ES2837041T3 - Módulo solar con efecto de color homogéneo - Google Patents

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Abstract

Módulo solar (1) con células solares (16) para la generación de energía fotovoltaica, que comprende: - una cubierta frontal (10) con una superficie externa (11) dirigida al entorno externo y una superficie interna (12) dirigida a las células solares (16), - zonas (14) ópticamente activas, que tienen un primer color F1 con las coordenadas de color L*1, a*1, b*1, - zonas (15) ópticamente inactivas, que tienen al menos un segundo color F2 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*2, a*2, b*2, caracterizado por que la cubierta frontal (10) en su superficie externa y/o interna presenta: - al menos una primera retícula de puntos (19), que recubre al menos las zonas (14) ópticamente activas, en donde la primera retícula de puntos (19) presenta una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen un tercer color F3 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3, resultando mediante adición del primer color F1 y del tercer color F3 un color de adición F1' con las coordenadas de color L*1', a*1', b*1', - al menos una segunda retícula de puntos (20), que recubre al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en donde la segunda retícula de puntos (20) presenta una pluralidad de puntos de color (21) opacos, que tienen un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, en donde mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición F2' con las coordenadas de color L*2', a*2', b*2', en donde el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la desviación de color **(Ver fórmula)** se cumple la condición ΔE1,2 <= 5.

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo solar con efecto de color homogéneo
La presente invención se sitúa en el campo técnico de la generación de energía fotovoltaica, y se refiere a un módulo solar con efecto de color homogéneo. La invención se extiende además a un procedimiento para la fabricación del módulo solar de acuerdo con la invención, así como a su uso.
En instalaciones de espacio libre puede observarse un gran crecimiento de módulos solares, aunque las aplicaciones en el entorno de integración en edificios se mueven en un marco todavía mucho menor. Ante los crecientes esfuerzos para soluciones de energía descentralizadas, aparece una demanda concreta para la aplicación de módulos solares como componentes integrados de revestimientos de edificios, por ejemplo, como elementos de fachada, ventanas o elementos de tejado. Otros campos de aplicación para módulos solares son paredes anti-ruido (carreteras, carriles), paredes de protección visual en la zona exterior o paredes para invernaderos. Esta nueva aplicación representa retos completamente nuevos en los módulos solares, en particular en cuanto a la estética, vida útil y otras funcionalidades como estanqueidad y aislamiento térmico. En particular, deben ponerse a disposición módulos solares en distintas formas, tamaños y colores y transmitir un efecto de color lo más homogéneo posible. En este sentido sin embargo hay problemas técnicos, que están en conflicto con la funcionalidad propiamente dicha de los módulos solares, concretamente la generación de potencia eléctrica procedente de la luz solar.
Un módulo solar ideal sería en cuanto a la optimización de eficiencia un cuerpo negro, que absorbe completamente la radiación electromagnética que incide, para transformar óptimamente la energía de radiación incidente en energía eléctrica. Sin embargo, por cada cuerpo real se refleja radiación incidente y se remite radiación absorbida, originándose el efecto de color en el ojo humano fundamentalmente a partir de la reflexión seleccionada espectralmente y la remisión de luz visible. El espectro solar en el intervalo espectral visible tiene la intensidad de energía máxima y el ojo humano la mayor sensibilidad. Si se diseña un módulo solar con color, es decir, si en el ojo humano debe generarse un efecto de color, que sea diferente del cuerpo negro ideal, se reduce obligatoriamente la intensidad de la luz absorbida en el semiconductor ópticamente activo y con ello la potencia eléctrica o el rendimiento del módulo solar.
Por otro lado, un módulo solar en función de construcción generalmente en el lado dirigido a la luz incidente no tiene ninguna superficie ópticamente homogénea, es decir, la superficie del módulo solar no transmite ningún efecto de color homogéneo. Así, en el caso de módulos de obleas de silicio las obleas, las barras colectoras, con frecuencia se ve un marco y la superficie entre las obleas. Por el contrario, los módulos solares de capa fina son normalmente más uniformes en el efecto de color, aunque especialmente en la región marginal del módulo solar de capa fina hay detalles condicionados por la tecnología, como barras colectoras metálicas, una eliminación de bordes y/o sellado de bordes, que pueden desviarse del efecto de color de las superficies ópticamente activas. Además, pueden distinguirse las líneas de estructuración de las células solares conectadas en serie de forma monolítica. En los módulos solares de capa fina, la región de célula ópticamente activa es generalmente negra, gris antracita o con tonalidades residuales de tonos azules y verdes oscuros. En módulos de oblea de silicio, la región de célula ópticamente activa es generalmente azul.
Para resolver este problema el documento WO 2007/071703 A1 muestra un módulo solar de capa fina, en el que en la región marginal está prevista una cubierta opaca del vidrio frontal. La cubierta está realizada mediante un color aplicado sobre el vidrio frontal, un color aplicado en serigrafía o una modificación del vidrio frontal, por ejemplo, mediante un pigmento. Es posible también la cubierta mediante una banda aplicada sobre el vidrio frontal. Si bien mediante la cubierta opaca se cubren las distintas estructuras en la región marginal de manera satisfactoria, sin embargo, no se da un efecto de color homogéneo por todo el módulo solar, dado que, por regla general, el efecto de color de las superficies ópticamente activas se desvía del color de la cubierta y por consiguiente se da un fuerte contraste con respecto a la región marginal.
Además, se conocen distintos procedimientos en el estado de la técnica, para transmitir a una superficie un color determinado. Así, por ejemplo, el documento WO 2014/045142 A1 muestra un dispositivo, en el que están configuradas capas de interferencia sobre un vidrio frontal, que reflejan un determinado intervalo espectral de la luz incidente. Sin embargo, la fabricación de tales capas técnicamente es compleja y cara. Por el documento WO 2011/036209 A1 se conoce el diseño a color del electrodo frontal mediante capas de interferencia adecuadas. Estos planteamientos tienen en común el hecho de que muestran una cierta dependencia direccional del efecto de color. Además, puede distinguirse claramente un contraste entre zonas fotovoltaicamente activas e inactivas. Además, ahora solamente está disponible una selección limitada de colores.
El documento CH678466 A5 desvela un módulo solar, en donde los lugares de la cubierta, detrás de los cuales está en cada caso una de las células solares, tienen un color tal que son translúcidos para la parte fotoeléctricamente activa de la radiación solar, y la parte de superficie restante de la cubierta tiene un color de este tipo que la luz visible en los lugares, en los que las células solares están detrás de la cubierta, se refleja al igual que en la parte de superficie restante de la cubierta. La coloración de la cubierta se realiza mediante recubrimientos de color.
El documento DE 103 49 269 muestra un cristal fotovoltaico que comprende un módulo fotovoltaico, en donde el módulo fotovoltaico presenta un lado inferior y un lado de luz y en el lado de luz del módulo fotovoltaico este está recubierto por una cubierta permeable a la luz o radiación, y en donde en el lado inferior presenta una capa de soporte y/o protectora y la cubierta presenta un revestimiento y/ o impresión.
En cambio, el objetivo de la presente invención consiste en, proveer a los módulos solares conocidos en el estado de la técnica ventajosamente de un efecto de color homogéneo a lo largo de todo el módulo, en donde en particular no debe presentarse ningún contraste fuerte entre superficies ópticamente activas y ópticamente inactivas. El efecto de color homogéneo debe poder realizarse con una pérdida de eficiencia lo menor posible y poca dependencia direccional. Además, los módulos solares en la fabricación en serie industrial deben poder fabricarse con procedimientos habituales de manera asequible y eficiente.
Estos y otros objetivos se resuelven según la propuesta de la invención mediante un módulo solar y un procedimiento para su fabricación de acuerdo con las patentes subordinadas. Mediante las características de las reivindicaciones dependientes están indicados diseños ventajosos de la invención.
De acuerdo con la invención, se muestra un módulo solar con células solares conectadas en serie para la generación de energía fotovoltaica. Básicamente el módulo solar de acuerdo con la invención puede ser cualquier tipo de módulo solar, en particular un módulo solar basado en silicio a base de obleas o un módulo solar de capa fina con células solares conectadas en serie en forma integrada de forma monolítica.
Preferentemente el módulo solar de acuerdo con la invención es un módulo solar de capa fina. Ventajosamente el módulo solar es un módulo solar de capa fina con estructura de vidrio laminado, que dispone de una cubierta frontal y sustrato trasero (por ejemplo, placas de vidrio), que están unidas firmemente entre sí mediante una capa intermedia (por ejemplo, capa PVB) termoplástica. La invención hace referencia a un módulo solar de capa fina en configuración de sustrato, en el que la estructura de capas para la fabricación de las células solares está aplicada sobre una superficie de un sustrato trasero dirigida al lado de entrada de luz. La invención se refiere igualmente a un módulo solar de capa fina en una configuración de superestrato, en la que la estructura de capas está aplicada sobre una superficie opuesta al lado de entrada de luz de una cubierta (transparenten) frontal.
