 5A como cuando no hay huecos entre súper células adyacentes en las filas de súper células en el módulo solar 200. Puede usarse también cualquier otra disposición adecuada de súper células 100 en un módulo solar.
Esta divulgación es ilustrativa y no limitante. Serán evidentes modificaciones adicionales para un experto en la materia a la luz de esta divulgación y se pretende que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (19)
1. Un método de fabricación células solares, comprendiendo el método:
avanzar una oblea (45) de célula solar a lo largo de una superficie curvada; y
aplicar un vacío entre la superficie curvada y una superficie inferior de la oblea (45) de célula solar para flexionar la oblea (45) de célula solar contra la superficie curvada y partir de esta manera la oblea (45) de célula solar a lo largo de una o más líneas de trazado previamente preparadas para separar una pluralidad de células solares de la oblea de célula solar,
comprendiendo el método adicionalmente:
trazar por láser las líneas de trazado en la oblea (45) de célula solar; y
aplicar un material de unión adhesivo eléctricamente conductor a porciones de una superficie superior de la oblea (45) de célula solar antes de partir la oblea (45) de célula solar a lo largo de las líneas de trazado;
donde cada célula solar partida comprende una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto a lo largo de un borde partido de su superficie superior.
2. El método de la reivindicación 1, donde la superficie curvada es una porción curvada de una superficie superior de un colector de vacío (5235) que aplica el vacío a la superficie inferior de la oblea (45) de célula solar.
3. El método de la reivindicación 1, donde el vacío aplicado a la superficie inferior de la oblea (45) de célula solar por el colector de vacío (5235) varía a lo largo de la dirección de recorrido de la oblea (45) de célula solar y es más intenso en una región del colector de vacío (5235) en la que se parte la oblea de célula solar.
4. El método de la reivindicación 2 o 3, que comprende transportar la oblea (45) de célula solar a lo largo de la superficie superior curvada del colector de vacío (5235) con una correa (1060) perforada, donde el vacío se aplica a la superficie inferior de la oblea (45) de célula solar a través de perforaciones en la correa (1060) perforada.
5. El método de la reivindicación 4, donde las perforaciones en la correa (1060) están dispuestas de modo que los bordes de inicio y fin de la oblea (45) de célula solar a lo largo de la dirección de recorrido en la oblea (45) de célula solar deben superponer al menos una perforación en la correa.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende avanzar la oblea (45) de célula solar a lo largo de una región (5235F) plana de la superficie superior del colector de vacío (5235) para alcanzar una región (5235T) curvada transicional de la superficie superior del colector de vacío (5235) que tiene una primera curvatura, y a continuación avanzar la oblea (45) de célula solar en una región (5235C) de partición de la superficie superior del colector de vacío (5235) donde la oblea (45) de célula solar se parte, teniendo la región (5235c ) de partición del colector de vacío (5235) una segunda curvatura más apretada que la primera curvatura.
7. El método de la reivindicación 6, donde la curvatura de la región (5235T) transicional se define por una función geométrica continua de curvatura creciente.
8. El método de la reivindicación 7, donde la curvatura de la región (5235C) de partición se define por la función geométrica continua de curvatura creciente.
9. El método de la reivindicación 8, que comprende avanzar las células solares partidas en una región post-partición del colector de vacío (5235) que tiene una tercera curvatura más apretada que la segunda curvatura.
10. El método de la reivindicación 8, donde las curvaturas de la región (5235T) curvada transicional, la región (5235C) de partición, y la región post partición se definen por una única función geométrica continua de curvatura creciente.
11. El método de la reivindicación 8, 9 o 10, donde la función geométrica continua de curvatura creciente es un clotoide.
12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende aplicar un vacío más intenso entre la oblea (45) de célula solar y la superficie curvada en un extremo de cada línea de trazado a continuación en el extremo opuesto de cada línea de trazado para proporcionar una distribución de tensión asimétrica a lo largo de cada línea de trazado que promueve la nucleación y propagación de una única rotura de partición a lo largo de cada línea de trazado.
13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que comprende retirar las células solares partidas de la superficie curvada, donde los bordes de las células solares partidas no se tocan antes de la retirada de las células solares de la superficie curvada.
14. El método de la reivindicación 1, que comprende trazar por láser las líneas de trazado, a continuación aplicar el material de unión adhesivo eléctricamente conductor.
15. El método de la reivindicación 14, que comprende aplicar el material de unión adhesivo eléctricamente conductor, a continuación trazar por láser las líneas de trazado.
16. Un método de fabricación de una cadena de células solares de células solares partidas fabricadas por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1, 14 y 15, donde las células solares partidas son rectangulares, comprendiendo el método:
disponer la pluralidad de células solares rectangulares en línea con lados largos de células solares rectangulares adyacentes solapándose en una manera apilada con una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto en medio; y
curar el material de unión eléctricamente conductor, uniendo de esta manera células solares rectangulares solapantes adyacentes entre sí y conectarlas eléctricamente en serie.
17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-16, donde la oblea (45) de célula solar es una oblea de célula solar de silicio cuadrada o pseudo cuadrada.
18. Un sistema para realizar el método de fabricación de célula solar de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el sistema:
una correa (1060) configurada para avanzar la oblea (45) de célula solar a lo largo de la superficie curvada;
un colector de vacío configurado para aplicar un vacío entre la superficie curvada y la superficie inferior de la oblea (45) de célula solar para flexionar la oblea (45) de célula solar contra la superficie curvada y partir de esta manera la oblea (45) de célula solar a lo largo de una o más líneas de trazado previamente preparadas para separar una pluralidad de células solares de la oblea de célula solar,
un grabador láser configurado para grabar por láser las líneas de trazado en la oblea (45) de célula solar; y un medio para aplicar el material de unión adhesivo eléctricamente conductor a porciones de la superficie superior de la oblea (45) de célula solar antes de partir la oblea (45) de célula solar a lo largo de las líneas de trazado;
donde cada célula solar partida comprende una porción del material de unión adhesivo eléctricamente conductor dispuesto a lo largo de un borde partido de su superficie superior.
19. El sistema de acuerdo con la reivindicación 18, donde la correa (1060) es una correa perforada.
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