ES2845098T3 - Procedimiento para fabricar módulos de celdas solares - Google Patents
Procedimiento para fabricar módulos de celdas solares Download PDFInfo
- Publication number
- ES2845098T3 ES2845098T3 ES18215615T ES18215615T ES2845098T3 ES 2845098 T3 ES2845098 T3 ES 2845098T3 ES 18215615 T ES18215615 T ES 18215615T ES 18215615 T ES18215615 T ES 18215615T ES 2845098 T3 ES2845098 T3 ES 2845098T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- solar
- module
- solar cell
- supercells
- supercell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 99
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 166
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 72
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 192
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 152
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 76
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 31
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 31
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 24
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1127
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 72
- 238000013461 design Methods 0.000 description 53
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 53
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 45
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 43
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 43
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 43
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 35
- 230000006870 function Effects 0.000 description 32
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 description 28
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 27
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 25
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 21
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 21
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 21
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 17
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 15
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 14
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 13
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 13
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 229920002397 thermoplastic olefin Polymers 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 5
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000004456 color vision Effects 0.000 description 4
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 4
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 4
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 2
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 101100008044 Caenorhabditis elegans cut-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000283070 Equus zebra Species 0.000 description 1
- 241000409201 Luina Species 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
- H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
- H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/30—Electrical components
- H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Un procedimiento que comprende: suministrar una oblea de silicio (45) con una longitud; marcar una línea de marcado en la oblea de silicio para definir una región de celdas solares; aplicar un material de unión adhesivo conductor de electricidad a una superficie de la oblea de silicio; separar la oblea de silicio a lo largo de la línea de marcado para proporcionar una tira de celdas solares que comprende una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto de manera adyacente a un lado largo de la tira de celdas solares; disponer una pluralidad de tiras de celdas solares en línea con los lados largos de las tiras de celdas solares adyacentes superpuestas de manera escalonada con una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto entre ellas; y curar el material de unión conductor de electricidad para unir de ese modo las tiras de celdas solares superpuestas adyacentes entre sí y conectarlas eléctricamente en serie.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para fabricar módulos de celdas solares
Módulo de celdas solares escalonadas
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud de patente internacional reivindica prioridad a la solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/530.405 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 31 de octubre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/532.293 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 4 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/536.486 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 7 de noviembre de 2014, solicitud de Patente de los Estados Unidos n.° 14/539.546 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 12 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/543.580 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 17 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/548.081 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 19 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/550.676 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 21 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/552.761 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 25 de noviembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/560.577 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 4 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/566.278 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 10 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/565.820 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 10 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/572.206 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 16 de diciembre de 2014, solicitud de Patente de los Estados Unidos n.° 14/577.593 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 19 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/586.025 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 30 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/585.917 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 30 de diciembre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/594.439 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 12 de enero de 2015, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/605.695 titulada “Shingled Solar Cell Module” y presentada el 26 de enero de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/003.223 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 27 de mayo de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/036.215 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 12 de agosto de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/042.615 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 27 de agosto de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/048.858 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 11 de septiembre de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/064.260 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 15 de octubre de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/064.834 titulada “Shingled Solar Cell Module” presentada el 16 de octubre de 2014, solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 14/674.983 titulada “Shingled Solar Cell Panel Employing Hidden Taps” y presentada el 31 de marzo de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/081.200 titulada “Solar Cell Panel Employing Hidden
Taps” presentada el 18 de noviembre de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/113.250 titulada “Shingled Solar Cell Panel Employing Hidden Taps” presentada el 6 de febrero de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/082.904 titulada “High Voltage Solar Panel” presentada el 21 de noviembre de 2014, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/103.816 titulada “High Voltage Solar Panel” presentada el 15 de enero de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/111.757 titulada “High Voltage Solar Panel” presentada el 4 de febrero de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/134.176 titulada “Solar Cell Cleaving Tools and Methods” presentada el 17 de marzo de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/150.426 titulada “Shingled Solar Cell Panel Comprising Stencil-Printed Cell Metallization” presentada el 21 de abril de 2015, solicitud de patente provisional de los Estados Unidos n.° 62/035.624 titulada “Solar Cells with Reduced Edge Carrier Recombination” presentada el 11 de agosto de 2014, solicitud de patente de diseño de los Estados Unidos n.° 29/506.415 presentada el 15 de octubre de 2014, solicitu de patente de diseño de los Estados Unidos n.° 29/506.755 presentada el 20 de octubre de 2014, solicitud de patente de diseño de los Estados Unidos n.° 29/508.323 presentada el 5 de noviembre de 2014, solicitud de patente de diseño de los Estados Unidos n.° 29/509.586 presentada el 19 de noviembre de 2014, y a la solicitud de patente de diseño de los Estados Unidos n.° 29/509.588 presentada el 19 de noviembre de 2014.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere en general a módulos de celdas solares en los que las celdas solares están dispuestas de forma escalonada.
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 dichas demandas, en parte, mediante el suministro de energía eléctrica generada con celdas solares (por ejemplo, fotovoltaicas).
SUMARIO
En el presente documento se divulgan disposiciones de alta eficacia de celdas solares en un módulo de celdas solares, así como procedimientos para fabricar dichos módulos solares. Un procedimiento de acuerdo con la invención se define en la reivindicación 1. Otras modos de realización ventajosos se definen en las reivindicaciones dependientes. Estos y otros modos de realización, rasgos característicos y ventajas de la presente invención se harán más evidentes para los expertos en la técnica cuando se tomen con referencia a la siguiente descripción más detallada de la invención junto con los dibujos adjuntos que se describen primero brevemente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las figuras 1-16, 19A-19D, 21-61C y 76-82J, y las descripciones respectivas se refieren a ejemplos que no forman parte de la invención, pero que facilitan la comprensión de la invención. La figura 1 muestra un diagrama en sección transversal de una cadena de celdas solares conectadas en serie dispuestas de forma escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestos para formar una supercelda escalonada.
La figura 2A muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar rectangular ejemplar que se puede usar para formar superceldas escalonadas.
Las figuras 2B y 2C muestran diagramas de la superficie frontal (lado del sol) y de los patrones de metalización de la superficie frontal de dos celdas solares rectangulares ejemplares que tienen esquinas redondeadas que se pueden usar para formar superceldas escalonadas.
Las figuras 2D y 2E muestran diagramas de las superficies posteriores y patrones de metalización ejemplares de la superficie posterior para la celda solar que se muestra en la figura 2A.
Las figuras 2F y 2G muestran diagramas de las superficies posteriores y patrones de metalización ejemplares de la superficie posterior para las celdas solares que se muestran en las figuras 2B y 2C, respectivamente.
La figura 2H muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y el patrón de metalización de la superficie frontal de otra celda solar rectangular ejemplar que se puede usar para formar superceldas escalonadas. El patrón de metalización de la 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 fuera de la almohadilla de contacto.
La figura 2I muestra una vista en sección transversal de la celda solar de la figura 2H e identifica detalles del patrón de metalización de la superficie frontal que se muestra en una vista ampliada en las figuras 2J y 2K que incluye una almohadilla de contacto y partes de una barrera que rodea la almohadilla de contacto.
La figura 2J muestra una vista ampliada de los detalles de la figura 2I.
La figura 2K muestra una vista ampliada de los detalles 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 2L muestra un diagrama de la superficie posterior y un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior para la celda solar de la figura 2H. El patrón de metalización de la superficie posterior 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 fuera de la almohadilla de contacto.
La figura 2M muestra una vista en sección transversal de la celda solar de la figura 2L e identifica detalles del patrón de metalización de la superficie posterior que se muestra en una vista ampliada en la figura 2N que incluye una almohadilla de contacto y partes de una barrera que rodea la almohadilla de contacto.
La figura 2N muestra una vista ampliada de los detalles de la figura 2M.
La figura 2O muestra otra variante de un patrón de metalización que comprende una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado fluya fuera de una almohadilla de contacto. La barrera se apoya en un lado de la almohadilla de contacto y es más alta que la almohadilla de contacto.
La figura 2P muestra otra variante del patrón de metalización de la figura 2O, con la barrera apoyándose al menos en dos lados de la almohadilla de contacto.
La figura 2Q muestra un diagrama de la superficie posterior y un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior para otra celda solar rectangular ejemplar. El patrón de metalización de la superficie posterior comprende
una almohadilla de contacto continuo que se extiende sustancialmente por toda la longitud de un lado largo de la celda solar, a lo largo de un borde de la celda 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 fuera de la almohadilla de contacto.
La figura 2R muestra un diagrama de la superficie frontal (lado del sol) y el patrón de metalización de la superficie frontal de otra celda solar rectangular ejemplar que se puede usar para formar superceldas escalonadas. El patrón de metalización de la superficie frontal comprende almohadillas de contacto discretas dispuestas en una fila a lo largo de un borde de la celda solar y un conductor largo y delgado que se extiende paralelo a y desde el interior de la fila de almohadillas de contacto. El conductor largo y delgado forma una barrera configurada para evitar que el material de unión adhesivo conductor no curado depositado en sus almohadillas de contacto fluya fuera de las almohadillas de contacto y hacia áreas activas de la celda solar.
La figura 3A muestra un diagrama que ilustra un procedimiento ejemplar mediante el cual una celda solar de silicio pseudocuadrada de tamaño y geometría estándar puede separarse (por ejemplo, cortarse o romperse) para formar celdas solares rectangulares de dos longitudes diferentes que se pueden usar para formar superceldas escalonadas.
Las figuras 3B y 3C muestran diagramas que ilustran otro procedimiento ejemplar mediante el cual una celda solar de silicio pseudocuadrada se puede separar para formar celdas solares rectangulares. La figura 3B muestra la superficie frontal de la oblea y un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal. La figura 3C muestra la superficie posterior de la oblea y un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior.
Las figuras 3D y 3E muestran diagramas que ilustran un procedimiento ejemplar mediante el cual una celda solar de silicio cuadrada puede separarse para formar celdas solares rectangulares. La figura 3D muestra la superficie frontal de la oblea y un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal. La figura 3E muestra la superficie posterior de la oblea y un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior.
La figura 4A muestra una vista fragmentaria de la superficie frontal de una supercelda rectangular ejemplar que comprende celdas solares rectangulares como se muestra, por ejemplo, en la figura 2A, dispuestas de manera escalonada como se muestra en la figura 1.
Las figuras 4B y 4C muestran vistas frontal y posterior, respectivamente, de una supercelda rectangular ejemplar que comprende celdas solares rectangulares tipo "chevrón" que tienen esquinas biseladas, como se muestra, por ejemplo, en la figura 2B, dispuestas de manera escalonada como se muestra en la figura 1.
La figura 5A muestra un diagrama de un módulo solar rectangular ejemplar que comprende una pluralidad de superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo. Los pares de las superceldas se disponen de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las superceldas paralelos a los lados cortos del módulo.
La figura 5B muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar que comprende una pluralidad de superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud de aproximadamente la longitud de los lados cortos del módulo. Las superceldas están dispuestas con sus lados largos paralelos a los lados cortos del módulo.
La figura 5C muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar que comprende una pluralidad de superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas con sus lados largos paralelos a los lados del módulo.
La figura 5D muestra un diagrama de un módulo solar rectangular ejemplar que comprende una pluralidad de superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud de los lados largos del módulo. Los pares de superceldas se disponen de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las superceldas paralelos a los lados largos del módulo.
La figura 5E muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar similar en configuración al de la figura 5C, en el que todas las celdas solares a partir de las cuales se forman las superceldas son celdas solares de tipo chevrón que tienen esquinas biseladas correspondientes a las esquinas de obleas pseudocuadradas de las que se separaron las celdas solares.
La figura 5F muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar similar en configuración al de la figura 5C, en el que las celdas solares a partir de las cuales se forman las superceldas comprenden una mezcla de celdas solares rectangulares y tipo chevrón dispuestas para reproducir las formas de las obleas pseudocuadradas de las que se separaron.
La figura 5G muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar similar en configuración al de la figura
5E, excepto que las celdas solares de tipo chevrón adyacentes en una supercelda están dispuestas como imágenes especulares entre sí de modo que sus bordes superpuestos tengan la misma longitud.
La figura 6 muestra una disposición ejemplar de tres filas de superceldas interconectadas con interconexiones eléctricas flexibles para colocar las superceldas dentro de cada fila en serie entre sí, y para colocar 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 ejemplares que se pueden usar para interconectar superceldas en serie o en paralelo. Algunos de los ejemplos exhiben patrones que aumentan su flexibilidad (elasticidad 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 ejemplares de interconexión larga para aliviar el estrés que se pueden usar en tomas ocultas a superceldas como se describe en el presente documento o como interconexiones a contactos terminales de superceldas en la superficie frontal o posterior. Las figuras 7B-1 y 7B-2 ilustran ejemplos de rasgos característicos de alivio de tensión fuera del plano. Las figuras 7B-1 y 7B-2 muestran una configuración ejemplar de interconexión larga que comprende rasgos característicos de alivio de tensión fuera del plano y que se puede usar en tomas ocultas a superceldas o como interconexiones a contactos terminales de superceldas en la superficie frontal o posterior.
La figura 8A muestra el detalle A de la figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar ejemplar de la figura 5D que muestra detalles en sección transversal de interconexiones eléctricas flexibles unidas a los contactos terminales de la superficie posterior de las filas de superceldas.