En consonancia con el uso habitual el término "módulo solar de capa fina" se refiere a módulos con una estructura de capas con un grosor reducido de, por ejemplo, algunos micrómetros, que requieren un sustrato para una resistencia mecánica suficiente. El sustrato puede estar compuesto por ejemplo de vidrio inorgánico, plástico, metal o una aleación de metal y puede estar diseñado dependiendo del grosor de capa respectivo y las propiedades de material específicas como placa rígida o lámina flexible.
En su diseño como módulo solar de capa fina la estructura de capas comprende una capa de electrodo posterior de manera conocida per se, una capa de electrodo frontal, y una capa de absorbedor dispuesta entre capa de electrodo posterior y de electrodo frontal, fotovoltaicamente activa. La capa de electrodo frontal es ópticamente transparente, dado que debe poder ser posible un paso de luz hacia la estructura de capas. La capa de electrodo frontal ópticamente transparente comprende o se compone normalmente de un óxido metálico dopado (TCO = óxido conductor transparente), por ejemplo, de tipo n, en particular óxido de zinc (AZO) dopado con aluminio.
Preferentemente la capa de absorbedor fotovoltaicamente activa presenta o se compone de un semiconductor de calcopirita, que es ventajosamente un semiconductor compuesto I-Ill-Vl ternario del grupo cobre-indio/disulfuro de galio/diseleniuro (Cu(ln,Ga)(S,Se)2). En la fórmula anterior pueden presentarse indio y galio en cada caso solos o combinados. Lo correspondiente se cumple para azufre y selenio, que pueden presentarse en cada caso solos o combinados. Como material para la capa de absorbedor es adecuado especialmente CIS (diseleniuro/disulfuro de cobre e indio) o CIGS (diseleniuro de cobre, indio y galio, disulfuro de cobre, indio y galio, disulfoseleniuro de cobre, indio y galio). La capa de absorbedor presenta normalmente un dopaje de un primer tipo de conducción (tipo de portador de carga) y el electrodo frontal un dopaje de tipo de conducción opuesto (tipo de portador de carga). Generalmente la capa de absorbedor de tipo p (de dopaje p), dispone por tanto de un excedente de huecos de electrón (orificios) y la capa de electrodo frontal es de tipo n (de dopaje n), de modo que existe un excedente de electrones libres. Entre capa de absorbedor y capa de electrodo frontal está dispuesta normalmente una capa tampón. Esto se cumple en particular para capas de absorbedor a base de Cu(ln,Ga)(S,Se)2, en las que por regla general se necesita una capa tampón entre una capa de absorbedor Cu(ln,Ga)(S,Se)2 de tipo p y un electrodo frontal de tipo n. Según el conocimiento actual la capa tampón permite una adaptación electrónica entre absorbedor y electrodo frontal. Ofrece además una protección contra daños por pulverización catódica en una etapa de proceso siguiente de la deposición del electrodo frontal, por ejemplo, mediante pulverización catódica con magnetrón de CD. Mediante la sucesión de capa de electrodo frontal de tipo n, capa tampón y capa de absorbedor de tipo p se forma una transición heterogénea p-n, es decir, una transición entre capas de tipo de conducción opuesto. La capa de absorbedor fotovoltaicamente activa puede por ejemplo componerse también de telururo de cadmio (CdTe).
En el módulo solar de capa fina de acuerdo con la invención están configuradas células solares conectadas en serie mediante zonas de estructuración. Así, al menos la capa de electrodo posterior está subdividida mediante primeras líneas de estructuración (líneas P1) en secciones separadas unas de otras por completo, que forman los electrones posteriores de las células solares. Además, al menos la capa de absorbedor está subdividida mediante segundas líneas de estructuración (líneas P2) en secciones separadas unas de otras por completo, que forman los absorbedores de las células solares, y al menos la capa de electrodo frontal está subdivida mediante terceras líneas de estructuración (líneas P3) en secciones separadas unas de otras por completo, que forman los electrones frontales de las células solares. Las células solares contiguas están unidas entre sí eléctricamente a través de material eléctricamente conductor en las segundas líneas de estructuración en conexión en serie, en donde el electrodo frontal de una célula solar está conectado eléctricamente con el electrodo posterior de la célula solar contigua y con esta normalmente, aunque no obligatoriamente, tiene contacto directo. Cada zona de estructuración comprende una sucesión directa de las tres líneas de estructuración P1-P2-P3, en este orden en cada caso. Cada zona de estructuración es una zona ópticamente inactiva.
En consonancia con el uso habitual, el término "célula solar" se refiere a una región de la estructura de capa, que presenta un electrodo frontal, un absorbedor fotovoltaicamente activo y un electrodo posterior, y se delimita mediante dos zonas de estructuración directamente contiguas la una a la otra. En la región marginal del módulo esto se aplica de manera análoga, estando presente en lugar de una zona de estructuración una sección de conexión para un contacto eléctrico de la conexión en serie de las células solares, de modo que la célula solar está definida mediante la región de capas con electrodo frontal, absorbedor y electrodo posterior, que se encuentra entre una zona de estructuración y la sección de conexión directamente colindante. Cada célula solar presenta una zona ópticamente activa, que comprende dispuestos apilados unos sobre otros, un electrodo posterior, un absorbedor y un electrodo frontal y tiene la capacidad para la conversión fotoeléctrica de luz en corriente eléctrica.
El módulo solar de acuerdo con la invención presenta una región interior, que comprende las células solares con superficies de célula ópticamente activas y zonas de estructuración ópticamente inactivas, y una región marginal ópticamente inactiva, que rodea la región interior. En la región marginal la estructura de capas está normalmente retirada o no separada. Además, allí generalmente se encuentra un sellado de bordes, así como líneas colectoras metálicas (barras colectoras) para el contacto eléctrico de las células solares.
El módulo solar de acuerdo con la invención comprende en todo caso una cubierta transparente en el lado de entrada de luz o frontal, en particular una cubierta rígida en forma de placa, preferentemente una placa de vidrio rígida. La cubierta frontal en forma de una placa rígida no presenta ninguna curvatura y es plana (llana). En forma de una cubierta flexible puede facilitarse en forma plana. La cubierta frontal presenta una superficie externa dirigida al entorno externo y una superficie interna dirigida a las células solares.
En el sentido de la presente invención, el término "transparencia" o "transparente" se refiere a una permeabilidad para luz visible de al menos 85 %, en particular al menos 90 %, preferentemente al menos 95 %, en particular 100 %. Normalmente se presenta luz visible en el intervalo de longitud de onda de 380 nm a 780 nm. El término "opacidad" u "opaco" hace referencia a una permeabilidad para luz visible inferior a 5 %, en particular 0 %. Los datos porcentuales se refieren a la intensidad de la luz, medida en el lado interno de módulo de la cubierta frontal, con respecto a la intensidad de la luz que incide en la cubierta frontal desde el entorno externo. La transparencia de la cubierta puede determinarse de manera sencilla mediante una disposición de medición, en la que, por ejemplo, una fuente de luz blanca (fuente para luz visible) se dispone en un lado de la cubierta frontal y un detector para luz visible en el otro lado de la cubierta frontal.
El módulo solar de acuerdo con la invención comprende zonas ópticamente activas (superficies de célula), que pueden absorber luz incidente y pueden generar corriente (foto)eléctrica, así como zonas ópticamente inactivas, que no son capaces de absorber luz incidente ni generar (foto)electrones. Ópticamente inactiva es en particular la región marginal del módulo solar, así como en caso de células solares de capa fina las zonas de estructuración para la conexión en serie integrada de las células solares. En caso de módulos de oblea de silicio, en particular, la región entre las obleas es ópticamente inactiva.
El módulo solar de acuerdo con la invención presenta al menos dos colores distintos unos de otro. Las zonas ópticamente activas de las células solares (superficies de célula) tienen normalmente un color esencialmente igual, que es un primer color F1 con las coordenadas de color L*1, a*1, b*1. El índice "1" en las coordenadas de color designa el primer color F1. Las zonas ópticamente inactivas tienen al menos un segundo color F2 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*2, a*2, b*2. Las zonas ópticamente inactivas pueden presentar en particular varios colores distintos unos de otros, que son distintos en cada caso del primer color F1. El índice "2" en las coordenadas de color designa el segundo color F2.
Tal como se emplea en este caso y más adelante, las coordenadas de color de los colores se refieren al espacio de color (CIE)L*a*b* conocido per se por el experto en la técnica, en el que todos los colores perceptibles están definidos exactamente. El espacio de color está especificado en la norma europea EN ISO 11664-4 "Colorimetría- parte 4:CIE 1976 espacio de color L*a*b*". A esta norma se hace referencia en esta memoria en toda su extensión. En este espacio de color cada color está definido mediante un lugar de color con las tres coordinadas cartesianas L*, a*, b*. En el eje a* están enfrentados verde y rojo, el eje b* discurre entre azul y amarillo, el eje L* describe la luminosidad (luminancia) del color.
El dato del primer color F1 de las zonas ópticamente activas, así como el dato del al menos un segundo color F2 de las zonas ópticamente inactivas se refieren en cada caso a una observación desde los lados del entorno externo, es decir, en la vista a través de la cubierta transparente (frontal) en el lado de entrada de luz. Por consiguiente, los datos de color se refieren al color respectivo que se da en la superficie externa de la cubierta en el lado de entrada de luz. La medición de color o la determinación de las coordenadas de color de un color puede realizarse de manera sencilla mediante un colorímetro (espectrofotómetro) disponible en el mercado, empleándose el mismo aparato para la medición de color. El colorímetro se orienta para este fin hacia la superficie externa de la cubierta en el lado de entrada de luz, en particular se coloca sobre la superficie externa. Los colorímetros habituales permiten una medición de color normalizada, estando sometidas su estructura y tolerancias normalmente a normas internacionales, por ejemplo, definidas mediante DIN 5033, ISO/CIE 10527, ISO 7724 y ASTM E1347. Por ejemplo, en cuanto a la medición de color se hace referencia a la norma DIN 5033 en toda su extensión. Un colorímetro presenta como fuente de luz por ejemplo una lámpara flash de xenón, lámpara de halógenos de wolframio o uno o varios ledes, midiéndose la superficie externa de un cuerpo con la luz generada (por ejemplo, blanca) y la luz recibida por el módulo solar. Tal como se explica al principio, el color propio medido por el colorímetro resulta de la luz reflejada y remitida.
En el módulo solar de acuerdo con la invención, la cubierta frontal presenta en su superficie externa y/o superficie interna al menos una primera retícula de puntos, que (en vista perpendicular hacia la cubierta frontal) recubre (por completo) al menos las zonas ópticamente activas. Para la observación del recubrimiento las zonas ópticamente activas pueden proyectarse (perpendicular) hacia el plano de la cubierta (plana) frontal. Las zonas ópticamente activas de las células solares o la región interior del módulo solar pueden estar recubiertas (por completo) por una única primera retícula de puntos, en donde la primera retícula de puntos en particular también puede extenderse por zonas ópticamente inactivas (zonas de estructuración en módulos solares de capa fina o regiones entre obleas en módulos de obleas de silicio) entre las zonas ópticamente activas. Es posible también que cada zona ópticamente activa se recubra (por completo) por una primera retícula de puntos. En este caso, el módulo solar presenta una multitud de primeras retículas de puntos. En un diseño de la invención una primera retícula de puntos respectiva recubre exactamente una zona ópticamente activa, es decir, la forma y dimensiones de la primera retícula de puntos son idénticas a las de la zona ópticamente inactiva. En el caso de que únicamente esté prevista una única primera retícula de puntos, que recubre la región interior del módulo solar, es posible que forma y dimensiones de la primera retícula de puntos correspondan a aquellas de la región interna del módulo solar.
La al menos una primera retícula de puntos, o cada primera retícula de puntos, presenta una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen en cada caso un tercer color F3 distinto del primer color F1 de la zona ópticamente activa distinto con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3.
En el módulo solar de acuerdo con la invención, la cubierta en el lado de entrada de luz en su superficie externa y/o superficie interna presenta al menos una segunda retícula de puntos, que recubre (por completo) al menos una zona ópticamente inactiva. Por ejemplo, el módulo solar presenta una segunda retícula de puntos, que recubre (por completo) la región marginal ópticamente inactiva del módulo solar. En un diseño de la invención la segunda retícula de puntos recubre exactamente la región marginal ópticamente inactiva del módulo solar, es decir, forma y dimensiones de la segunda retícula de puntos son idénticas a las de la región marginal. Como complemento o alternativamente el módulo solar puede presentar una multitud de segundas retículas de puntos, en donde cada región intermedia ópticamente inactiva entre las células solares (zonas de estructuración o regiones entre obleas en módulos de oblea de silicio) está recubierta (por completo) en cada caso por una segunda retícula de puntos separada. En un diseño de la invención cada segunda retícula de puntos se encuentra exactamente recubriendo la región intermedia ópticamente inactiva del módulo solar, es decir, la forma y dimensiones de la segunda retícula de puntos son idénticas a las de la región intermedia ópticamente inactiva. Otras regiones ópticamente inactivas son bandas de contacto o la zona de decapado de bordes o sellados de bordes en caso de módulos solares de capa fina.
La al menos una segunda retícula de puntos, o cada segunda retícula de puntos, presenta una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen en cada caso un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 distinto con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4.
En el sentido de la presente invención la expresión "retícula de puntos" se refiere a una pluralidad de puntos de color opacos. Los puntos directamente contiguos unos a otros presentan una distancia intermedia. La disposición de los puntos de color en la retícula de puntos es preferentemente uniforme, es decir, puntos de color directamente contiguos tienen una distancia intermedia igual. La distancia intermedia de puntos de color directamente contiguos entre sí puede ser distinta a cero, comprendiendo en este caso la retícula de puntos también lugares transparentes (de la cubierta) entre los puntos de color opacos. En los lugares transparentes entre los puntos de color opacos puede distinguirse la estructura subyacente a través de la cubierta transparente, es decir, pueden distinguirse las zonas ópticamente activas, en la región de la al menos una primera retícula de puntos, así como las zonas ópticamente inactivas en la zona de la al menos una segunda retícula de puntos. La cubierta consigue por ello una semitransparencia. Aunque en este caso el término "punto" se selecciona para un elemento de color opaco individual de la retícula de puntos, la forma de un punto de color no se limita a una forma circular. Más bien, un punto de color opaco en la retícula de puntos puede tener fundamentalmente cualquier forma discrecional y por ejemplo forma de disco, cuadrada o rectangular. El término "retícula de puntos" comprende en el sentido de la invención en particular también el caso de que una distancia intermedia entre puntos de color opacos directamente contiguos sea cero, es decir, una aplicación de color por toda la superficie, en la que puntos de color opacos ya no pueden individualizarse. Una aplicación de color por toda la superficie puede aplicarse, por ejemplo, también mediante extensión sobre una superficie de la cubierta en el lado de entrada de luz.
La al menos una primera y/o al menos una segunda retícula de puntos puede aplicarse mediante una técnica de aplicación convencional, por ejemplo, en el procedimiento de serigrafía o impresión digital, sobre la superficie externa y/o superficie interna de la cubierta en el lado de entrada de luz. El experto en la técnica está muy familiarizado con la aplicación de una retícula de puntos sobre una superficie, de modo que en este caso no es necesario tratar esto en detalle. Preferentemente la al menos una primera y/o al menos una segunda retícula de puntos están aplicadas sobre la superficie interna de la cubierta en el lado de entrada de luz, por lo que está protegida de efectos externos, por ejemplo, mediante desprendimiento mecánico condicionado por las condiciones meteorológicas, polvo y suciedad.
En la al menos una primera retícula de puntos, que recubre al menos una zona ópticamente activa, la distancia intermedia entre puntos de color directamente contiguos siempre es distinta a cero, de modo que también en la región de la primera retícula de puntos se presentan regiones opacas (puntos de color opacos de la primera retícula de puntos) y regiones ópticamente transparentes (regiones intermedias entre los puntos de color opacos de la segunda retícula de puntos) de la cubierta. Por consiguiente, en la primera retícula de puntos se añaden (combinan) el primer color F1 de las zonas ópticamente activas y el tercer color F3 de los puntos opacos de la primera retícula de puntos, de modo que en la zona de la primera retícula de puntos mediante adición del primer color F1 y del tercer color F3 resulta un color de adición (color de combinación) F1' con las coordenadas de color LV, aV, bV. En este sentido se contempla una adición (combinación) de ambos colores F1 y F3 en una zona de la primera retícula de puntos, que presenta un tamaño de al menos 0,2 cm2, en particular al menos 0,5 cm2, en particular al menos 1 cm2. En el ojo humano o colorímetro, en caso de una distancia típica en la aplicación entre observador y módulo de uno o varios metros mediante la mezcla de color aditiva de ambos colores F1 y F3 se registra un efecto de color, que normalmente corresponde a un color de adición F1' promediado. En el sentido de la presenten invención los términos "adición" o "combinación" de colores se refieren a la impresión global en el ojo humano o un colorímetro, cuando se observan los colores de una superficie externa del módulo de al menos 0,2 cm2.