La figura 8B muestra el detalle C de la figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar ejemplar de la figura 5D que muestra detalles en sección transversal de interconexiones eléctricas flexibles unidas a los contactos terminales de la superficie frontal (lado del sol) de las filas de superceldas.
La figura 8C muestra el detalle B de la figura 5D: una vista en sección transversal del módulo solar ejemplar de la figura 5D que muestra detalles en sección transversal de interconexiones flexibles dispuestas para interconectar dos superceldas en una fila en serie.
La figura 8D-8G muestra ejemplos adicionales de interconexiones eléctricas unidas a un contacto terminal frontal de una supercelda en un extremo de una fila de superceldas, adyacente a un borde de un módulo solar. Las interconexiones ejemplares están configuradas para tener una pequeña huella en la superficie frontal del módulo.
La figura 9A muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas en seis filas que están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí y en paralelo con un diodo de derivación dispuesto en una caja de conexiones en la superficie posterior del módulo solar. Las conexiones eléctricas entre las superceldas y el diodo de derivación se realizan mediante cintas incrustadas en la estructura laminada del módulo.
La figura 9B muestra un diagrama de otro módulo solar rectangular ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas en seis filas que están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí y en paralelo con un diodo de derivación dispuesto en una caja de conexiones en la superficie posterior y cerca de un borde del módulo solar. Una segunda caja de conexiones se localiza en la superficie posterior cerca de un borde opuesto del módulo solar. La conexión eléctrica entre las superceldas y el diodo de derivación se realiza a través de un cable externo entre las cajas de conexiones.
La figura 9C muestra un módulo solar rectangular de vidrio-vidrio ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas en seis filas que están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí. Se montan dos cajas de conexiones en los 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 ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas en seis filas, con tres pares de filas conectadas individualmente a un dispositivo de gestión de energía en el módulo solar.
La figura 9F muestra otro módulo solar ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud del lado largo del módulo. Las superceldas están dispuestas en seis filas, con cada fila conectada individualmente a un dispositivo de gestión de energía en el módulo solar.
Las figuras 9G y 9H muestran otros modos de realización de arquitecturas para la gestión de energía a nivel de módulo usando superceldas escalonadas.
La figura 10A muestra un diagrama esquemático de circuito eléctrico ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5B.
Las figuras 10B-1 y 10B-2 muestran un diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 esquemático de circuito eléctrico ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5A.
Las figuras 11B-1 y 11B-2 muestran un diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 otro diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 ejemplar de un módulo solar como se ilustra en la figura 5A.
Las figuras 12B-1 y 12B-2 muestran un diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 otro diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 ejemplar de un módulo solar como se ilustra en la figura 5A.
La figura 13B muestra otro diagrama de circuito esquemático ejemplar de un módulo solar como se ilustra en la figura 5B.
Las figuras 13C-1 y 13C-2 muestran un diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de un módulo solar como se ilustra en la figura 5 A que tiene el diagrama de circuito esquemático de la figura 13A. Con una ligera modificación, el diseño físico de las figuras 13C-1 y 13C-2 es adecuado 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 ejemplar que comprende una pluralidad de superceldas escalonadas rectangulares, donde el lado largo de cada supercelda tiene una longitud de aproximadamente la mitad de la longitud del lado corto del módulo. Los pares de las superceldas se disponen de extremo a extremo para formar filas con los lados largos de las superceldas paralelos al lado corto del módulo. La figura 14B muestra un diagrama de circuito esquemático ejemplar de un módulo solar como se ilustra en la figura 14A.
Las figuras 14C-1 y 14C-2 muestran un diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 otro diseño físico ejemplar para diversas interconexiones eléctricas de 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 ejemplar de un interruptor inteligente que interconecta dos módulos solares en serie.
La figura 17 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplar para hacer un módulo solar con superceldas. La figura 18 muestra un diagrama de flujo de otro procedimiento ejemplar para hacer un módulo solar con superceldas. Las figuras 19A-19D muestran disposiciones ejemplares mediante las cuales las superceldas se pueden curar con calor y presión.
Las figuras 20A-20C ilustran esquemáticamente un aparato ejemplar que se puede usar para cortar celdas solares marcadas. El aparato puede ser particularmente ventajoso cuando se usa para cortar superceldas marcadas a las que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor.
La figura 21 muestra una lámina posterior blanca ejemplar con líneas oscuras a modo de “rayas de cebra” que se puede usar en módulos solares que comprenden filas paralelas de superceldas para reducir el contraste visual entre las superceldas y las partes de la lámina posterior 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 en condiciones de punto caliente. La figura 22B muestra una vista en planta de un módulo que utiliza dispersión térmica de acuerdo con modos de realización, también en condiciones de punto caliente.
Las figuras 23A-23B muestran ejemplos de diseños de cadenas de superceldas con celdas biseladas.
Las figuras 24-25 muestran vistas en sección transversal simplificadas de conjuntos que comprenden una pluralidad de módulos ensamblados en configuraciones escalonadas.
La figura 26 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica ejemplar de los contactos eléctricos terminales de superficie frontal (lado del sol) de una supercelda escalonada a una caja de conexiones en el lado posterior del módulo.
La figura 27 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica ejemplar de dos o más superceldas escalonadas en paralelo, con los contactos eléctricos terminales de la superficie frontal (lado del sol) de las superceldas conectadas entre sí y a una caja de conexiones en la parte posterior del módulo.
La figura 28 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra otra interconexión eléctrica ejemplar de dos o más superceldas escalonadas en paralelo, con los contactos eléctricos terminales de la superficie frontal (lado del sol) de las superceldas conectados entre sí y a una caja de conexiones en la parte posterior del módulo.
La figura 29 muestra diagramas fragmentarios en sección transversal y en perspectiva de dos superceldas que ilustran el uso de una interconexión flexible intercalada entre los extremos superpuestos de las superceldas adyacentes para conectar eléctricamente las superceldas en serie y 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 supercelda ejemplar con interconexiones eléctricas unidas a sus contactos terminales de las superficies frontal y posterior. La figura 30B muestra dos de las superceldas de la figura 30A interconectadas en paralelo.
Las figuras 31A-31C muestran diagramas de patrones de metalización ejemplares de la superficie posterior que se pueden emplear para crear tomas ocultas a superceldas como se describe en el presente documento.
Las figuras 32-33 muestran ejemplos del uso de tomas ocultas con interconexiones que se extienden aproximadamente en toda la anchura de la supercelda.
Las figuras 34A-34C muestran ejemplos de interconexiones unidas a la superficie posterior de la supercelda (figura 34A) y los contactos terminales de la superficie frontal (figuras 34B-34C).
Las figuras 35-36 muestran ejemplos del uso de tomas ocultas con interconexiones cortas que abarcan el espacio entre las superceldas adyacentes, pero no se extienden sustancialmente hacia adentro a lo largo del eje largo de las celdas solares rectangulares.
Las figuras 37A-1 a 37F-3 muestran configuraciones ejemplares para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprenden rasgos característicos de alivio de tensión en el plano.
Las figuras 38A-1 a 38B-2 muestran configuraciones ejemplares para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprenden rasgos característicos de alivio de tensión fuera del plano.
Las figuras 39A-1 y 39A-2 muestran configuraciones ejemplares para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprenden rasgos característicos de alineación. Las figuras 39B-1 y 39B-2 muestran una configuración ejemplar para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprende longitudes de pestaña asimétricas.
Las figuras 40 y 42A-44B muestran diseños de módulos solares ejemplares que emplean tomas ocultas.
La figura 41 muestra un esquema eléctrico ejemplar de los diseños de módulos solares de las figuras 40 y 42A-44B. La figura 45 muestra el flujo de corriente en un módulo solar ejemplar con un diodo de derivación en conducción. Las figuras 46A-46B muestran el movimiento relativo entre componentes del módulo solar resultante del ciclo térmico
en, respectivamente, una dirección paralela a las filas de superceldas y una dirección perpendicular a las filas de superceldas en el módulo solar.
Las figuras 47A-47B muestran, respectivamente, otro diseño de módulo solar ejemplar que emplea tomas ocultas y el esquema eléctrico correspondiente.
Las figuras 48A-48B muestran diseños adicionales de módulos de celdas solares que emplean tomas ocultas en combinación con diodos de derivación integrados.
Las figuras 49A-49B muestran diagramas de bloques para, respectivamente, un módulo solar que proporciona un voltaje de CC convencional a un microinversor y un módulo solar de alto voltaje como se describe en el presente documento que proporciona un alto voltaje de c C a un microinversor.
Las figuras 50A-50B muestran un diseño físico y esquemas eléctricos ejemplares, por ejemplo, módulos solares de alto voltaje que incorporan diodos de derivación.
Las figuras 51A-55B muestran arquitecturas ejemplares para la gestión de energía a nivel de módulo de módulos solares de alto voltaje que comprenden superceldas escalonadas.
La figura 56 muestra una disposición ejemplar de seis superceldas en seis filas paralelas con extremos de filas adyacentes desplazados e interconectados en serie por interconexiones eléctricas flexibles.
La figura 57A ilustra esquemáticamente un sistema fotovoltaico que comprende una pluralidad de módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC conectados eléctricamente en paralelo entre sí y a un inversor de cadena. La figura 57B muestra el sistema fotovoltaico de la figura 57A desplegado en una azotea.
Las figuras 58A-58D muestran disposiciones de fusibles limitadores de corriente y diodos de bloqueo que se pueden usar para evitar que un módulo de celdas solares escalonadas de alto voltaje de Ce que tenga un cortocircuito disipe una energía significativa generada en otros módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC a las que está eléctricamente conectado en paralelo.
Las figuras 59A-59B muestran disposiciones ejemplares en las que dos o más módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC están conectados eléctricamente en paralelo en un combinador, que puede incluir fusibles limitadores de corriente y diodos de bloqueo.
Las figuras 60A-60B muestran cada una una gráfica de corriente frente a voltaje y una gráfica de potencia frente a voltaje para una pluralidad de módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC conectados eléctricamente en paralelo. Las gráficas de la figura 60A son para un caso ejemplar en el que ninguno de los módulos incluye una celda solar con polarización inversa. Las gráficas de la figura 60B son para un caso ejemplar en el que algunos de los módulos incluyen una o más celdas solares con polarización inversa.
La figura 61A ilustra un ejemplo de un módulo solar que utiliza aproximadamente 1 diodo de derivación por supercelda. 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 ejemplar para un diodo de derivación conectado entre dos superceldas vecinas que usan una interconexión eléctrica flexible.
Las figuras 62A-62B ilustran esquemáticamente, respectivamente, las vistas lateral y superior de otra herramienta de corte ejemplar.
La figura 63A ilustra esquemáticamente el uso de una disposición de vacío asimétrica ejemplar para controlar la nucleación y la propagación de grietas a lo largo de las líneas de marcado al cortar una oblea. La figura 63B ilustra esquemáticamente el uso de una disposición de vacío simétrica ejemplar que proporciona menos control de corte que la disposición de la figura 63A.
La figura 64 ilustra esquemáticamente una vista superior de una parte de un colector de vacío ejemplar que se puede usar en la herramienta de corte de las figuras 62A-62B.
La figura 65A y la figura 65B proporcionan, respectivamente, ilustraciones esquemáticas de vistas superior y en perspectiva del colector de vacío ejemplar de la figura 64 con una correa perforada superpuesta.
La figura 66 ilustra esquemáticamente una vista lateral de un colector de vacío ejemplar que se puede usar en la herramienta de corte de las figuras 62A-62B.
La figura 67 ilustra esquemáticamente una celda solar cortada que cubre una disposición ejemplar de una correa perforada y un colector de vacío.
La figura 68 ilustra esquemáticamente las posiciones y orientaciones relativas de una celda solar cortada y una parte no cortada de una oblea de tamaño estándar de la cual se cortó la celda solar en un proceso de corte ejemplar.
Las figuras 69A-69G ilustran esquemáticamente el aparato y los procedimientos mediante los cuales las celdas solares cortadas se pueden eliminar continuamente de una herramienta de corte.
Las figuras 70A-70C proporcionan vistas ortogonales de otra variante de la herramienta de corte ejemplar de las figuras 62A-62B.
La figura 71A y la figura 71B proporcionan vistas en perspectiva de la herramienta de corte ejemplar de las figuras 70A-70C en dos fases diferentes de un proceso de corte.
Las figuras 72A-74B ilustran detalles de las correas perforadas y los colectores de vacío de la herramienta de corte ejemplar de las figuras 70A-70C.
Las figuras 75A-75G ilustran detalles de varios patrones de orificios ejemplares que se pueden usar para correas de vacío perforadas en la herramienta de corte ejemplar de las figuras 10A-10C.
La figura 76 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal en una celda solar rectangular.
Las figuras 77A-77B muestran patrones de metalización ejemplares de la superficie posterior en celdas solares rectangulares.
La figura 78 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal en una celda solar cuadrada que se puede cortar en cubos para formar una pluralidad de celdas solares rectangulares, que tienen cada una el patrón de metalización de la superficie frontal que se muestra en la figura 76.
La figura 79 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior en una celda solar cuadrada que se puede cortar en cubos para formar una pluralidad de celdas solares rectangulares, que tienen cada una el patrón de metalización de la superficie posterior que se muestra en la figura 77A.
La figura 80 es un diagrama esquemático de una celda solar HIT de tamaño convencional que se corta en cubos en celdas solares de tiras finas usando procedimientos de corte convencionales, lo que da como resultado bordes cortados que promueven la recombinación de portadoras.
Las figuras 81A-81J ilustran esquemáticamente etapas en un procedimiento ejemplar para cortar en cubos una celda solar HIT de tamaño convencional en tiras finas de celdas solares que carecen de bordes cortados que promueven la recombinación de portadoras.
Las figuras 82A-82J ilustran esquemáticamente etapas en otro procedimiento ejemplar para cortar en cubos una celda solar HIT de tamaño convencional en tiras finas de celdas solares que carecen de bordes cortados que promueven la recombinación de portadoras.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La siguiente descripción detallada debe leerse con referencia a los dibujos, en los que números de referencia idénticos se refieren a elementos similares en las diferentes figuras. Los dibujos, que no están necesariamente a escala, representan modos de realización selectivos y no pretenden limitar el alcance de la invención. La descripción detallada ilustra, a modo de ejemplo no limitativo, los principios de la invención. Esta descripción claramente permitirá a un experto en la técnica hacer y usar la invención, y describe varios modos de realización, adaptaciones, variantes, alternativas y usos de la invención, incluyendo lo que actualmente se cree que es el mejor modo de 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 indique claramente lo contrario. Además, el término "paralelo" pretende significar "paralelo o sustancialmente paralelo" y abarcar pequeñas desviaciones de geometrías paralelas en lugar de requerir que cualquier disposición paralela descrita en el presente documento sea exactamente paralela. El término "perpendicular" pretende significar "perpendicular o sustancialmente perpendicular" y abarcar pequeñas desviaciones de geometrías perpendiculares en lugar de requerir que cualquier disposición perpendicular descrita en el presente documento sea exactamente perpendicular. El término "cuadrado" pretende significar "cuadrado o sustancialmente cuadrado" y abarcar pequeñas desviaciones de formas cuadradas, por ejemplo, formas sustancialmente cuadradas que tienen esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas o de lo contrario truncadas). El término "rectangular" pretende significar "rectangular o sustancialmente rectangular" y abarcar pequeñas desviaciones de formas rectangulares, por ejemplo, formas sustancialmente rectangulares que tienen esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas o de lo contrario truncadas).
Esta memoria descriptiva divulga disposiciones escalonadas de alta eficacia de celdas solares de silicio en módulos de celdas solares, así como patrones de metalización de superficie frontal y posterior e interconexiones para celdas solares que se pueden usar en dichas disposiciones. Esta memoria descriptiva también divulga procedimientos para fabricar dichos módulos solares. Los módulos de celdas solares se pueden emplear ventajosamente bajo iluminación de "un sol" (sin concentración), y pueden tener dimensiones físicas y especificaciones eléctricas que les permitan ser sustituidos por módulos convencionales de celdas solares de silicio.
La figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de celdas solares 10 conectadas en serie dispuestas de forma escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestos y conectados eléctricamente para formar una supercelda 100. Cada celda solar 10 comprende una estructura de diodo semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo semiconductor mediante los cuales la corriente eléctrica generada en la celda solar 10 cuando está iluminada por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada celda solar 10 es una celda solar de silicio cristalino que tiene patrones de metalización de la superficie frontal (lado del sol) y posterior (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a los lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de la superficie frontal está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de la superficie posterior está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo p. Sin embargo, cualquier otra celda solar adecuada que emplee cualquier otro sistema de material adecuado, estructura de diodo, dimensiones físicas o disposición de contacto eléctrico se puede usar en lugar de o además de las celdas solares 10 en los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva. Por ejemplo, el patrón de metalización de la superficie frontal (lado del sol) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo p, y el patrón de metalización de la superficie posterior (lado sombreado) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo n.
Refiriéndose nuevamente a la figura 1, en la supercelda 100, las celdas solares adyacentes 10 están unidas entre sí de manera conductiva en la región en la que se superponen mediante un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar al patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente. Los materiales de unión conductores de electricidad adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos conductores de electricidad y películas adhesivas y cintas adhesivas conductoras de electricidad, y soldaduras convencionales. Preferentemente, el material de unión eléctricamente conductor proporciona elasticidad mecánica en la unión entre las celdas solares adyacentes que se ajusta a la tensión que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica (CET) del material de unión eléctricamente conductor y el de las celdas solares (por ejemplo, el CET de silicio). Para proporcionar dicha elasticidad mecánica, en algunas variantes, el material de unión eléctricamente conductor se selecciona para que tenga una temperatura de transición vítrea menor o igual a aproximadamente 0 °C. Para reducir aún más y ajustar la tensión paralela a los bordes superpuestos de las celdas solares que resultan del desajuste de CET, el material de unión eléctricamente conductor se puede aplicar opcionalmente solo en localizaciones discretas a lo largo de las regiones superpuestas de las celdas solares, en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud de los bordes de las celdas solares.
El espesor de la unión eléctricamente conductora entre celdas solares superpuestas adyacentes formadas por el material de unión eléctricamente conductor, medido perpendicularmente a las superficies frontal y posterior de las celdas solares, puede ser, por ejemplo, inferior a aproximadamente 0,1 mm. Dicha unión delgada reduce la pérdida resistiva en la interconexión entre las celdas y también promueve el flujo de calor a lo largo de la supercelda desde cualquier punto caliente en la supercelda que pueda desarrollarse durante el funcionamiento. La conductividad térmica de la unión entre las celdas solares puede ser, por ejemplo, > a aproximadamente 1,5 vatios/(metro K).
La figura 2A muestra la superficie frontal de una celda solar rectangular ejemplar 10 que se puede usar en una supercelda 100. También se pueden usar otras formas para la celda solar 10, según sea adecuado. En el ejemplo ilustrado, el patrón de metalización de la superficie frontal de la celda solar 10 incluye una barra de bus 15 situada junto al borde de uno de los lados largos de la celda solar 10 y que se extiende paralela a los lados largos sustancialmente por toda la longitud de los lados largos, y dedos 20 unidos perpendicularmente a la barra de bus y que se extienden paralelos entre sí y a los lados cortos de la celda solar 10 sustancialmente por toda la longitud de los lados cortos.
En el ejemplo de la figura 2A, la celda solar 10 tiene una longitud de aproximadamente 156 mm, una anchura de aproximadamente 26 mm y, por tanto, una relación de aspecto (longitud del lado corto/longitud del lado largo) de aproximadamente 1:6. Seis de dichas celdas solares se pueden preparar en una oblea de silicio estándar de 156 mm x 156 mm de dimensión, y a continuación, se pueden separar (cortar en cubos) para proporcionar celdas solares como se ilustra. En otras variantes, se pueden preparar ocho celdas solares 10 que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 mm x 156 mm, y por tanto, una relación de aspecto de aproximadamente 1:8, a partir de una oblea de silicio estándar. Más en general, las celdas solares 10 pueden tener relaciones de aspecto de, por ejemplo, aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:20 y se pueden preparar a partir de obleas de tamaño estándar o de obleas de cualquier otra dimensión adecuada.
La figura 3A muestra un procedimiento ejemplar mediante el cual una oblea 45 de celdas solares de silicio
pseudocuadrada de tamaño y forma estándar se puede cortar, romper o de lo contrario dividir para formar celdas solares rectangulares como se acaba de describir. En este ejemplo, se cortan varias celdas solares rectangulares de anchura completa 10L de la parte central de la oblea, y además se cortan varias celdas solares rectangulares más cortas 10S de las partes extremas de la oblea y se descartan las esquinas biseladas o redondeadas de la oblea. Las celdas solares 10L se pueden usar para formar superceldas escalonadas de una anchura, y las celdas solares 10S se pueden usar para formar superceldas escalonadas de una anchura más estrecha.
De forma alternativa, las esquinas biseladas (por ejemplo, redondeadas) se pueden retener en las celdas solares cortadas de las partes extremas de la oblea. Las figuras 2B-2C muestran las superficies frontales de celdas solares rectangulares de tipo "chevrón" ejemplares 10 sustancialmente similares a las de la figura 2A, pero que tienen esquinas biseladas retenidas de la oblea de la que se cortaron las celdas solares. En la figura 2B, la barra de bus 15 se sitúa adyacente a y se extiende paralela al más corto de los dos lados largos sustancialmente por toda la longitud de ese lado, y se extiende aún más en ambos extremos al menos parcialmente alrededor de las esquinas biseladas de la celda solar. En la figura 2C, la barra de bus 15 se sitúa adyacente a y se extiende paralela al más largo de los dos lados largos sustancialmente por toda la longitud de ese lado.
Las figuras 3B-3C muestran vistas frontal y posterior de una oblea pseudocuadrada 45 que se puede cortar en cubos a lo largo de las líneas discontinuas que se muestran en la figura 3C para proporcionar una pluralidad de celdas solares 10 que tienen patrones de metalización de la superficie frontal similares a los mostrados en la figura 2A, y dos celdas solares biseladas 10 que tienen patrones de metalización de la superficie frontal similares a los mostrados en la figura 2B.
En el patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal que se muestra en la figura 2B, las dos partes extremas de la barra de bus 15 que se extienden alrededor de las esquinas biseladas de la celda pueden tener una anchura que se estrecha (se estrecha gradualmente) a medida que aumenta la distancia desde la parte de la barra de bus localizada adyacente al lado largo de la celda. De forma similar, en el patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal que se muestra en la figura 3B, las dos partes extremas del conductor delgado que interconecta las almohadillas de contacto discretas 15 se extienden alrededor de las esquinas biseladas de la celda solar y se estrechan al aumentar la distancia desde el lado largo de la celda solar a lo largo del cual se disponen las almohadillas de contacto discretas. Dicho estrechamiento es opcional, pero puede reducir ventajosamente el uso de metales y el sombreado de la región activa de la celda solar sin aumentar significativamente la pérdida resistiva.
Las figuras 3D-3E muestran vistas frontal y posterior de una oblea cuadrada perfecta 47 que se puede cortar en cubos a lo largo de las líneas discontinuas que se muestran en la figura 3E para proporcionar una pluralidad de celdas solares 10 que tienen patrones de metalización de la superficie frontal similares a los mostrados en la figura 2A.
Las celdas solares rectangulares biseladas se pueden usar para formar superceldas que comprenden solo celdas solares biseladas. Adicionalmente o de forma alternativa, una o más de dichas celdas solares rectangulares biseladas se pueden usar en combinación con una o más celdas solares rectangulares no biseladas (por ejemplo, la figura 2A) para formar una supercelda. Por ejemplo, las celdas solares extremas de una supercelda pueden ser celdas solares biseladas, y las celdas solares intermedias celdas no biseladas. Si las celdas solares biseladas se usan en combinación con celdas solares no biseladas en una supercelda, o más en general en un módulo solar, puede ser deseable usar dimensiones para las celdas solares que dan como resultado que las celdas solares biseladas y no biseladas tengan la misma área de la superficie frontal expuesta a la luz durante el funcionamiento de las celdas solares. La coincidencia de las áreas de celdas solares de esta manera coincide con la corriente producida en las celdas solares biseladas y no biseladas, lo que mejora el rendimiento de una cadena conectada en serie que incluye tanto celdas solares biseladas como no biseladas. Las áreas de celdas solares biseladas y no biseladas cortadas de la misma oblea pseudocuadrada pueden coincidir, por ejemplo, ajustando localizaciones de las líneas a lo largo de las cuales se corta en cubos la oblea para hacer que las celdas solares biseladas sean un poco más anchas que las celdas solares no biseladas en la dirección perpendicular a sus ejes largos, para compensar las esquinas faltantes en las celdas solares biseladas.
Un módulo solar puede comprender solo superceldas formadas exclusivamente a partir de celdas solares rectangulares no biseladas, o solo superceldas formadas a partir de celdas solares rectangulares biseladas, o solo superceldas que incluyen celdas solares biseladas y no biseladas, o cualquier combinación de estas tres variantes de superceldas.
En algunos casos, partes de una oblea de celdas solares cuadradas o pseudocuadradas de tamaño estándar (por ejemplo, oblea 45 u oblea 47) cerca de los bordes de la oblea pueden convertir la luz en electricidad con menor eficacia que las partes de la oblea localizaas lejos de los bordes. Para mejorar la eficacia de las celdas solares rectangulares resultantes, en algunas variantes se recortan uno o más bordes de la oblea para eliminar las partes de menor eficacia antes de que la oblea sea cortada en cubos. Las partes 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 dos celdas solares extremas 10 que se cortarán en cubos desde 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 tanto, a lo largo de dos de los bordes de la oblea. Debido a que en las superceldas divulgadas en esta memoria descriptiva,
las barras colectoras (o las almohadillas de contacto discretas) 15 típicamente se solapan con una celda solar adyacente, la baja eficacia de conversión de luz a lo largo de esos dos bordes de la oblea típicamente no afecta el rendimiento de las celdas solares. En consecuencia, en algunas variantes, los bordes de una oblea cuadrada o pseudocuadrada orientada paralelamente a los lados cortos de las celdas solares rectangulares se recortan como se acaba de describir, pero los bordes de la oblea orientados paralelos a los lados largos de las celdas solares rectangulares no. En otras variantes, 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 variantes, uno, dos, tres o cuatro de los bordes largos de una oblea pseudocuadrada se recortan como se acaba de describir.