De acuerdo con un diseño del módulo solar de acuerdo con la invención, en la al menos una segunda retícula de puntos la distancia intermedia entre puntos directamente contiguos es distinta a cero, de modo que también en la zona de la segunda retícula de puntos se presentan regiones opacas (puntos de color opacos de la segunda retícula de puntos) y regiones ópticamente transparentes (regiones intermedias entre los puntos de color opacos de la segunda retícula de puntos) de la cubierta frontal. Por consiguiente, en la segunda retícula de puntos en caso de una distancia típica en la aplicación entre observador y módulo de uno o varios metros se añaden (combinan) el al menos un segundo color F2 de las zonas ópticamente inactivas y el cuarto color F4 de los puntos de color opacos de la segunda retícula de puntos, de modo que en la zona de la segunda retícula de puntos, mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición (color combinado) F2' con las coordenadas de color L*2', a*2', b*2'. También para la segunda retícula de puntos se observa una adición (combinación) de los colores F2 y F4 en una zona de la segunda retícula de puntos, que presenta un tamaño por ejemplo de al menos de 0,2 cm2, en particular al menos 0,5 cm2, en particular al menos 1 cm2. En el ojo humano o colorímetro, en caso de una distancia típica en la aplicación entre observador y módulo de uno o varios metros mediante la mezcla de color aditiva de ambos colores F2 y F4 se registra un efecto de color, que normalmente corresponde a un color F2' promediado.
Análogamente al primer color F1 de las zonas ópticamente activas, así como a al menos un segundo color F2 de las zonas ópticamente inactivas los colores de adición F1' y F2' se refieren en cada caso a una observación de la superficie frontal del módulo solar desde el entorno externo. En el caso de que la al menos una primera retícula de puntos y la al menos una segunda retícula de puntos esté aplicada sobre la superficie interna de la cubierta frontal, los datos tercer color F3 y cuarto color F4 se refieren en cada caso al color a la vista a través de la cubierta frontal, es decir el color, que se presenta en la superficie externa de la cubierta frontal. De manera correspondiente los colores de adición F1 ' y F2' se refieren en cada caso al color, que se presenta en la superficie externa de la cubierta frontal. Tal como ya se ha expuesto para los colores F1 y F2, las coordenadas de color de los colores de adición F1' y F2' pueden determinarse mediante un colorímetro (fotómetro espectral) disponible en el mercado. El colorímetro para este fin se orienta en perpendicular sobre la superficie externa de la cubierta en el lado de entrada de luz y en particular sobre la superficie externa del sustrato en el lado de entrada de luz.
Es esencial en este sentido que el tercer color F3 de la al menos una primera retícula de puntos y el cuarto color F4 de la al menos una segunda retícula de puntos estén seleccionados de modo que para la distancia de las coordenadas de color de los colores de adición F1' y F2' dados por la fórmula:
AG.2 = V(¿*i '- ¿ * 2') 2 ( « Í ' - « 2') 2 W - b¡¡')2
se cumple la condición AE1,2 £ 5.
La fórmula para AE1,2 indica la desviación de color de los colores de adición F1' y F2', estando determinado mediante la condición AE1,2 £ 5 el hecho de que la desviación de color no debe sobrepasar una magnitud máxima determinada.
Tal como pudo mostrar el inventor, mediante la condición AE1,2 £ 5 puede conseguirse ventajosamente que el efecto de color en la región de las zonas ópticamente activas y las zonas ópticamente inactivas, es decir, a lo largo de todo el módulo solar, presente un contraste relativamente escaso y por consiguiente una buena homogeneidad de color. Es especialmente ventajoso cuando la desviación de color es todavía más pequeña, siendo válido preferentemente: AE1,2 £ 2, en particular AE1,2 £ 1, y en particular AE1,2 £ 0,5. Fundamentalmente se aplica que la homogeneidad del efecto de color del módulo solar siempre sea mejor, cuanto menor sea desviación de color.
El módulo solar de acuerdo con la invención presenta por consiguiente de manera especialmente ventajosa a lo largo de todo el módulo un contraste escaso y efecto de color muy homogéneo, que resulta de los dos colores de adición F1 ' y F2', diferenciándose los colores de adición F1' y F2' de las zonas ópticamente inactivas y zonas ópticamente activas solo ligeramente unos de otros. De manera especialmente ventajosa el efecto de color del módulo solar no muestra en este sentido ninguna dependencia direccional o solo una reducida. Las retículas de puntos pueden fabricarse de manera sencilla y asequible en su tecnología, por ejemplo, mediante serigrafía o impresión digital. Ventajosamente para este fin se utilizan colores (de vidrio) cerámicos, que durante el tratamiento térmico de una cubierta frontal que consta de vidrio se secan al horno.
En un diseño ventajoso de la invención, los puntos de color opacos de la al menos una primera retícula de puntos y/o de la al menos una segunda retícula de puntos presentan en cada caso un tamaño inferior a 5 mm, en particular inferior a 3 mm, en particular inferior a 1 mm. Por ello puede conseguirse ventajosamente que, desde una mayor distancia del observador del módulo de algunos metros resulte todavía una imagen a color monocromática plana.
De acuerdo con un diseño ventajoso de la invención la al menos una primera retícula de puntos y/o la al menos una segunda retícula de puntos presentan en cada caso una resolución de al menos 80 dpi (dots per inch, puntos por pulgada). Mediante esta medida puede conseguirse una elevada homogeneidad cromática del módulo solar. Es especialmente ventajoso cuando los puntos de color opacos de la al menos una primera retícula de puntos y/o de la al menos una segunda retícula de puntos presentan en cada caso una mayor dimensión inferior a 0,3 mm, en particular inferior a 0,2 mm, en particular inferior a 0,1 mm. Esto tiene como consecuencia que la máxima expansión de los puntos de color individuales de la retícula de puntos sea menor que la resolución del ojo humano en una distancia de 1 a 2 m de la superficie del módulo solar (es decir, superficie externa de la cubierta en el lado de entrada de luz). Como resultado puede alcanzarse una homogeneidad de color especialmente buena del módulo solar, que cumple con los requisitos en la estética muy elevados.
De acuerdo con un diseño ventajoso de la invención la cubierta en el lado de entrada de luz está compuesta de vidrio satinado. Estos vidrios se tratan mediante ataque químico o limpieza por chorro de arena en uno o ambos lados, de modo que se origina un porcentaje elevado de reflexión difusa y transmisión. Mediante el uso de vidrio satinado las retículas de puntos pueden difuminarse parcialmente, de modo que también en caso de puntos mayores aparece un efecto de color homogéneo. La transmisión difusa puede determinarse mediante un aparato de medición de neblina. Según la norma ASTM D1003 la neblina es la relación de porcentaje difuso con respecto a la transmisión total (o reflexión opcional). Los vidrios satinados con una neblina de transmisión superior al 50 %, en particular superior al 80 %, en particular superior al 90 %, son especialmente adecuados para obtener un efecto de color homogéneo procedente de la retícula de puntos detrás del cristal frontal satinado.
Tal como ya se ha mencionado al principio, en el módulo solar de acuerdo con la invención ha de resolverse el conflicto objetivo, según el cual, por un lado, debe alcanzarse un efecto de color homogéneo por todo el módulo solar, sin embargo, el sustrato del lado de entrada de luz en la región de las zonas ópticamente activas debe presentar una transparencia óptica suficiente, para hacer posible la conversión de energía fotoeléctrica con una eficiencia que puede aprovecharse en la práctica. Por lo tanto, las distancias intermedias de puntos de color opacos directamente contiguos unos a otros de la al menos una primera retícula de puntos son siempre distintas a cero. De acuerdo con un diseño especialmente ventajoso de la invención la al menos una primera retícula de puntos está configurada de modo que un grado de cobertura de las zonas ópticamente activas asciende a menos del 50 %, preferentemente a menos del 25 %, y de manera aún más preferente a menos del 10 %. Por ello puede garantizarse por un lado un efecto de color homogéneo, por otro lado, un rendimiento alto o la menor pérdida de eficiencia posible del módulo solar.
La expresión "grado de cobertura" describe el porcentaje de superficie, con respecto a la superficie de las zonas ópticamente activas, de los puntos de color opacos de la al menos una primera retícula de puntos. Para el cálculo del grado de cobertura el recubrimiento de las zonas ópticamente activas mediante los puntos opacos en vista perpendicular puede contemplarse mediante el sustrato en el lado de entrada de luz. Sería también concebible, proyectar las zonas ópticamente activas en el plano de la cubierta en el lado de entrada de luz, en particular en el plano de la al menos una primera retícula de puntos, (perpendicular a la superficie de sustrato).