Las celdas solares que tienen relaciones de aspecto largas y estrechas y áreas menores que la de una celda solar estándar de 156 mm x 156 mm, como se ilustra, se pueden emplear ventajosamente para reducir las pérdidas de potencia resistiva I2R en los módulos de celdas solares divulgados en esta memoria descriptiva. En particular, el área reducida de las celdas solares 10 en comparación con las celdas solares de silicio de tamaño estándar disminuye la corriente producida en la celda solar, reduciendo directamente la pérdida de potencia resistiva en la celda solar y en una cadena conectada en serie de dichas celdas solares. Además, disponer dichas celdas solares rectangulares en una supercelda 100 para que la corriente fluya a través de la supercelda paralela a los lados cortos de las celdas solares puede reducir la distancia que la corriente debe fluir a través del material semiconductor para alcanzar los dedos 20 en el patrón de metalización de la superficie frontal y reduce la longitud requerida de los dedos, lo que también puede reducir la pérdida de potencia resistiva.
Como se señala anteriormente, la unión de las celdas solares superpuestas 10 entre sí en su región de superposición para conectar eléctricamente las celdas solares en serie reduce la longitud de la conexión eléctrica entre las celdas solares adyacentes, en comparación con las cadenas de celdas solares conectadas en serie con pestañas convencionales. Esto también reduce la pérdida de potencia resistiva.
Con referencia nuevamente a la figura 2A, en el ejemplo representado, el patrón de metalización de la superficie frontal en la celda solar 10 comprende un conductor de derivación opcional 40 que se extiende paralelo a y separado del bus 15. (Dicho conductor de derivación también se puede usar opcionalmente en los patrones de metalización que se muestran en las figuras 2B-2C, 3B y 3D, y también se muestra en la figura 2Q en combinación con almohadillas de contacto discretas 15 en lugar de una barra de bus continua). El conductor de derivación 40 interconecta los dedos 20 para puentear las grietas que pueden formarse entre la barra de bus 15 y el conductor de derivación 40. Dichas grietas, que pueden cortar los dedos 20 en localizaciones cercanas a la barra de bus 15, pueden aislar regiones de la celda solar 10 de la barra de bus 15. El conductor de derivación proporciona una ruta eléctrica alternativa entre dichos dedos cortados y la barra de bus. El ejemplo ilustrado muestra un conductor de derivación 40 situado en paralelo a la barra de bus 15, que se extiende aproximadamente por la longitud completa de la barra de bus e interconecta cada dedo 20. Esta disposición puede ser preferente, pero no es obligatoria. Si está presente, el conductor de derivación no necesita extenderse paralelo a la barra de bus y no necesita extenderse por toda la longitud de la barra de bus.
Además, un conductor de derivación interconecta al menos dos dedos, pero no necesita interconectar todos los dedos. Se pueden usar dos o más conductores de derivación cortos en lugar de un conductor de derivación más largo, por ejemplo. Se puede usar cualquier disposición adecuada de conductores de derivación. El uso de dichos conductores de derivación se describe con mayor detalle en la solicitud de patente de los Estados Unidos n.° 13/371.790, titulada "Solar Cell With Metallization Compensating For Or Preventing Cracking", presentada el 13 de febrero de 2012, que se incorpora en el presente documento como referencia en su totalidad.
El patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal de la figura 2A también incluye un conductor final opcional 42 que interconecta los dedos 20 en sus extremos lejanos, opuestos a la barra de bus 15. (Dicho conductor final también se puede usar 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 evitar las grietas eléctricas que se pueden formar entre el conductor de derivación 40 y el conductor 42, y de ese modo proporciona una ruta de corriente a la barra de bus 15 para las regiones de la celda solar 10 que de otro modo podrían estar aisladas eléctricamente por dichas grietas.
Aunque algunos de los ejemplos ilustrados muestran una barra de bus frontal 15 que se extiende sustancialmente por la longitud completa de los lados largos de la celda solar 10 con una anchura uniforme, esto no es necesario. Por ejemplo, como se indica anteriormente, la barra de bus frontal 15 se puede reemplazar por dos o más almohadillas de contacto discretas de superficie frontal 15 que se pueden disponer, por ejemplo, en línea entre sí a lo largo de un lado de la celda solar 10 como se muestra en las figuras 2H, 2q y 3B, por ejemplo. Dichas almohadillas de contacto discretas pueden estar interconectadas opcionalmente por conductores más delgados que se extienden entre las mismas, como se muestra, por ejemplo, en las figuras que se acaban de mencionar. En dichas variantes, la anchura de las almohadillas de contacto medidas perpendicularmente al lado largo de la celda solar puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 veces mayor que 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 la superficie frontal, o cada almohadilla de contacto puede estar conectada a dos o más dedos. Las almohadillas de contacto de la superficie frontal 15 pueden ser cuadradas o tener una forma rectangular alargada paralela al borde de la celda solar, por ejemplo. Las almohadillas de contacto de la superficie
frontal 15 pueden tener anchuras perpendiculares al lado largo de la celda solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 1,5 mm, por ejemplo, y longitudes paralelas al lado largo de la celda solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm. La separación entre las almohadillas de contacto 15 medidas en paralelo al lado largo de la celda solar puede ser de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 30 mm, por ejemplo.
De forma alternativa, la celda solar 10 puede carecer tanto de una barra de bus frontal 15 como de almohadillas de contacto frontal discretas 15 e incluir solo dedos 20 en el patrón de metalización de la superficie frontal. En dichas variantes, las funciones de recolección de corriente que de otro modo serían realizadas por una barra de bus frontal 15 o almohadillas de contacto 15 pueden ser realizadas, o parcialmente realizadas, por el material conductor usado para unir dos celdas solares 10 entre sí en la configuración de superposición descrita anteriormente.
Las celdas solares que carecen tanto de 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 evitar las grietas que se forman entre el conductor de derivación y la parte del patrón de metalización de la superficie frontal que está unida conductivamente a la celda solar superpuesta.
Los patrones de metalización de la superficie frontal, que incluyen la barra de bus o las almohadillas de contacto discretas 15, los dedos 20, el conductor de derivación 40 (si está presente) y el conductor final 42 (si está presente) se pueden formar, por ejemplo, a partir de pasta de plata usada convencionalmente para dichos fines y depositada, por ejemplo, por procedimientos convencionales de serigrafía. De forma alternativa, los patrones de metalización de la superficie frontal se pueden formar a partir de cobre galvanizado. También se puede usar cualquier otro material y proceso adecuado. En las variantes en las que el patrón de metalización de la superficie frontal está hecho de plata, el uso de almohadillas de contacto discretas de la superficie frontal 15 en lugar de una barra de bus continua 15 a lo largo del borde de la celda reduce la cantidad de plata en la celda solar, lo que puede reducir ventajosamente su coste. En variantes en las que el patrón de metalización de la superficie frontal está hecho de cobre o de otro conductor menos costoso que la plata, se puede emplear una barra de bus continua 15 sin el inconveniente del coste.
Las figuras 2D-2G, 3C y 3E muestran ejemplos de patrones de metalización de la superficie posterior para una celda solar. En estos ejemplos, los patrones de metalización de la superficie posterior incluyen almohadillas discretas de contacto de la superficie posterior 25 dispuestas a lo largo de uno de los bordes largos de la superficie posterior de la celda solar y un contacto de metal 30 que cubre sustancialmente toda la superficie posterior restante de la celda solar. En una supercelda escalonada, las almohadillas de contacto 25 están unidas, 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 celda solar superpuesta adyacente para conectar eléctricamente las dos celdas solares en serie. Por ejemplo, cada almohadilla de contacto discreta de la superficie posterior 25 puede alinearse y unirse a una almohadilla de contacto discreta correspondiente de la superficie frontal 15 en la superficie frontal de la celda solar superpuesta mediante material de unión eléctricamente conductor aplicado solo a las almohadillas de contacto discretas. Las almohadillas de contacto discretas 25 pueden ser cuadradas (Figura 2D) o tener una forma rectangular alargada paralela al borde de la celda solar (figuras 2E-2G, 3C, 3E), por ejemplo. Las almohadillas de contacto 25 pueden tener anchuras perpendiculares al lado largo de la celda solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 5 mm, por ejemplo, y longitudes paralelas al lado largo de la celda solar de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm. La separación entre las almohadillas de contacto 25 medidas en paralelo al lado largo de la celda solar puede ser de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 30 mm, por ejemplo.
El contacto 30 se puede formar, por ejemplo, a partir de aluminio y/o cobre galvanizado. La formación de un contacto posterior de aluminio 30 típicamente proporciona un campo de superficie posterior que reduce la recombinación de la superficie posterior en la celda solar y por lo tanto mejora la eficacia de la celda solar. Si el contacto 30 se forma a partir de cobre en lugar de aluminio, el contacto 30 se puede usar en combinación con otro esquema de pasivación (por ejemplo, óxido de aluminio) para reducir de forma similar la recombinación de la superficie posterior. Se pueden formar almohadillas de contacto discretas 25, por ejemplo, a partir de pasta de plata. El uso de almohadillas de contacto de plata discretas 25 en lugar de una almohadilla de contacto de plata continua a lo largo del borde de la celda reduce la cantidad de plata en el patrón de metalización de la superficie posterior, lo que puede reducir ventajosamente el coste.
Además, si las celdas solares se basan en un campo de superficie posterior proporcionado por la formación de un contacto de aluminio para reducir la recombinación de la superficie posterior, el uso de contactos de plata discretos en lugar de un contacto continuo de plata puede mejorar la eficacia de la celda solar. Esto se debe a que los contactos plateados de la superficie posterior no proporcionan un campo de superficie posterior y, por lo tanto, tienden a promover la recombinación de la portadora y producen volúmenes muertos (inactivos) en las celdas solares por encima de los contactos plateados. En las cadenas convencionales de celdas solares con pestañas de cinta, esos volúmenes muertos típicamente están sombreados por cintas y/o barras de bus en la superficie frontal de la celda solar, y por tanto no dan como resultado una pérdida adicional de eficacia. Sin embargo, en las celdas solares y superceldas divulgadas en el presente documento, el volumen de la celda solar sobre las almohadillas de contacto de plata de la superficie posterior 25 típicamente no está sombreado por ninguna metalización de la superficie frontal, y cualquier volumen muerto resultante del uso de la metalización de la superficie posterior de plata reduce la eficacia de la celda.
El uso de almohadillas de contacto de plata discretas 25 en lugar de una almohadilla de contacto de plata continua a lo largo del borde de la superficie posterior de la celda solar reduce, por tanto, el volumen de las zonas muertas correspondientes y aumenta la eficacia de la celda solar.
En variantes que no dependen de un campo de superficie posterior para reducir la recombinación de la superficie posterior, el patrón de metalización de la superficie posterior puede emplear una barra de bus continua 25 que se extiende por toda la longitud de la celda solar en lugar de almohadillas de contacto discretas 25, como se muestra, por ejemplo, en la figura 2Q. Dicha barra de bus 25 puede estar formada, por ejemplo, de estaño o plata.
Otras variantes de los patrones de metalización de la superficie posterior pueden emplear almohadillas de contacto de estaño discretas 25. Las variantes de los patrones de metalización de la superficie posterior pueden emplear contactos de dedos similares a los mostrados en los patrones de metalización de la superficie frontal de las figuras 2A-2C y pueden carecer de almohadillas de contacto y una barra de bus.
Aunque las celdas solares ejemplares particulares mostradas en las figuras se describe como que tienen combinaciones particulares de patrones de metalización de la superficie frontal y posterior, más en general se puede usar cualquier combinación adecuada de patrones de metalización de las superficies frontal y posterior. Por ejemplo, una combinación adecuada puede emplear un patrón de metalización de superficie frontal plateada que comprende almohadillas de contacto discretas 15, dedos 20 y un conductor de derivación opcional 40, y un patrón de metalización de superficie posterior que comprende un contacto de aluminio 30 y almohadillas de contacto discretas de plata 25. Otra combinación adecuada puede emplear un patrón de metalización de superficie frontal de cobre que comprende una barra de bus continua 15, dedos 20 y un conductor de derivación opcional 40, y un patrón de metalización de superficie posterior que comprende una barra de bus continua 25 y un contacto de cobre 30.
En el proceso de fabricación de superceldas (descrito con más detalle a continuación), el material de unión eléctricamente conductor usado para unir las celdas solares superpuestas adyacentes en una supercelda solo se puede dispensar sobre almohadillas de contacto (discretas o continuas) en el borde de la superficie frontal o posterior de la celda solar, y no en las partes circundantes de la celda solar. Esto reduce el uso de material y, como se describe anteriormente, puede reducir o ajustar la tensión que surge del desajuste de CET entre el material de unión eléctricamente conductor y la celda solar. Sin embargo, durante o después de la deposición y antes del curado, partes del material de unión eléctricamente conductor pueden tender a extenderse más allá de las almohadillas de contacto y en las partes circundantes de la celda solar. Por ejemplo, una parte de resina de unión del material de unión eléctricamente conductor puede extraerse de una almohadilla de contacto sobre partes adyacentes texturizadas o porosas de la superficie de la celda solar mediante fuerzas capilares. Además, durante el proceso de deposición, parte del material de unión conductivo puede no caer sobre la almohadilla de contacto y en su lugar depositarse en partes adyacentes de la superficie de la celda solar, y posiblemente extenderse desde allí. Esta deposición dispersa y/o inexacta del material de unión conductivo puede debilitar la unión entre las celdas solares superpuestas y puede dañar las partes de la celda solar sobre las cuales el material de unión conductivo se ha extendido o se ha depositado por error. Dicha propagación del material de unión eléctricamente conductor puede reducirse o evitarse, por ejemplo, con un patrón de metalización que forme una presa o barrera cerca o alrededor de cada almohadilla de contacto para retener 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 la superficie frontal puede comprender almohadillas de contacto discretas 15, dedos 20 y barreras 17, con cada barrera 17 rodeando una almohadilla de contacto correspondiente 15 y actuando como una presa para formar un foso entre la almohadilla de contacto y la barrera. Las partes 19 de material de unión adhesivo conductor no curado 18 que fluyen fuera de las almohadillas de contacto, o que pierden las almohadillas de contacto cuando se dispensan en la celda solar, pueden estar confinadas por barreras 17 a los fosos. Esto evita que el material de unión adhesivo conductor se extienda más lejos de las almohadillas de contacto hasta las partes circundantes de la celda. Las barreras 17 se pueden formar, por ejemplo, del mismo material que los dedos 20 y las almohadillas de contacto 15 (por ejemplo, plata), pueden tener alturas de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 40 micras, por ejemplo, y pueden tener anchuras de aproximadamente 30 micras a aproximadamente 100 micras, por ejemplo. El foso formado entre una barrera 17 y una almohadilla de contacto 15 puede tener una anchura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 2 mm, por ejemplo. Aunque los ejemplos ilustrados comprenden solo una única barrera 17 alrededor de cada almohadilla de contacto frontal 15, en otras variantes dos o más de dichas barreras se pueden situar concéntricamente, por ejemplo, alrededor de cada almohadilla de contacto. Una almohadilla de contacto de superficie frontal y sus una o más barreras circundantes pueden formar una forma similar a una diana, por ejemplo. Como se muestra en la figura 2H, por ejemplo, las barreras 17 pueden interconectarse con los dedos 20 y con los conductores delgados que interconectan las almohadillas de contacto 15.
De forma similar, como se muestra en las figuras 2L-2N, por ejemplo, el patrón de metalización de la superficie posterior (por ejemplo, de plata) puede comprender almohadillas de contacto posteriores discretas 25 (por ejemplo, de aluminio) 30 que cubre sustancialmente toda la superficie posterior restante de la celda solar, y barreras 27 (por ejemplo, de plata), con cada barrera 27 rodeando una almohadilla de contacto posterior correspondiente 25 y actuando como una presa para formar un foso entre la almohadilla de contacto y la barrera. Una parte del contacto 30 puede llenar el foso, como se ilustra. Las partes de material de unión adhesivo conductor no curado que fluyen de las
almohadillas de contacto 25, o que pierden las almohadillas de contacto cuando se dispensan en la celda solar, pueden estar limitadas a los fosos por barreras 27. Esto evita que el material de unión adhesivo conductor se extienda más lejos de las almohadillas de contacto hasta las partes circundantes de la celda. Las barreras 27 pueden tener alturas de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 40 micras, por ejemplo, y pueden tener anchuras de aproximadamente 50 micras a aproximadamente 500 micras, por ejemplo. El foso formado entre una barrera 27 y una almohadilla de contacto 25 puede tener una anchura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 2 mm, por ejemplo. Aunque los ejemplos ilustrados comprenden solo una única barrera 27 alrededor de cada almohadilla de contacto de la superficie posterior 25, en otras variantes, dos o más de dichas barreras se pueden situar concéntricamente, por ejemplo, alrededor de cada almohadilla de contacto. Una almohadilla de contacto de la superficie posterior y sus una o más barreras circundantes pueden formar una forma similar a una diana, por ejemplo.
Una barra de bus continua o almohadilla de contacto que recorre sustancialmente la longitud completa del borde de una celda solar también puede estar rodeada por una barrera que impide la propagación del material de unión adhesivo conductor. Por ejemplo, la figura 2Q muestra dicha barrera 27 que rodea una barra de bus de la superficie posterior 25. Una barra de bus de la superficie frontal (por ejemplo, la barra de bus 15 en la figura 2A) puede estar rodeada de forma similar por una barrera. De forma similar, una fila de almohadillas de contacto de la superficie frontal o posterior puede estar rodeada conjuntamente por dicha barrera, 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, un rasgo característico del patrón de metalización de la superficie frontal o posterior puede formar una barrera que recorre sustancialmente la longitud completa de la celda solar paralela al borde superpuesto de la celda solar, con la barra de bus o las almohadillas de contacto situadas entre la barrera y el borde de la celda solar. Dicha barrera puede cumplir una doble función como conductor de derivación (descrito anteriormente). 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 las almohadillas de contacto 15 se extienda sobre el área activa de la superficie frontal de la celda solar. Se puede usar una disposición similar para los patrones de metalización de la superficie posterior.
Las barreras para la propagación del material de unión adhesivo conductor pueden estar separadas de las almohadillas de contacto o las barras de bus para formar un foso como se acaba de describir, pero esto no es necesario. En cambio, dichas barreras pueden toparse con una almohadilla de contacto o una barra de bus, como se muestra en las figuras 2O o 2P, por ejemplo. En dichas variantes, la barrera es preferentemente 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 partes de un patrón de metalización de la superficie frontal, se pueden usar disposiciones similares para los patrones de metalización de la superficie posterior.
Las barreras para la propagación del material adhesivo conductor y/o fosas entre dichas barreras y almohadillas de contacto o barras de bus, y cualquier material de unión adhesivo conductor que se haya extendido a dichos fosos, opcionalmente pueden estar dentro de la región de la superficie de la celda solar solapada por la celda solar adyacente en la supercelda, y por tanto se oculta de la vista y se protege de la exposición a la radiación solar.
De forma alternativa o además del uso de barreras como se acaba de describir, el material de unión eléctricamente conductor puede depositarse usando una máscara o por cualquier otro procedimiento adecuado (por ejemplo, serigrafía) que permita una deposición precisa y, por tanto, requiera cantidades reducidas de material de unión eléctricamente conductor que son menos propensos a extenderse más allá de las almohadillas de contacto o perder las almohadillas de contacto durante la deposición.
Más en general, las celdas solares 10 pueden emplear cualquier patrón adecuado de metalización de la superficie frontal y posterior.
La figura 4A muestra una parte de la superficie frontal de una supercelda rectangular ejemplar 100 que comprende celdas solares 10 como se muestra en la figura 2A dispuestas de manera escalonada como se muestra en la figura 1. Como resultado de la geometría del escalonado, no existe una brecha física entre los pares de celdas solares 10. Además, aunque la barra de bus 15 de la celda solar 10 en un extremo de la supercelda 100 es visible, las barras de bus (o las almohadillas de contacto de la superficie frontal) de las otras celdas solares están ocultas debajo de partes superpuestas de celdas solares adyacentes. Como consecuencia, la supercelda 100 usa eficazmente el área que ocupa en un módulo solar. En particular, una mayor parte de esa área está disponible para producir electricidad que en el caso de las disposiciones de celdas solares con pestañas convencionales y las disposiciones de celdas solares que incluyen numerosas barras de bus visibles en la superficie iluminada de las celdas solares. Las figuras 4B-4C muestran vistas frontal y posterior, respectivamente, de otra supercelda 100 que comprende principalmente celdas solares de silicio rectangulares de tipo chevrón biseladas, pero por lo demás similares a las de la figura 4A.
En el ejemplo ilustrado en la figura 4A, los conductores de derivación 40 están ocultos por partes superpuestas de celdas adyacentes. De forma alternativa, las celdas solares que comprenden conductores de derivación 40 pueden solaparse de forma similar a 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 supercelda 100 y la metalización de la superficie posterior de la celda solar en el otro extremo de la supercelda 100 proporcionan contactos finales negativos y positivos (terminales) para la supercelda que se pueden usar para conectar eléctricamente la supercelda 100 a otras superceldas y/u otros componentes eléctricos, según se desee.
Las celdas solares adyacentes en la supercelda 100 pueden solaparse en cualquier cantidad adecuada, por ejemplo, de aproximadamente 1 milímetro (mm) a aproximadamente 5 mm.
Como se muestra en las figuras 5A-5G, por ejemplo, las superceldas escalonadas como se describen pueden llenar eficazmente el área de un módulo solar. Dichos 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 tengan una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1 metro y lados largos que tengan una longitud, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,0 metros. También se pueden usar otras formas y dimensiones adecuadas para los módulos solares. Se puede usar cualquier disposición adecuada de superceldas en un módulo solar.
En un módulo solar cuadrado o rectangular, las superceldas típicamente están dispuestas en filas paralelas a los lados cortos o largos del módulo solar. Cada fila puede incluir una, dos o más superceldas dispuestas de extremo a extremo. Una supercelda 100 que forma parte de dicho módulo solar puede incluir cualquier número adecuado de celdas solares 10 y tener cualquier longitud adecuada. En algunas variantes, las superceldas 100 tienen una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular del que forman parte. En otras variantes, las superceldas 100 tienen una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular del que forman parte. En otras variantes, las superceldas 100 tienen una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular del que forman parte. En otras variantes, las superceldas 100 tienen una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular del que forman parte. El número de celdas solares necesarias para hacer superceldas de estas longitudes depende, por supuesto, de las dimensiones del módulo solar, las dimensiones de las celdas solares y la cantidad en la que se superponen las celdas solares adyacentes. También se puede usar cualquier otra longitud adecuada para superceldas.
En variantes en las que una supercelda 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular, la supercelda puede incluir, por ejemplo, 56 celdas solares rectangulares que tienen unas dimensiones de aproximadamente 19,5 milímetros (mm) por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 3 mm. Ocho de dichas celdas solares rectangulares se pueden separar de una oblea cuadrada convencional o pseudocuadrada de 156 mm. De forma alternativa, dicha supercelda puede incluir, por ejemplo, 38 celdas solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 2 mm. Seis de dichas celdas solares rectangulares se pueden separar de una oblea cuadrada convencional o pseudocuadrada de 156 mm. En variantes en las que una supercelda 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos de un módulo solar rectangular, la supercelda puede incluir, por ejemplo, 28 celdas solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 19,5 milímetros (mm) por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 3 mm. De forma alternativa, dicha supercelda puede incluir, por ejemplo, 19 celdas solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 2 mm.
En variantes en las que una supercelda 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular, la supercelda puede incluir, por ejemplo, 72 celdas solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 2 mm. En variantes en las que una supercelda 100 tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular, la supercelda puede incluir, por ejemplo, 36 celdas solares rectangulares que tienen dimensiones de aproximadamente 26 mm por aproximadamente 156 mm, con celdas solares adyacentes superpuestas por aproximadamente 2 mm.
La figura 5A muestra un módulo solar rectangular ejemplar 200 que comprende veinte superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas se disponen de extremo a extremo en pares para formar diez filas de superceldas, con las filas y los lados largos de las superceldas orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar. En otras variantes, cada fila de superceldas puede incluir tres o más superceldas. Además, un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de superceldas que las mostradas en este ejemplo. (La figura 14A, por ejemplo, muestra un módulo solar que comprende veinticuatro superceldas rectangulares dispuestas en doce filas de dos superceldas cada una).
El espacio 210 que se muestra en la figura 5A facilita el contacto eléctrico con los contactos finales de la superficie frontal (por ejemplo, barras de bus expuestas o contactos discretos 15) de las superceldas 100 a lo largo de la línea central del módulo solar, en variantes en las que las superceldas en cada fila están dispuestas de modo que al menos
una de ellas tenga un contacto final de la superficie frontal en el extremo de la supercelda adyacente a la otra supercelda en la fila. Por ejemplo, las dos superceldas en una fila se pueden disponer con una supercelda que tiene su contacto terminal superficie frontal a lo largo de la línea central del módulo solar y la otra supercelda que tiene su contacto terminal de superficie posterior a lo largo de la línea central del módulo solar . En dicha disposición, las dos superceldas en una fila pueden estar conectadas eléctricamente en serie por una interconexión dispuesta a lo largo de la línea central del módulo solar y unida al contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y al contacto terminal de la superficie posterior de la otra supercelda. (Véase, por ejemplo, la figura 8C que se analiza a continuación). En las variantes en las que cada fila de superceldas incluye tres o más superceldas, pueden existir espacios adicionales entre las superceldas y, de forma similar, pueden facilitar el contacto eléctrico con los contactos finales de la superficie frontal que se encuentran alejados de los lados del módulo solar.
La figura 5B muestra un ejemplo de un módulo solar rectangular 300 que comprende diez superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas como diez filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. Un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de dichas superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo.