En la región de las zonas ópticamente inactivas no es necesario que la cubierta en el lado de entrada de luz presente una transparencia óptica elevada. Más bien es ventajoso cuando la al menos una segunda retícula de puntos está configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona ópticamente inactiva, en particular de todas las zonas ópticamente inactivas, asciende al menos al 95 %, en particular al menos al 97 %, en particular al menos al 99 %. Por ello puede conseguirse ventajosamente una cubierta prácticamente opaca con efecto de color homogéneo de las zonas ópticamente inactivas normalmente muy irregulares y distintas unas de otras en cuanto a los colores. Esto se cumple en particular para la región marginal del módulo solar muy irregular en cuanto a la estructura y el color. Por consiguiente, el porcentaje de los colores de las zonas ópticamente inactivas en el segundo color de adición F2' es relativamente reducido o cero, de modo que en conjunto puede conseguirse una homogeneidad de color muy elevada por todo el módulo.
De acuerdo con un diseño de la invención la al menos una segunda retícula de puntos está configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona ópticamente inactiva, en particular de toda la zona ópticamente inactiva, asciende al 100 %. Esto significa que la segunda retícula de puntos es una aplicación de color sin distancia intermedia por toda la superficie entre los puntos opacos. Entonces los puntos de color individuales de la segunda retícula de puntos ya no pueden distinguirse. En este caso el color de adición F2' con las coordenadas de color LV, a*2', b*2' corresponde al cuarto color F4 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, dado que ya no es posible una adición con el color de fondo. Esta medida tiene la ventaja de que puede alcanzarse una homogeneidad de color muy buena por todo el módulo, en particular en la región marginal no homogénea en cuanto a la estructura y color del módulo solar.
De acuerdo con un diseño de la invención alternativo a este es también posible que la al menos una segunda retícula de puntos esté configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona ópticamente inactiva, en particular de toda la zona ópticamente inactiva, ascienda a menos del 95 %. En este caso mediante una adaptación del al menos un segundo color de adición F2' al primer color de adición Fi' puede conseguirse una buena homogeneidad de color del módulo solar. Este diseño puede ser ventajoso en módulos con obleas de silicio. En la región entre las obleas se encuentra generalmente una lámina de reverso blanca. Esta puede recubrirse mediante una segunda retícula de puntos con grado de cobertura menor. Por ello, en esta región puede acoplarse todavía luz, que llega mediante reflexión interna y reflexión total hasta la célula.
Análogamente al grado de cobertura de las zonas ópticamente activas la expresión "grado de cobertura" describe el porcentaje de superficie, con respecto a la superficie de las zonas ópticamente inactivas, de los puntos de color opacos de la al menos una segunda retícula de puntos. Para el cálculo del grado de cobertura el recubrimiento de las zonas ópticamente inactivas puede observarse mediante los puntos de color opacos en vista perpendicular mediante la cubierta en el lado de entrada de luz. Sería posible también, proyectar las zonas ópticamente inactivas en el plano de la cubierta en el lado de entrada de luz, en particular en el plano de la al menos una segunda retícula de puntos, (perpendicular a la superficie de sustrato).
La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un módulo solar de acuerdo con la invención, tal como se ha descrito anteriormente. En este sentido se facilita una cubierta frontal del módulo solar y se aplica sobre la superficie externa y/o superficie interna de la cubierta frontal:
- al menos una primera retícula de puntos, que recubre al menos las zonas ópticamente activas, presentando la primera retícula de puntos una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen un tercer color F3 distinto del primer color Fi con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3, resultando mediante adición del primer color Fi y del tercer color F3 un color de adición Fi' con las coordenadas de color L*i', a*i', b*i',
- al menos una segunda retícula de puntos, que recubre al menos una zona ópticamente inactiva, presentando la segunda retícula de puntos una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, en donde mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición F2' con las coordenadas de color UV, aV, bV,
en done el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para
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se cumple la condición AEi,2 £ 5.
La primera y/o segunda retícula de puntos se aplica, por ejemplo, en serigrafía o impresión digital sobre el sustrato frontal. En una aplicación de color de la al menos una segunda retícula de puntos por toda la superficie, la retícula de puntos puede extenderse por ejemplo también por la superficie externa y/o interna del sustrato frontal.
Además, la invención se extiende al uso del módulo solar de acuerdo con la invención como parte de un revestimiento de edificio, en particular como ventana, fachada o componente de techo.
Los distintos diseños de la invención pueden realizarse individualmente o en combinaciones discrecionales. En particular, las características anteriormente mencionadas y que van a explicarse a continuación pueden emplearse no solo en las combinaciones indicadas, sino también en otras combinaciones o individualmente, sin abandonar el marco de la presente invención.
La invención se explica más detalladamente ahora mediante un ejemplo de realización, haciéndose referencia a los dibujos adjuntos. Muestran en representación simplificada, no a escala:
figura i una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de acuerdo con una forma de realización de un módulo solar configurado en forma de un módulo solar de capa fina de acuerdo con la invención en una vista en sección transversal;
figura 2 una representación esquemática de la superficie en el lado de entrada de luz del módulo solar de capa fina de la figura i en una vista en planta desde arriba;
figura 3 un diagrama de flujo para ilustrar el procedimiento de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de los dibujos
En la figura 1 se ilustra un módulo solar de capa fina designado en conjunto con el número de referencia 1 de acuerdo con la presente invención de modo esquemático mediante una vista en sección transversal (corte perpendicular con respecto a la superficie de módulo). El módulo solar de capa fina 1 comprende una multitud de células solares 16 conectadas entre sí en serie en forma integrada, estando representadas de manera muy simplificada solo dos células solares 16. Se entiende que en el módulo solar de capa fina 1, por regla general, están conectadas en serie una pluralidad de células solares 16 (por ejemplo, aproximadamente 100-150).
El módulo solar de capa fina 1 presenta una estructura de vidrio laminado en la configuración de sustrato. Comprende un sustrato trasero 2 con una estructura de capas 3 de capas finas aplicada sobre este aplicada sobre este, en donde la estructura de capas 3 está dispuesta sobre una superficie del lado de entrada de luz del sustrato trasero 2. El sustrato trasero 2 está configurado en este caso, por ejemplo, como placa de vidrio plana rígida con una transparencia relativamente alta, en donde del mismo modo pueden utilizarse otros materiales eléctricamente aislantes con resistencia deseada y comportamiento inerte con respecto a las etapas de proceso llevadas a cabo.
La estructura de capas 3 comprende una capa de electrodo posterior 5 opaca, dispuesta sobre la superficie en el lado de entrada de luz del sustrato trasero 2, que se compone por ejemplo de un metal opaco como molibdeno (Mo) y mediante evaporación o evaporación catódica asistida por campo magnético (pulverización catódica de metales) se ha aplicado sobre el sustrato trasero 2. La capa de electrodo posterior 5 tiene, por ejemplo, un grosor de capa en el intervalo de 300 nm a 600 nm.
Sobre la capa de electrodo posterior 5 está instalada una capa de absorbedor 6 (opaca) fotovoltaicamente activa, que consta de un semiconductor dopado con iones de metal, cuya distancia de banda es capaz de absorber el mayor porcentaje posible de la luz solar. La capa de absorbedor 6 consta, por ejemplo, de un semiconductor de calcopirita de tipo p, por ejemplo, un compuesto del grupo Cu(In/Ga)(S/Se)2, en particular Cu(In/Ga)(S/Se)2 dopado con sodio(Na). En la fórmula anterior pueden estar presentes indio (In) y galio (Ga), así como azufre (S) y selenio (Se) opcionalmente o en combinación. La capa de absorbedor 6 tiene un grosor de capa, que está situado por ejemplo en el intervalo de 1-5 gm y, en particular aproximadamente 2 gm. Para la fabricación de la capa de absorbedor 6 se aplican normalmente distintas capas de material, por ejemplo, mediante pulverización catódica de metales, que a continuación mediante calentamiento en un horno, dado el caso en una atmósfera de contenido en S- y/o Se, se convierten térmicamente en semiconductores compuestos (RTP = Rapid ThermalProcessing). El experto en la técnica está muy familiarizado con este tipo de fabricación de un semiconductor compuesto, de modo que en este caso no es necesario tratar esto en detalle.
Sobre la capa de absorbedor 6 está separada una capa tampón 7, que en este caso, por ejemplo, consta de una capa individual sulfuro de cadmio (CdS) y una capa individual de óxido de zinc intrínseco (i-ZnO), lo que no se representa en detalle en la figura 1.