La figura 5B también muestra cómo se ve el módulo solar 200 de la figura 5A cuando no hay espacios entre superceldas adyacentes en las filas de superceldas en el módulo solar 200. El espacio 210 de la figura 5A puede eliminarse, por ejemplo, disponiendo las superceldas de modo que ambas superceldas en cada fila tengan sus contactos finales de la superficie posterior a lo largo de la línea central del módulo. En este caso, las superceldas pueden estar dispuestas casi contiguas entre sí con poco o ningún espacio adicional entre ellas porque no se requiere acceso a la superficie frontal de la supercelda a lo largo del centro del módulo. De forma alternativa, se pueden disponer dos superceldas 100 en una fila, una con su contacto final de la superficie frontal a lo largo de un lado del módulo y su contacto final de la superficie posterior a lo largo de la línea central del módulo, y la otra con su contacto final de la superficie frontal a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de la superficie posterior a lo largo del lado opuesto del módulo, y los extremos adyacentes de las superceldas superpuestas. Se puede intercalar una interconexión flexible entre los extremos superpuestos de las superceldas, sin sombrear ninguna parte de la superficie frontal del módulo solar, para proporcionar una conexión eléctrica al contacto final de la superficie frontal de una de las superceldas y el contacto final de la superficie de contacto posterior de la otra supercelda. Para las filas que contienen tres o más superceldas, estos dos enfoques se pueden usar en combinación.
Las superceldas y filas de superceldas mostradas en las figuras 5A-5B pueden estar interconectadas por cualquier combinación adecuada de conexiones eléctricas en serie y en paralelo, por ejemplo, como se describe más adelante con respecto a las figuras 10A-15. Las interconexiones entre superceldas se pueden hacer, por ejemplo, usando interconexiones flexibles de forma similar a la descrita a continuación con respecto a las figuras 5C-5G y las figuras posteriores. Como se demuestra en muchos de los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, las superceldas en los módulos solares descritos en el presente documento pueden interconectarse mediante una combinación de conexiones en serie y en paralelo para proporcionar un voltaje de salida para el módulo sustancialmente igual al de un módulo solar convencional . En dichos casos, la corriente de salida del módulo solar también puede ser sustancialmente la misma que para un módulo solar convencional. De forma alternativa, como se describe con más detalle a continuación, las superceldas en un módulo solar pueden interconectarse para proporcionar un voltaje de salida significativamente mayor desde el módulo solar que el proporcionado por los módulos solares convencionales.
La figura 5C muestra un ejemplo de un módulo solar rectangular 350 que comprende seis superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de dichas superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo. Cada supercelda en este ejemplo (y en varios de los siguientes ejemplos) comprende 72 celdas solares rectangulares, cada una con una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudocuadrada de 156 mm. También se puede usar cualquier otro número adecuado de celdas solares rectangulares de cualquier otra dimensión adecuada. En este ejemplo, los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas están conectados eléctricamente entre sí con interconexiones flexibles 400 situadas adyacentes y paralelas al borde de un lado corto del módulo. Los contactos terminales de la superficie posterior de las superceldas están conectados de forma similar entre sí mediante interconexiones flexibles situadas adyacentes y paralelas al borde del otro lado corto, detrás del módulo solar. Las interconexiones de la superficie posterior están ocultas a la vista en la figura 5C. Esta disposición conecta eléctricamente las seis superceldas de seis módulos en paralelo. Los detalles de las interconexiones flexibles y su disposición en esta y otras configuraciones de módulos solares se analizan con más detalle a continuación con respecto a las figuras 6-8G.
La figura 5D muestra un módulo solar rectangular ejemplar 360 que comprende doce superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados largos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas de extremo a extremo en pares para formar seis filas de superceldas, con las filas y los lados largos de las superceldas orientados paralelos a los lados largos del módulo solar. En otras variantes, cada fila de superceldas puede incluir tres o más superceldas. Además, un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de superceldas que las mostradas en este ejemplo. Cada supercelda en
este ejemplo (y en varios de los siguientes ejemplos) comprende 36 celdas solares rectangulares, cada una con una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudocuadrada de 156 mm. También se puede usar cualquier otro número adecuado de celdas solares rectangulares de cualquier otra dimensión adecuada. El espacio 410 facilita el contacto eléctrico con los contactos finales de la superficie frontal de las superceldas 100 a lo largo de la línea central del módulo solar. En este ejemplo, las interconexiones flexibles 400 situadas adyacentes y paralelas al borde de un lado corto del módulo interconectan eléctricamente los contactos terminales de la superficie frontal de seis de las superceldas. De forma similar, las interconexiones flexibles situadas adyacentes y paralelas al borde del otro lado corto del módulo detrás del módulo conectan eléctricamente los contactos terminales de la superficie posterior de las otras seis superceldas. Las interconexiones flexibles (no mostradas en esta figura) situadas a lo largo del espacio 410 interconectan cada par de superceldas en una fila en serie y, opcionalmente, se extienden lateralmente para interconectar filas adyacentes en paralelo. Esta disposición conecta eléctricamente las seis filas de superceldas en paralelo. Opcionalmente, en un primer grupo de superceldas, la primera supercelda en cada fila está conectada eléctricamente en paralelo con la primera supercelda en cada una de las otras filas, en un segundo grupo de superceldas, la segunda supercelda está conectada eléctricamente en paralelo con la segunda supercelda en cada una de las otras filas, y los dos grupos de superceldas están conectados eléctricamente en serie. Esta segunda disposición permite que cada uno de los dos grupos de superceldas se coloque individualmente en paralelo con un diodo de derivación.
El detalle A en la figura 5D identifica la localización de una vista en sección transversal que se muestra en la figura 8A de la interconexión de los contactos terminales de la superficie posterior de las superceldas a lo largo del borde de un lado corto del módulo. El detalle B identifica de forma similar la localización de una vista en sección transversal que se muestra en la figura 8B de la interconexión de los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas a lo largo del borde del otro lado corto del módulo. El detalle C identifica la localización de una vista en sección transversal que se muestra en la figura 8C de la interconexión en serie de las superceldas dentro de una fila a lo largo del espacio 410.
La figura 5E muestra un módulo solar rectangular ejemplar 370 configurado de forma similar al de la figura 5C, excepto que en este ejemplo todas las celdas solares a partir de las cuales se forman las superceldas son celdas solares de tipo chevrón que tienen esquinas biseladas correspondientes a las esquinas de obleas pseudocuadradas de las que las celdas solares fueron separadas.
La figura 5F muestra otro módulo solar rectangular ejemplar 380 configurado de forma similar al de la figura 5C, excepto que en este ejemplo las celdas solares a partir de las cuales se forman las superceldas comprenden una mezcla de celdas solares rectangulares y de tipo chevrón dispuestas para reproducir las formas de las obleas pseudocuadradas de las que se separaron. En el ejemplo de la figura 5F, las celdas solares de tipo chevrón pueden ser más anchas perpendiculares a sus ejes largos que las celdas solares rectangulares para compensar las esquinas faltantes en las celdas de tipo chevrón, de modo que las celdas solares de tipo chevrón y las celdas solares rectangulares tienen la misma área activa expuesta a la radiación solar durante el funcionamiento del módulo y, por lo tanto, la misma corriente.
La figura 5G muestra otro módulo solar rectangular ejemplar configurado de forma similar al de la figura 5E (es decir, que incluye solo celdas solares de tipo chevrón), excepto que en el módulo solar de la figura 5G, las celdas solares de tipo chevrón adyacentes en una supercelda están dispuestas como imágenes especulares entre sí, de modo que sus bordes superpuestos son de la misma longitud. Esto maximiza la longitud de cada junta superpuesta y, por lo tanto, facilita el flujo de calor a través de la supercelda.
Otras configuraciones de módulos solares rectangulares pueden incluir una o más filas de superceldas formadas solo a partir de celdas solares rectangulares (no biseladas), y una o más filas de superceldas formadas solo a partir de celdas solares biseladas. Por ejemplo, un módulo solar rectangular se puede configurar de forma similar al de la figura 5C, excepto que las dos filas exteriores de superceldas se reemplazan cada una por una fila de superceldas formadas solo a partir de celdas solares biseladas.
Las celdas solares biseladas en esas filas pueden estar dispuestas en pares de imágenes especulares como se muestra en la figura 5G, por ejemplo.
En los módulos solares ejemplares que se muestran en las figuras 5C-5G, la corriente eléctrica a lo largo de cada fila de superceldas es aproximadamente 1/6 de la de un módulo solar convencional de la misma área porque las celdas solares rectangulares a partir de las cuales se forman las superceldas tienen un área activa de aproximadamente 1/6 de la de una celda solar de tamaño convencional. Sin embargo, debido a que en estos ejemplos las seis filas de superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo, los módulos solares ejemplares 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 ejemplares de las figuras 5C-5G (y otros ejemplos descritos a continuación) para módulos solares convencionales.
La figura 6 muestra con más detalle que las figuras 5C-5G una disposición ejemplar de tres filas de superceldas interconectadas con interconexiones eléctricas flexibles para colocar las superceldas dentro de cada fila en serie entre
sí, y para colocar 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 supercelda 100 tiene una interconexión flexible 400 unida conductivamente a su contacto terminal de la superficie frontal, y otra interconexión flexible unida conductivamente a su contacto terminal de la superficie posterior. Las dos superceldas dentro de cada fila están conectadas eléctricamente en serie por una interconexión flexible compartida unida conductivamente al contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y al contacto terminal de la superficie posterior de la otra supercelda. Cada interconexión flexible se sitúa adyacente y se extiende paralela a un extremo de una supercelda a la que está unida, y se puede extender lateralmente más allá de la supercelda para unirse conductivamente a una interconexión flexible en una supercelda en una fila adyacente, conectando eléctricamente las filas adyacentes en paralelo. Las líneas de puntos en la figura 6 representan partes de las interconexiones flexibles que están ocultas a la vista por las partes superpuestas de las superceldas, o partes de las superceldas que están ocultas a la vista por las partes superpuestas de las interconexiones flexibles.
Las interconexiones flexibles 400 se pueden unir conductivamente a las superceldas con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor que cumpla mecánicamente como se describe anteriormente para su uso en la unión de celdas solares superpuestas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor se puede localizar solo en posiciones discretas a lo largo de los bordes de la supercelda en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud completa del borde de la supercelda, para reducir o ajustar la tensión paralela a los bordes de la supercelda que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o las interconexiones y el de la supercelda.
Las interconexiones flexibles 400 pueden formarse o comprender láminas de cobre delgadas, por ejemplo. Las interconexiones flexibles 400 pueden configurarse opcionalmente o configurarse de otro modo para aumentar su elasticidad (flexibilidad) mecánica tanto perpendicular como paralela a los bordes de las superceldas para reducir o ajustar la tensión perpendicular y paralela a los bordes de las superceldas que surgen del desajuste entre el CET de la interconexión y el de las superceldas. Dicho patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras u orificios. Las partes conductoras de las interconexiones 400 pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micras, menos de aproximadamente 50 micras, menos de aproximadamente 30 micras o menos de aproximadamente 25 micras para aumentar la flexibilidad de las interconexiones. La elasticidad mecánica de la interconexión flexible, y sus uniones a las superceldas, debería ser suficiente para que las superceldas interconectadas sobrevivan al estrés derivado del desajuste de CET durante el proceso de laminación que se describe con más detalle a continuación con respecto a los procedimientos de fabricación de módulos de celdas solares escalonadas, y para sobrevivir al estrés derivado del desajuste de CET durante las pruebas de ciclos de temperatura entre aproximadamente -40 °C y aproximadamente 85 °C.
Preferentemente, las interconexiones flexibles 400 presentan una resistencia al flujo de corriente paralela a los extremos de las superceldas a las que están unidas de menos de o igual a aproximadamente 0,015 ohmios, menos de o igual a aproximadamente 0,012 ohmios, o menos de o igual a aproximadamente 0,01 ohmios.
La figura 7A muestra varias configuraciones ejemplares, designadas por los números de referencia 400A-400T, que pueden ser adecuadas para la interconexión flexible 400.
Como se muestra en las vistas en sección transversal de las figuras 8A-8C, por ejemplo, los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva comprenden típicamente una estructura laminada con superceldas y uno o más materiales encapsulantes 4101 intercalados entre una lámina frontal transparente 420 y una lámina posterior 430. La lámina frontal transparente puede ser de vidrio, por ejemplo. Opcionalmente, la lámina posterior también puede ser transparente, lo que puede permitir la operación bifacial del módulo solar. La lámina posterior puede ser una lámina de polímero, por ejemplo. De forma alternativa, el módulo solar puede ser un módulo vidrio-vidrio, con las láminas frontal y posterior ambas de vidrio.
La vista en sección transversal de la figura 8A (detalle A de la figura 5D) muestra un ejemplo de una interconexión flexible 400 unida conductivamente a un contacto terminal de superficie posterior de una supercelda cerca del borde del módulo solar y que se extiende hacia adentro debajo de la supercelda, oculto a la vista desde la parte frontal del módulo solar. Se puede disponer una tira adicional de encapsulante entre la interconexión 400 y la superficie posterior de la supercelda, como se ilustra.
La vista en sección transversal de la figura 8B (Detalle B de la figura 5B) muestra un ejemplo de una interconexión flexible 400 unida conductivamente a un contacto terminal de superficie frontal de una supercelda.
La vista en sección transversal de la figura 8C (detalle C de la figura 5B) muestra un ejemplo de una interconexión flexible compartida 400 unida conductivamente al contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y al contacto terminal de la superficie posterior de la otra supercelda para conectar eléctricamente las dos superceldas en serie.