Sobre la capa tampón 7 está aplicada una capa de electrodo frontal 8, por ejemplo, mediante pulverización catódica de metales. La capa de electrodo frontal 8 es transparente para la radiación en el intervalo espectral visible ("electrodo ventana"), de modo que la luz solar 4 que se irradia (ilustrada en la figura 1 mediante cuatro flechas paralelas) solo se debilita escasamente. La capa de electrodo frontal 8 está basada por ejemplo en un óxido de metal dopado, por ejemplo, óxido de zinc (ZnO) dopado con aluminio (Al) de tipo n. Una capa de electrodo frontal 8 así se denomina en genera capa TCO (TCO = Transparent Conductive Oxide, óxido conductor transparente). El grosor de capa de la capa de electrodo frontal 8 asciende, por ejemplo, a aproximadamente 500 nm. Mediante la capa de electrodo frontal 8 junto con la capa tampón 7 y la capa de absorbedor 6 se forma una transición heterogénea (es decir, sucesión de capas de tipo de conducción opuesta). A este respecto la capa tampón 7 puede provocar una adaptación electrónica entre la capa de absorbedor 6 y la capa de electrodo frontal 8.
Para protegerse de influencias meteorológicas, sobre la capa de electrodo frontal 8 está aplicada una capa adhesiva 9 (de plástico), que sirve para el encapsulado de la estructura de capa 3. Pegada con la capa adhesiva 9 está una cubierta 10 frontal o en el lado de entrada de luz, transparente para la luz solar, que está configurada, por ejemplo, en forma de una placa de vidrio (plana) rígida de vidrio extra blanco con contenido de hierro reducido. La cubierta frontal 10 sirve para el sellado y para una protección mecánica de la estructura de capa 3. La cubierta frontal 10 presenta dos superficies enfrentadas entre sí, concretamente una superficie interna 12 dirigida a las células solares 16 y una superficie externa 11 opuesta a las células solares 16, que al mismo tiempo es la superficie de módulo. A través de la superficie externa 11 el módulo solar de capa fina 1 puede absorber luz solar 4, para generar en las dos conexiones de tensión (+,-) una tensión eléctrica. Una ruta de corriente resultante se ilustra en la figura 1 mediante flechas dispuestas en serie. La cubierta frontal 10 y el sustrato trasero 2 están firmemente unidos ("laminados") entre sí mediante la capa adhesiva 9, en donde la capa adhesiva 9 está configurada en este caso, por ejemplo, como capa adhesiva termoplástica, que puede deformarse plásticamente mediante calentamiento y en el enfriamiento une firmemente la cubierta 10 y el sustrato 2 entre sí. La capa adhesiva 9 se compone en este caso, por ejemplo, de PVB. La cubierta 10 y el sustrato 2 con las células solares 16 incrustadas en la capa adhesiva 9 forman en conjunto un compuesto laminado.
Para la configuración y conexión en serie de las células solares 16 la estructura de capas 3 se estructuró utilizando una tecnología de estructuración adecuada, por ejemplo, escritura láser y/o desprendimiento mecánico. Normalmente para este fin se introducen sucesiones directas de tres líneas de estructuración P1-P2-P3 en cada caso en la estructura de capas 3. En este sentido mediante primeras líneas de estructuración P1 se subdivide al menos la capa de electrodo posterior 5, por lo que se generan los electrodos posteriores 5-1, 5-2, de las células solares 16. Mediante segundas líneas de estructuración P2 al menos la capa de absorbedor 6 se subdivide, por lo que se generan los absorbedores 6-1,6-2 de las células solares 16. Mediante terceras líneas de estructuración P3 al menos la capa de electrodo frontal 8 se subdivide, por lo que se generan los electrodos frontales 8-1,8-2 de las células solares 16. A través de la segunda línea de estructuración P2 el electrodo frontal 8-1 de una célula solar 16 está conectado eléctricamente con el electrodo posterior 5-2 de una célula solar 16 adyacente, en donde el electrodo frontal 8-1 contacta con el electrodo posterior 5­ 2 por ejemplo directamente. En el ejemplo de realización mostrado las zanjas de las primeras líneas de estructuración P1 se han llenado mediante material de la capa de absorbedor 6. Las zanjas de las segundas líneas de estructuración P2 se han llenado mediante material de la capa de electrodo frontal 8 y las zanjas de las terceras líneas de estructuración P3 se han llenado mediante la capa adhesiva 9. Cada sucesión directa de primera, segunda y tercera línea de estructuración P1-P2-P3 forma una zona de estructuración 17. En la figura 1 se muestra a modo de ejemplo solo una única zona de estructuración 17, por lo que la conexión en serie de dos células solares 16 directamente contiguas queda definida, estando prevista en el módulo solar de capa fina 1 una pluralidad de tales zonas de estructuración 17 para la estructuración y conexión en serie de células solares 16.
Las zonas ópticamente activas del módulo solar de capa fina 1 están señaladas en la figura 1 mediante el número de referencia "14". Estas son aquellas regiones de las células solares 16, que apilados unos sobre otros presentan en cada caso un electrodo posterior, un absorbedor, así como un electrodo frontal, y tienen la capacidad de conversión fotoeléctrica de luz solar 4 en corriente eléctrica. Por ejemplo, la zona ópticamente activa 14 de la célula solar 16 representada a la izquierda en la figura 1 comprende el electrodo posterior 5-1, el absorbedor 6-1 y el electrodo frontal 7-1.
El módulo solar de capa fina 1 comprende una región interior 18, que presenta las células solares 16, y una región marginal 13. Las células solares 16 en la región interior 18 comprenden las zonas 14 ópticamente activas y las zonas de estructuración 17 ópticamente inactivas. La región marginal 13 ópticamente inactiva rodea la región interior 18 de manera circundante (por completo). En la región marginal 13 la estructura de capas 3 está retirada. La región marginal 13 sirve en particular para establecer contacto eléctrico de las células solares 16 conectadas en serie mediante conductores colectores (barras colectoras) (no representadas). En la figura 1 las zonas ópticamente inactivas del módulo solar de capa fina (región marginal 13, zonas de estructuración 17) están señaladas mediante el número de referencia "15".
Se hace referencia ahora a la figura 2 , en donde un diseño de la superficie en el lado de entrada de luz del módulo solar de capa fina 1 a modo de ejemplo se ilustra esquemáticamente en la figura 1. Por lo tanto, en la superficie interna 12 de la cubierta frontal 10 está aplicada una primera retícula de puntos 19 y una segunda retícula de puntos 20. Visto en perpendicular a través de la cubierta frontal 10 , es decir, con respecto a una dirección perpendicular hacia la superficie externa 11, la primera retícula de puntos 19 recubre por completo la región interior 18 del módulo solar de capa fina 1, es decir, la primera retícula de puntos 19 está dispuesta solo por encima o sobre la región interior 18. La forma y dimensiones de la primera retícula de puntos 19 corresponden a la de la zona interna 18. Visto en perpendicular a través de la cubierta frontal 10 , es decir, con respecto a una dirección perpendicular hacia la superficie externa 11, la segunda retícula de puntos 20 recubre por completo la región marginal 13 del módulo solar de capa fina 1, estando dispuesta la segunda retícula de puntos 20 solo por encima de la región marginal 13. La forma y dimensiones de la segunda retícula de puntos 19 corresponden a las de la zona marginal 13. Tal como se indica en la Figura 2, la primera retícula de puntos 19 y la segunda retícula de puntos 20 pueden distinguirse en cada caso desde el entorno externo a través de la cubierta 10 transparente frontal.
La primera retícula de puntos 19 se compone de una pluralidad de puntos de color 21 opacos, que están dispuestos en la forma de un tablero de ajedrez con las mismas separaciones intermedias. Entre los puntos de color opacos 21 se encuentran lugares transparentes 22 de la cubierta frontal 1, de modo que las zonas ópticamente activas 14 pueden distinguirse a través de la cubierta frontal 1. La primera retícula de puntos 19 presenta una resolución de al menos 80 dpi, en donde los puntos de color 21 individuales tienen en cada caso una dimensión máxima inferior a 0,3 mm. El grado de cobertura de las zonas ópticamente activas 14 a través de los puntos de color 21 de la primera retícula de puntos 19 asciende al 50 % (porcentaje de superficie de los puntos de color 21), es decir, en una vista perpendicular a través de la cubierta frontal 10 o proyección (perpendicular) de las zonas ópticamente activas 14 sobre la superficie interna 11 los puntos de color 21 opacos de la primera retícula de puntos ocupan el 1950 % de la superficie de las zonas ópticamente activas 14. En el resto de la región de las zonas ópticamente activas 14 se encuentran lugares transparentes 22. De manera correspondiente la (semi) transparencia óptica de la cubierta frontal 10 en la región interior asciende al 1850 %. Por ello la pérdida de eficiencia puede minimizarse reduciendo la transparencia óptica de la cubierta frontal 10.