Las interconexiones flexibles conectadas eléctricamente al contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda pueden configurarse o disponerse para ocupar solo una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo solar, que por ejemplo puede localizarse adyacente a un borde del módulo solar. La región de la superficie frontal del módulo
ocupada por dichas interconexiones puede tener una anchura estrecha perpendicular al borde de la supercelda 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 flexible 400 se puede configurar para extenderse más allá del extremo de la supercelda en no más de dicha distancia. Las figuras 8D-8G muestran ejemplos adicionales de disposiciones mediante las cuales una interconexión flexible conectada eléctricamente a un contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda puede ocupar solo una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo. Dichas disposiciones facilitan el uso eficaz del área de la superficie frontal del módulo para producir electricidad.
La figura 8D muestra una interconexión flexible 400 que está unida conductivamente a un contacto de la superficie frontal de una supercelda y se pliega alrededor del borde de la supercelda hacia la parte posterior de la supercelda. Una película aislante 435, que puede estar recubierta previamente en la interconexión flexible 400, puede estar dispuesta entre la interconexión flexible 400 y la superficie posterior de la supercelda.
La figura 8E muestra una interconexión flexible 400 que comprende una cinta delgada y estrecha 440 que está unida conductivamente a un contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y también a una cinta ancha y delgada 445 que se extiende detrás de la superficie posterior de la supercelda. Una película aislante 435, que puede recubrirse previamente sobre la cinta 445, puede disponerse entre la cinta 445 y la superficie posterior de la supercelda.
La figura 8F muestra una interconexión flexible 400 unida a un contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y enrollada y prensada para formar una bobina aplanada que ocupa solo una anchura estrecha de la superficie frontal del módulo solar.
La figura 8G muestra una interconexión flexible 400 que comprende una sección de cinta delgada que está unida conductivamente a un contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda y una parte de sección transversal gruesa localizada adyacente a la supercelda.
En las figuras 8A-8G, las interconexiones flexibles 400 se pueden extender a lo largo de los bordes completos de las superceldas (por ejemplo, hacia dentro en el dibujo) como se muestra en la figura 6, por ejemplo.
Opcionalmente, las partes de una interconexión flexible 400 que de otro modo son visibles desde la parte frontal del módulo pueden estar cubiertas por una película o recubrimiento oscuro o coloreadas de otro modo para reducir el contraste visible entre la interconexión y la supercelda, según lo percibido por un humano que tenga visión en color normal. Por ejemplo, en la figura 8C, la película negra opcional o el revestimiento 425 cubre partes de la interconexión 400 que de otra forma serían visibles desde la parte frontal del módulo. De lo contrario, las partes visibles de la interconexión 400 mostradas en las otras figuras pueden estar cubiertas o coloreadas de forma similar.
Los módulos solares convencionales típicamente incluyen tres o más diodos de derivación, con cada diodo de derivación conectado en paralelo con un grupo de 18-24 celdas solares de silicio conectadas en serie. Esto se hace para limitar la cantidad de energía que puede ser disipada como calor en una celda solar con polarización inversa. Una celda solar puede tener polarización inversa, por ejemplo, debido a un defecto, una superficie frontal sucia o una iluminación desigual que reduce su capacidad de dejar pasar la corriente generada en la cadena. El calor generado en una celda solar en polarización inversa depende del voltaje en la celda solar y la corriente que pasa a través de la celda solar. Si el voltaje en la celda solar con polarización inversa excede el voltaje de ruptura de la celda solar, el calor disipado en la celda será igual al voltaje de ruptura multiplicado por la corriente completa generada en la cadena. Las celdas solares de silicio tienen típicamente un voltaje de ruptura de 16-30 voltios. Dado que cada celda solar de silicio produce un voltaje de aproximadamente 0,64 voltios en funcionamiento, una cadena de más de 24 celdas solares podría producir un voltaje a través de una celda solar con polarización inversa que excede el voltaje de ruptura.
En los módulos solares convencionales en los que las celdas solares están separadas entre sí e interconectadas con cintas, el calor no se transmite fácilmente hacia fuera de una celda solar caliente. En consecuencia, la energía disipada en una celda solar con voltaje de ruptura podría producir un punto caliente en la celda solar causando un daño térmico significativo y quizás un incendio. Por lo tanto, en los módulos solares convencionales, se requiere un diodo de derivación para cada grupo de 18-24 celdas solares conectadas en serie para asegurar que ninguna celda solar en la cadena se pueda polarizar inversamente por encima del voltaje de ruptura.
Los solicitantes han descubierto que el calor se transporta fácilmente a lo largo de una supercelda de silicio a través de las uniones eléctricamente y térmicamente conductoras delgadas entre celdas solares de silicio adyacentes superpuestas. Además, la corriente a través de una supercelda en los módulos solares descritos en el presente documento es típicamente menor que a través de una cadena de celdas solares convencionales, ya que las superceldas descritas en el presente documento se forman típicamente escalonando celdas solares rectangulares, cada una de las cuales tiene un área activa inferior a (por ejemplo, 1/6) la de una celda solar convencional. Además, la relación de aspecto rectangular de las celdas solares típicamente empleadas en el presente documento proporciona regiones extendidas de contacto térmico entre celdas solares adyacentes. Como consecuencia, se disipa menos calor en una celda solar polarizada inversamente al voltaje de ruptura, y el calor se propaga fácilmente a través de la supercelda y el módulo solar sin crear un punto caliente peligroso.
Por lo tanto, los solicitantes han observado que los módulos solares formados a partir de superceldas como se describe en el presente documento pueden emplear muchos menos diodos de derivación de los que se cree que se requieren convencionalmente.
Por ejemplo, en algunas variantes de módulos solares como se describe en el presente documento, una supercelda que comprende N > 25 celdas solares, N > aproximadamente 30 celdas solares, N > aproximadamente 50 celdas solares, N > aproximadamente 70 celdas solares o N > aproximadamente 100 celdas solares puede emplearse sin una sola celda solar o grupo de < N celdas solares en la supercelda individualmente conectadas eléctricamente en paralelo con un diodo de derivación. Opcionalmente, una supercelda completa de estas longitudes puede conectarse eléctricamente en paralelo con un solo diodo de derivación. Opcionalmente, se pueden emplear superceldas de estas longitudes sin un diodo de derivación.
Varios rasgos característicos de diseño adicionales y opcionales pueden hacer que los módulos solares que emplean superceldas, como se describe en el presente documento, sean aún más tolerantes al calor disipado en una celda solar de polarización inversa. Con referencia de nuevo a las figuras 8A-8C, el encapsulante 4101 puede ser o comprender un polímero de olefina termoplástica (TPO), los encapsulantes de TPO son más estables fototérmicamente que los encapsulantes estándar de etileno-acetato de vinilo (EVA). El EVA se oscurecerá con la temperatura y la luz ultravioleta y dará lugar a problemas de puntos calientes creados por las celdas limitantes actuales. Estos problemas se reducen o evitan con el encapsulante de TPO. Además, los módulos solares pueden tener una estructura de vidrio-vidrio en la que tanto la lámina frontal transparente 420 como la lámina posterior 430 son de vidrio. Esta estructura de vidrio-vidrio permite que el módulo solar funcione de manera segura a temperaturas mayores que las toleradas por una lámina posterior de polímero convencional. Incluso, las cajas de conexiones se pueden montar en uno o más bordes de un módulo solar, en lugar de detrás del módulo solar, donde una caja de conexiones agregaría una capa adicional de aislamiento térmico a las celdas solares en el módulo que se encuentra sobre la misma.
La figura 9A muestra un módulo solar rectangular ejemplar que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares dispuestas en seis filas que se extienden por toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo y con un diodo de derivación dispuesto en una caja de conexiones 490 en la superficie posterior del módulo solar. Las conexiones eléctricas entre las superceldas y el diodo de derivación se realizan a través de cintas 450 incrustadas en la estructura laminada del módulo.
La figura 9B muestra otro módulo solar rectangular ejemplar que comprende seis superceldas rectangulares escalonadas dispuestas en seis filas que se extienden por toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Las superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí. En la superficie posterior del módulo solar están dispuestas cajas de conexiones de terminales positivas 490P y negativas 490n , en los extremos opuestos del módulo solar. Las superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo con un diodo de derivación localizado en una de las cajas de conexiones mediante un cable externo 455 que se extiende entre las cajas de conexiones.
Las figuras 9C-9D muestran un módulo solar rectangular ejemplar de vidrio-vidrio que comprende seis superceldas escalonadas rectangulares dispuestas en seis filas que se extienden por toda la longitud de los lados largos del módulo solar en una estructura de laminación que comprende láminas frontal y posterior de vidrio. Las superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí. Se montan cajas de conexiones de terminales positivas 490P y negativas 490N separadas en los bordes opuestos del módulo solar.
Las superceldas escalonadas abren oportunidades únicas para el diseño del módulo con respecto a los dispositivos de gestión de energía a nivel del módulo (por ejemplo, microinversores de CC/CA, optimizadores de energía del módulo de CC/CC, inteligencia de voltaje e interruptores inteligentes, y dispositivos relacionados). El rasgo característico clave de los sistemas de gestión de energía a nivel de módulo es la optimización de energía. Las superceldas como se describen y emplean en el presente documento pueden producir voltajes más altos que los paneles tradicionales. Además, el diseño del módulo de supercelda puede dividir aún más el módulo. Tanto los voltajes más altos como el aumento de divisiones crean ventajas potenciales para la optimización de energía.
La figura 9E muestra una arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo usando superceldas escalonadas. En esta figura, un módulo solar rectangular ejemplar comprende seis superceldas rectangulares escalonadas dispuestas en seis filas que se extienden por toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Tres pares de superceldas se conectan individualmente a un sistema de gestión de energía 460, lo que permite una optimización de energía más discreta del módulo.
La figura 9F muestra otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo usando superceldas escalonadas. En esta figura, un módulo solar rectangular ejemplar comprende seis superceldas rectangulares escalonadas dispuestas en seis filas que se extienden por toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis superceldas están conectadas individualmente a un sistema de gestión de energía 460, lo que permite una optimización de energía aún más discreta del módulo.
La figura 9G muestra otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo usando superceldas
escalonadas. En esta figura, un módulo solar rectangular ejemplar comprende seis o más superceldas escalonadas rectangulares 998 dispuestas en seis o más filas, donde los tres o más pares de superceldas están conectados individualmente a un diodo de derivación o un sistema de gestión de energía 460, para permitir una aún mayor optimización discreta de energía del módulo.
La figura 9H muestra otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo usando superceldas escalonadas. En esta figura, un módulo solar rectangular ejemplar comprende seis o más superceldas 998 escalonadas rectangulares dispuestas en seis o más filas, donde cada dos superceldas están conectadas en serie, y todos los pares están conectados en paralelo. Un diodo de derivación o sistema de gestión de energía 460 está conectado en paralelo a todos los pares, lo que permite la optimización de energía del módulo.
En algunas variantes, la gestión de energía a nivel de módulo permite la eliminación de todos los diodos de derivación en el módulo solar y al mismo tiempo previene el riesgo de puntos calientes. Esto se logra integrando la inteligencia de voltaje al nivel de módulo. Al monitorear la salida de voltaje de un circuito de celdas solares (por ejemplo, una o más superceldas) en el módulo solar, un dispositivo de gestión de energía de "interruptor inteligente" puede determinar si ese circuito incluye alguna celda solar en polarización inversa. Si se detecta una celda solar con polarización inversa, el dispositivo de gestión de energía puede desconectar el circuito correspondiente del sistema eléctrico usando, por ejemplo, un interruptor de relé u otro componente. Por ejemplo, si el voltaje de un circuito de celdas solares monitoreadas cae por debajo de un umbral predeterminado (Vumite), entonces el dispositivo de gestión de energía apagará (circuito abierto) ese circuito mientras se asegura de que el módulo o la cadena de módulos permanezcan conectados.
En determinados modos de realización, donde un voltaje de los circuitos cae en más de un determinado porcentaje o magnitud (por ejemplo, 20 % o 10 V) comparado con los otros circuitos en el mismo conjunto solar, se apagará. La electrónica detectará este cambio en base a la comunicación entre módulos.
La implementación de dicha inteligencia de voltaje se puede incorporar a las soluciones existentes de gestión de energía a nivel de módulo (por ejemplo, de Enphase Energy Inc., Solaredge Technologies, Inc., Tigo Energy, Inc.) o mediante un diseño de circuito personalizado.
Un ejemplo de cómo se puede calcular el voltaje umbral de Vumite es:
CeldaVca@ Irr baja y Temp Alta x Nnúmero de celdas en serie - Vfb Voltaje de ruptura inversa ^ VLímite,
donde:
• CeldaVca@Irr baja y Temp Alta = voltaje de circuito abierto de una celda que funciona a baja irradiación y a alta temperatura (Vca de trabajo más bajo esperado);
• Nnúmero de celdas en serie = un número de celdas conectadas en serie en cada supercelda monitoreada.
• VfbVoltaje de ruptura inversa = voltaje de polaridad inversa necesaria para pasar corriente a través de una celda.