La segunda retícula de puntos 20 se compone de manera análoga de una pluralidad de puntos de color 21 opacos, en donde el grado de cobertura de la región marginal 13 ópticamente inactiva asciende al menos al 95 %, es decir, en una vista perpendicular a través de la cubierta frontal 10 o proyección (perpendicular) de región marginal 13 sobre la superficie interna 11 los puntos de color 21 de la segunda retícula de puntos 20 ocupan al menos el 95 % de la superficie de la región marginal 13. Los puntos de color 21 tienen una distancia intermedia correspondientemente pequeña, de modo que en la figura 2 ya no pueden distinguirse como puntos de color 21 individuales. Más bien, la segunda retícula de puntos 20 corresponde esencialmente a una aplicación de color por toda la superficie. Esto tiene como consecuencia que la región marginal 13 a través de la cubierta frontal 10 prácticamente ya no puede distinguirse, ascendiendo la transparencia óptica de la cubierta frontal 10 en la región marginal 13 como máximo al 5 % (es decir, cubierta opaca 10 en la región marginal 13).
En la figura 1 las dos retículas de puntos 19, 20 (para una mejor identificación con grosor de capa de la impresión muy ampliado) se representan de manera esquemática.
En la figura 2 los distintos colores del módulo solar de capa fina 1 están representados a modo de ejemplo mediante tonos grises. Las zonas ópticamente activas 14 tienen (en función de la fabricación) un primer color F1, que está definido mediante las coordenadas de color L*1, a*1, b*1. Los puntos de color opacos 21 de la primera retícula de puntos 19 tienen un tercer color F3 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3. Dado que el primer color F1 puede verse a través de los lugares transparentes 22, en la región interior 18 del módulo solar de capa fina 1 el primer color F1 y el tercer color F3 se añaden para formar un color de adición F1' con las coordenadas de color L*1', a*1', b*1'. Con vistas a la cubierta frontal 10, es decir, para un observador, que observa el módulo solar de capa fina 1 desde el entorno externo, resulta por consiguiente un efecto de color en la región interior 18, que corresponde a una adición (mezcla de colores aditiva) de los dos colores F1 y F3 para dar lugar al color de adición F1'. Resulta para el observador por consiguiente un efecto de color promedio del color de fondo de las zonas ópticamente activas 14 y del color de los puntos de color opacos 21 de la primera retícula de puntos 19. El color de adición F1' puede determinarse de manera sencilla mediante un colorímetro convencional (espectrofotómetro), que para este fin, por ejemplo, con una abertura de medición se coloca sobre la superficie externa 11 de la cubierta frontal 10. Sería posible también una medición del color de adición F1' en una distancia de, por ejemplo, 1 a 2 m de la superficie externa 11. Es esencial en este sentido que para una adición de ambos colores F1 y F3 para formar el color de adición F1' se observa una región de la superficie externa 11 de la cubierta frontal 10 con un tamaño de al menos 0,2 cm2.
En la región marginal 13 el módulo solar de capa fina 1 (en función de la fabricación) presenta un segundo color F2 distinto del primer color F1, que está definido mediante las coordenadas de color L*2, a*2, b*2. En la figura 2 el segundo color F2 ya no puede distinguirse a través de la segunda retícula de puntos 20 aplicada esencialmente por toda la superficie. Los puntos de color opacos 21 de la segunda retícula de puntos 20 tienen un cuarto color F4 distinto al segundo color F2 distinto, que está definido mediante las coordenadas de color L*4, a*4, b*4. En la región marginal 13, por consiguiente, el segundo color F2 y el cuarto color F4 se añaden para formar un color de adición F2', que está definido mediante las coordenadas de color LY, a*4', b*4'. Mediante la transparencia óptica muy reducida en la región marginal 13 el color de adición F2' corresponde esencialmente al cuarto color F4 de los puntos de color 21 opacos de la segunda retícula de puntos 20. Por consiguiente, en la vista hacia la cubierta frontal 10, es decir, para un observador, que observa el módulo solar de capa fina 1 desde el entorno externo, un efecto de color en la región marginal 13, que corresponde al color de adición F2', es decir, esencialmente al cuarto color F4 de los puntos de color 21 opacos.
En la fabricación de las dos retículas de puntos 19, 20 el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la diferencia de color, dada mediante la fórmula
AE1.2 = V (¿r - ¡V )2 + K ’ - a*')2 (b*’ - b*’)2
se cumple la condición AE1,2 £ 5.
En la práctica, en la selección de los colores el cuarto color F4 de la segunda retícula de puntos 20 puede seleccionarse de modo que se origina el menor contraste posible con respecto al tercer color F3 de los puntos de color 21 de la primera retícula de puntos 19. Normalmente el cuarto color F4 de la segunda retícula de puntos 20 es más oscuro que el tercer color F3. En la práctica, se parte de un cuarto color F4 de cobertura adecuado de la segunda retícula de puntos 20 y después se selecciona un tercer color F3 lo más claro posible. En superficies de célula con saturación residual debería considerarse su tono de color en la mezcla de colores. Cuando la resolución de los puntos de color opacos 21 es relativamente baja, entonces, el contraste entre el tercer color F3 de los puntos de color opacos 21 de la primera retícula de puntos 19 y del primer color F1, es decir, color de fondo, de las superficies de célula (es decir, zonas ópticamente activas 14) no debería ser demasiado grande, por lo que sin embargo el grado de cobertura requerido y con ello la pérdida de eficiencia puede aumentar. En caso de una resolución más alta puede alcanzarse una adaptación de color más homogénea también con contrastes más intensos entre puntos de color opacos y superficie de célula oscura.
En el ejemplo de realización de la figura 2 los valores L* de los puntos de retícula claros de la primera retícula de puntos 19 se comportan con respecto a los valores L* de los puntos de retícula de la segunda retícula de puntos 20 en la región marginal 13 en 50 % de cobertura con negro como por ejemplo 1,4:1. Por ello puede evitarse un fuerte contraste entre los colores en la región marginal 13 y región interior 18. El efecto de color global (por ejemplo de una distancia de 1 m) procedente de puntos de color 21 opacos y lugares transparentes 22 en la región interior 18 es lo más cercano posible al efecto de color de la zona ópticamente 15 inactiva en la región marginal 13; es decir, la mezcla de colores aditiva de los puntos de color opacos 21 (color F3) y de la reflexión residual de las superficies de célula (color F1) producen un color F1', cuya luminosidad, tono y saturación en cada caso se desvían menos del 5 % relativamente (preferentemente 2 %, aún mejor 1 %) de la luminosidad, tono y saturación del cuarto color F4 (corresponde esencialmente al segundo color de adición F2') sobre la zona 15 ópticamente inactiva en la región marginal 13.
Para la selección de los colores adecuados el experto en la técnica tiene a su alcance distintas técnicas y métodos, que no son contenido de esta invención. Para dos casos, esto en este punto debe explicarse solo a modo de ejemplo y de manera simplificada. Para el cálculo de los colores en este caso debe emplearse el espacio de color RGB. Para la conversión de CIE-L*a*b* en RGB se proporcionan tablas o programas.
Caso 1: la superficie de célula activa es casi negra (F1 en RGB = (0,0,0)) como puede conseguirse aproximadamente en caso de módulos solares de capa fina a base de Cu(ln,Ga)(S,Se)2 en condiciones de proceso adecuadas. El color del módulo F1' deseado es gris, por ejemplo, RGB (64,64,64). Para la menor cobertura posible con la primera retícula de puntos por tanto debe emplearse blanco (256,256,256) como color F3. El grado de cobertura de la primera retícula de puntos se calcula por tanto para ser 25 %. Para la cubierta marginal entonces en una cobertura de la segunda retícula de puntos del 100 % puede seleccionarse el color F4=F2=F7= (64,64,64).
Caso 2: un cliente desea un módulo azul con el código de color RGB (0,50,114). La superficie activa es negra (RGB 0,0,0). La cubierta marginal debe ser lo más opaca posible debido a las bandas de contacto metálicas, es decir, se desea un grado de cobertura de 100 % para la segunda retícula de puntos. Para conseguir en la superficie de célula activa la menor cobertura posible, el color F3 de los puntos de la primera retícula debe tener un tono lo más claro posible. Sin embargo, la luminosidad y saturación del color no deben modificarse. La coordenada de color más clara es limitante, en este caso en el RGB por tanto azul (114). El valor de azul máximo es 256 en el espacio de color RGB. La cobertura máxima por tanto es 114/256= 44 %. Para el código de color RGB del color F3 de los puntos individuales se obtiene entonces F3=(0,113,256)
Aunque esto no se muestra en el ejemplo de realización de la figura 2 , sería igualmente posible prever en la región de las zonas de estructuración 17 en cada caso una segunda retícula de puntos 20 que recubre la zona de estructuración 17 (por completo). Por ello, la homogeneidad de color del módulo solar de capa fina 1 puede mejorarse aún más.
Se hace referencia ahora a la figura 3, en donde se ilustra un ejemplo de realización del procedimiento de acuerdo con la invención. El procedimiento comprende una primera etapa I, en la que se facilita una cubierta frontal 10 con una superficie externa 11 dirigida al entorno externo y una superficie interna 12 dirigida a las células solares 16. En una segunda etapa II al menos una primera retícula de puntos 19, que recubre al menos las zonas ópticamente activas 14 de las células solares 16, se aplica sobre la superficie interna 12 y/o superficie externa 11 de la cubierta frontal 10. La primera retícula de puntos 19 presenta una pluralidad de puntos de color 21 opacos, que tienen en cada caso un tercer color F3 distinto del primer color F1 de la zona 14 ópticamente activa con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3, resultando mediante adición del primer color F1 y del tercer color F3 un color de adición F1' con las coordenadas de color L*1', a*1', bV. En una tercera etapa III al menos una segunda retícula de puntos 20, que recubre las zonas ópticamente inactivas 15, se aplica sobre la superficie interna 12 y/o superficie externa 11 de la cubierta 10 en el lado de entrada de luz. La segunda retícula de puntos 2 presenta una pluralidad de puntos de color 21 opacos, que tienen un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, en donde mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición F2' con las coordenadas de color L*2', a*2', b*2'. El tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la diferencia de color
Figure imgf000012_0001
se cumple la condición AE1,2 £ 5.
La primera retícula de puntos 19 y la segunda retícula de puntos 20 se aplican, por ejemplo, en el procedimiento de serigrafía o impresión digital sobre el sustrato 10 frontal.
La invención pone a disposición un módulo solar mejorado, así como un procedimiento para su fabricación, que evita un contraste intenso entre zonas ópticamente activas y zonas ópticamente inactivas. Ventajosamente el módulo solar transmite un efecto de color muy homogéneo a través del módulo completo, en el caso de una escasa dependencia direccional del efecto de color, o en ausencia de la misma. Mediante el grado de ocupación relativamente bajo de la al menos una retícula de puntos en la región interior del módulo solar, la pérdida de eficiencia del módulo solar puede minimizarse.
Lista de referencias
1 módulo solar de capa fina
2 sustrato trasero
3 estructura de capas
4 luz solar
5 capa de electrodo posterior
5-1, 5-2 electrodo posterior
6 capa de absorbedor
-1,6-2 absorbedor
capa tampón
capa de electrodo frontal -1, 8-2 electrodo frontal
capa adhesiva
0 cubierta frontal
1 superficie externa
2 superficie interna
3 región marginal
4 zona ópticamente activa 5 zona ópticamente inactiva 6 célula solar
7 zona de estructuración 8 región interior
9 primera retícula de puntos 0 segunda retícula de puntos 1 punto de color
2 lugar transparente

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Módulo solar (1) con células solares (16) para la generación de energía fotovoltaica, que comprende:
- una cubierta frontal (10) con una superficie externa (11) dirigida al entorno externo y una superficie interna (12) dirigida a las células solares (16),
- zonas (14) ópticamente activas, que tienen un primer color F1 con las coordenadas de color L*1, a*1, b*1, - zonas (15) ópticamente inactivas, que tienen al menos un segundo color F2 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*2, a*2, b*2, caracterizado por que la cubierta frontal (10) en su superficie externa y/o interna presenta:
- al menos una primera retícula de puntos (19), que recubre al menos las zonas (14) ópticamente activas, en donde la primera retícula de puntos (19) presenta una pluralidad de puntos de color opacos, que tienen un tercer color F3 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3, resultando mediante adición del primer color F1 y del tercer color F3 un color de adición F1' con las coordenadas de color LV, aV, bV,
- al menos una segunda retícula de puntos (20), que recubre al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en donde la segunda retícula de puntos (20) presenta una pluralidad de puntos de color (21) opacos, que tienen un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, en donde mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición F2' con las coordenadas de color UV, a*2', b*2',
en donde el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la desviación de color AG,2 = V(¿*i'- ¿ *2')2 (ar - a *') 2 W - b2')2
se cumple la condición AE1,2 < 5.
2. Módulo solar (1) según la reivindicación 1, en el que el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la desviación de color AE1,2 se cumple la condición AE1,2 £ 2 , en particular AE12 £ 1 , en particular AE12 £ 0,5.
3. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los puntos de color (21) opacos de la al menos una primera retícula de puntos (19) y/o de la al menos una segunda retícula de puntos (20) presentan en cada caso un tamaño inferior a 5 mm, en particular inferior a 3 mm, en particular inferior a 1 mm.
4. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la al menos una primera retícula de puntos (19) y/o la al menos una segunda retícula de puntos (20) presentan en cada caso una resolución de al menos 80 dpi, y en donde los puntos de color (21) opacos de la primera retícula de puntos (19) y/o segunda retícula de puntos (20) presentan en cada caso una dimensión máxima inferior a 0,3 mm, en particular inferior a 0,2 mm, en particular inferior a 0,1 mm.
5. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la al menos una primera retícula de puntos (19) está configurada de modo que un grado de cobertura de las zonas (14) ópticamente activas asciende a menos del 50 %, en particular menos del 25 %, en particular menos del 10 %.
6. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la al menos una segunda retícula de puntos (20) está configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en particular de todas las zonas (15) ópticamente inactivas, asciende al menos al 95 %, en particular al menos al 97 %, en particular al menos al 99 %.
7. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la al menos una segunda retícula de puntos (20) está configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en particular de todas las zonas (15) ópticamente inactivas, asciende al 100 %, en donde el color de adición F2' con las coordenadas de color L*2', a*2', b*2' corresponde al cuarto color F4 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4.
8. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la al menos una segunda retícula de puntos (20) está configurada de modo que un grado de cobertura de la al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en particular de todas las zonas (15) ópticamente inactivas, asciende a menos del 95 %.
9. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la al menos una primera retícula de puntos (19) recubre una región interior (18) del módulo solar (1).
10. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la al menos una segunda retícula de puntos (20) recubre una región marginal (13) ópticamente inactiva del módulo solar (1).
11. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que zonas (15) ópticamente inactivas en la región interior (18) están recubiertas en cada caso por una segunda retícula de puntos (20 ).
12. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la al menos una primera retícula de puntos (19) y la al menos una segunda retícula de puntos (20) están dispuestas en la superficie interna (12) de la cubierta frontal (1 ).
13. Módulo solar (1) según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la cubierta frontal (10) consta de vidrio satinado con un valor de neblina superior al 50 %, en particular superior al 80 %, en particular superior al 90 %.
14. Procedimiento para la fabricación de un módulo solar (1) con células solares para la generación de energía fotovoltaica según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que se facilita una cubierta frontal (10) con una superficie externa (11 ) dirigida al entorno externo y una superficie interna (12 ) dirigida a las células solares (16), en donde zonas (14) ópticamente activas de las células solares (16) tienen un primer color F1 con las coordenadas de color L*1, a*1, b*1, y zonas (15) ópticamente inactivas tienen al menos un segundo color F2 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*2, a*2, b*2, caracterizado por que sobre la superficie externa (11 ) y/o la superficie interna (12 ) de la cubierta frontal (10 ) se aplica:
- al menos una primera retícula de puntos (19), que recubre al menos las zonas (14) ópticamente activas, en donde la primera retícula de puntos (19) presenta una pluralidad de puntos de color opacos (21), que tienen un tercer color F3 distinto del primer color F1 con las coordenadas de color L*3, a*3, b*3, resultando mediante adición del primer color F1 y del tercer color F3 un color de adición F1' con las coordenadas de color LV, aV, bV,
- al menos una segunda retícula de puntos (20), que recubre al menos una zona (15) ópticamente inactiva, en donde la segunda retícula de puntos (20 ) presenta una pluralidad de puntos de color (21 ) opacos, que tienen un cuarto color F4 distinto del segundo color F2 con las coordenadas de color L*4, a*4, b*4, en donde mediante adición del segundo color F2 y del cuarto color F4 resulta un color de adición F2' con las coordenadas de color L*2', a*2', b*2',
en donde el tercer color F3 y el cuarto color F4 están seleccionados de modo que para la desviación de color
AG,2 = V(¿*i'- ¿ *2')2 (ar - a *') 2 W - b2')2
se cumple la condición AE1,2 £ 5.
15. Uso del módulo solar según una de las reivindicaciones 1 a 13 como parte de un revestimiento de edificio, en particular como ventana, fachada o componente de techo.
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