Este enfoque para la gestión de energía a nivel de módulo usando un interruptor inteligente puede permitir, por ejemplo, conectar más de 100 celdas solares de silicio en serie dentro de un solo módulo sin afectar la seguridad o la fiabilidad del módulo. Además, dicho interruptor inteligente se puede usar para limitar el voltaje de la cadena que va a un inversor central. Por lo tanto, las cadenas de módulos más largas se pueden instalar sin seguridad o sin preocuparse por el sobrevoltaje. El módulo más débil se puede omitir (desconectar) si los voltajes de cadena alcanzan el límite.
Las figuras 10A, 11A, 12A, 13A, 13B y 14B descritas a continuación proporcionan circuitos eléctricos esquemáticos ejemplares adicionales para módulos solares que emplean superceldas escalonadas. 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 proporcionan diseños físicos ejemplares correspondientes a esos circuitos esquemáticos. La descripción de los diseños físicos supone que el contacto final de la superficie frontal de cada supercelda es de polaridad negativa y el contacto final de la superficie posterior de cada supercelda es de polaridad positiva. Si, en cambio, los módulos emplean superceldas que tienen los contactos finales de la superficie frontal de polaridad positiva y los contactos finales de la superficie posterior de polaridad negativa, entonces el análisis de los diseños físicos a continuación se puede modificar, cambiando positivo por negativo e invirtiendo la orientación de los diodos de derivación. Algunos de los diversos buses a los que se hace referencia en la descripción de estas figuras pueden formarse, por ejemplo, con las interconexiones 400 descritas anteriormente. Otros buses descritos en estas figuras pueden implementarse, por ejemplo, con cintas incrustadas en la estructura laminada del módulo solar o con cables externos.
La figura 10A muestra un circuito eléctrico esquemático ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5B, en el que el módulo solar incluye diez superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas en el
módulo solar con sus lados largos paralelos a los lados cortos del módulo. Todas las superceldas están conectadas eléctricamente en paralelo con un diodo de derivación 480.
Las figuras 10B-1 y 10B-2 muestran un ejemplo de diseño físico para el módulo solar de la figura 10A. El bus 485N conecta los contactos finales negativos (superficie frontal) de las superceldas 100 al terminal positivo de la caja de conexiones 490 del diodo de derivación 480, localizada en la superficie posterior del módulo. El bus 485P conecta los contactos finales positivos (superficie posterior) de las superceldas 100 al terminal negativo del diodo de derivación 480. El bus 485P puede estar completamente detrás de las superceldas. El bus 485N y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo.
La figura 11A muestra un circuito eléctrico esquemático ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5A, en el que el módulo solar incluye veinte superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las superceldas están dispuestas de extremo a extremo en pares para formar diez filas de superceldas. La primera supercelda en cada fila está conectada en paralelo con las primeras superceldas en las otras filas y en paralelo con un diodo de derivación 500. La segunda supercelda en cada fila está conectada en paralelo con la segunda supercelda en las otras filas y en paralelo con un diodo de derivación 510. Los dos grupos de superceldas están conectados en serie, al igual que los dos diodos de derivación.
Las figuras 11B-1 y 11B-2 muestran un diseño físico ejemplar para el módulo solar de la figura 11A. En este diseño, la primera supercelda en cada fila tiene su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto final de la superficie posterior (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda supercelda en cada fila tiene su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de la superficie posterior (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto al primer lado. El bus 515N conecta el contacto final de la superficie frontal (negativo) de la primera supercelda en cada fila al terminal positivo del diodo de derivación 500. El bus 515P conecta el contacto final de la superficie posterior (positivo) de la segunda supercelda en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 510. El bus 520 conecta el contacto final de la superficie posterior (positivo) de la primera supercelda en cada fila y el contacto final de la superficie frontal (negativo) de la segunda supercelda en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 500 y al terminal positivo del diodo de derivación 510.
El bus 515P puede estar completamente detrás de las superceldas. El bus 515N y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo. El bus 520 puede ocupar una parte de la superficie frontal del módulo, requiriendo un espacio 210 como se muestra en la figura 5A. De forma alternativa, el bus 520 puede estar completamente detrás de las superceldas y estar conectado eléctricamente a las superceldas con interconexiones ocultas intercaladas entre los extremos superpuestos de las superceldas. En dicho caso, poco o ningún espacio 210 es necesario.
Las figuras 11C-1, 11C-2 y 11C-3 muestran otro diseño físico ejemplar para el módulo solar de la figura 11A. En este diseño, la primera supercelda de cada fila tiene su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto final de la superficie posterior (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda supercelda en cada fila tiene su contacto final de la superficie posterior (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto al primer lado. El bus 525N conecta el contacto final de la superficie frontal (negativo) de la primera supercelda en cada fila al terminal positivo del diodo de derivación 500. El bus 530N conecta el contacto final de la superficie frontal (negativo) de la segunda celda 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 final de la superficie posterior (positivo) de la primera celda 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 final de la superficie posterior (positivo) de la segunda celda en cada fila al terminal negativo del diodo de derivación 510.
El bus 535P y el bus 540P pueden estar completamente detrás de las superceldas. El bus 525N y el bus 530N y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo.
La figura 12A muestra otro diagrama de circuito esquemático ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5A, en el que el módulo solar incluye veinte superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las superceldas están dispuestas de extremo a extremo en pares para formar diez filas de superceldas. En el circuito que se muestra en la figura 12A, las superceldas están dispuestas en cuatro grupos: en un primer grupo, las primeras superceldas de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 545, en un segundo grupo, las segundassuperceldas de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 505, en un tercer grupo, las primeras superceldas 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 superceldas de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 555. Los cuatro grupos de superceldas están conectados en serie entre sí. Los cuatro diodos de derivación también están en serie.
Las figuras 12B-1 y 12B-2 muestran un diseño físico ejemplar para el módulo solar de la figura 12A. En este diseño, el primer grupo de superceldas tiene sus contactos finales de la superficie frontal (negativos) a lo largo de un primer lado del módulo y sus contactos finales de la superficie posterior (positivos) a lo largo de la línea central del módulo, el segundo grupo de superceldas tiene sus contactos finales de la superficie frontal (negativos) a lo largo de la línea central del módulo y sus contactos finales de la superficie posterior (positivos) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto al primer lado, el tercer grupo de superceldas tiene su contacto final de la superficie posterior (positivos) a lo largo del primer lado del módulo y sus contactos finales de la superficie frontal (negativos) a lo largo de la línea central del módulo, y el cuarto grupo de superceldas tiene su contacto final de la superficie posterior (positivos) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 565N conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativo) de las superceldas en el primer grupo de superceldas entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 545. El bus 570 conecta los contactos finales de la superficie posterior (positivos) de las superceldas en el primer grupo de superceldas y los contactos finales de la superficie frontal (negativos) de las superceldas en el segundo grupo de superceldas 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 finales de la superficie posterior (positivos) de las superceldas en el segundo grupo de superceldas y los contactos finales (negativos) de la superficie frontal de las superceldas en el cuarto grupo de superceldas 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 finales de la superficie posterior (positivos) de las superceldas en el cuarto grupo de superceldas y los contactos finales (negativos) de la superficie frontal de las superceldas en el tercer grupo de superceldas 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 finales de la superficie posterior (positivos) de las superceldas en el tercer grupo de superceldas entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 560.
El bus 585P y la parte del bus 575 que se conecta a las superceldas del segundo grupo de superceldas pueden estar completamente detrás de las superceldas. La parte restante del bus 575 y el bus 565N y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo.
El bus 570 y el bus 580 pueden ocupar una parte de la superficie frontal del módulo, requiriendo un espacio 210 como se muestra en la figura 5A. De forma alternativa, pueden estar completamente detrás de las superceldas y estar conectados eléctricamente a las superceldas con interconexiones ocultas intercaladas entre los extremos superpuestos de las superceldas. En dicho caso, poco o ningún espacio 210 es necesario.
Las figuras 12C-1, 12C-2 y 12C-3 muestran un diseño físico alternativo para el módulo solar de la figura 12A. Este diseño usa dos cajas de conexiones 490A y 490B en lugar de la caja de conexiones única 490 que se muestra en las figuras 12B-1 y 12B-2, pero es equivalente a la de las figuras 12B-1 y 12B-2.
La figura 13A muestra otro diagrama de circuito esquemático ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5A, en el que el módulo solar incluye veinte superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar, y las superceldas están dispuestas de extremo a extremo en pares para formar diez filas de superceldas. En el circuito que se muestra en la figura 13A, las superceldas están dispuestas en cuatro grupos: en un primer grupo, las primeras superceldas de las cinco filas superiores están conectadas en paralelo entre sí, en un segundo grupo, las segundas superceldas de las cinco filas principales están conectadas en paralelo entre sí, en un tercer grupo las primeras superceldas de las cinco filas inferiores están conectadas en paralelo entre sí, y en un cuarto grupo las segundas superceldas 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 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 tanto, conectados en paralelo con otro diodo de derivación 595. El primer y segundo grupo están conectados en serie con el tercer y cuarto grupo, y los dos diodos de derivación también están en serie.
Las figuras 13C-1 y 13C-2 muestran un diseño físico ejemplar para el módulo solar de la figura 13 A. En este diseño, el primer grupo de superceldas tiene su contacto final de la superficie frontal (negativo) a lo largo de un primer lado del módulo y su contacto final de la superficie posterior (positivo) a lo largo de la línea central del módulo, el segundo grupo de superceldas tiene su contacto final de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de superficie posterior (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto al primer lado, el tercer grupo de superceldas tiene su contacto final de superficie posterior (positivo) a lo largo del primer lado del módulo y su contacto final de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo, y el cuarto grupo de superceldas tiene su contacto final de superficie posterior (positivo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de superficie frontal (negativo) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 600 conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del primer grupo de superceldas entre sí, a los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del tercer grupo de superceldas, al terminal positivo del diodo de derivación 590 y al terminal negativo del diodo de derivación 595. El bus 605 conecta los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del primer grupo de superceldas entre sí y a los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del segundo grupo de superceldas. El bus 610P conecta los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del segundo grupo de superceldas entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 590. El
bus 615N conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del cuarto grupo de superceldas entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 595. El bus 620 conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del tercer grupo de superceldas entre sí y a los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del cuarto grupo de superceldas.
El bus 610P y la parte del bus 600 que se conecta a las superceldas del tercer grupo de superceldas puede estar completamente detrás de las superceldas. La parte restante del bus 600 y el bus 615N y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo.
El bus 605 y el bus 620 ocupan una parte de la superficie frontal del módulo, lo que requiere un espacio 210 como se muestra en la figura 5A. De forma alternativa, pueden estar completamente detrás de las superceldas y estar conectados eléctricamente a las superceldas con interconexiones ocultas intercaladas entre los extremos superpuestos de las superceldas. En dicho caso, poco o ningún espacio 210 es necesario.
La figura 13B muestra un circuito eléctrico esquemático ejemplar para un módulo solar como se ilustra en la figura 5B, en el que el módulo solar incluye diez superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas en el módulo solar con sus lados largos paralelos a los lados cortos del módulo. En el circuito que se muestra en la figura 13B, las superceldas están dispuestas en dos grupos: en un primer grupo, las cinco superceldas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con el diodo de derivación 590, y en un segundo grupo, las cinco superceldas 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 también están conectados en serie.
El circuito esquemático de la figura 13B difiere del de la figura 13A al reemplazar cada fila de dos superceldas en la figura 13A con una sola supercelda. En consecuencia, el diseño físico para el módulo solar de la figura 13B puede ser como se muestra en las figuras 13C-1, 13C-2 y 13C-3, omitiendo el bus 605 y el bus 620.
La figura 14A muestra un módulo solar rectangular ejemplar 700 que comprende veinticuatro superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas se disponen de extremo a extremo en pares para formar doce filas de superceldas, con las filas y los lados largos de las superceldas orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar.
La figura 14B muestra un diagrama de circuito esquemático ejemplar de un módulo solar como se ilustra en la figura 14A. En el circuito que se muestra en la figura 14B, las superceldas están dispuestas en tres grupos: en un primer grupo, las primeras superceldas de las ocho filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 705, en un segundo grupo, las superceldas 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 superceldas de las ocho filas superiores están conectadas en paralelo entre sí y con un diodo de derivación 715. Los tres grupos de superceldas están conectados en serie. Los tres diodos de derivación también están en serie.
Las figuras 14C-1 y 14C-2 muestran un diseño físico ejemplar para el módulo solar de la figura 14B. En este diseño, el primer grupo de superceldas tiene sus contactos finales de la superficie frontal (negativos) a lo largo de un primer lado del módulo y sus contactos finales de la superficie posterior (positivos) a lo largo de la línea central del módulo. En el segundo grupo de superceldas, la primera supercelda en cada una de las cuatro filas inferiores tiene su contacto final de superficie posterior (positivo) a lo largo del primer lado del módulo y su contacto final de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo, y la segunda supercelda en cada una de las cuatro filas inferiores tiene su contacto final de superficie frontal (negativo) a lo largo de la línea central del módulo y su contacto final de superficie posterior (positivo) a lo largo de un segundo lado del módulo opuesto al primer lado. El tercer grupo de celdas solares tiene sus contactos finales de la superficie posterior (positivos) a lo largo de la línea central del módulo y sus contactos finales de la superficie posterior (negativos) a lo largo del segundo lado del módulo.
El bus 720N conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del primer grupo de superceldas entre sí y al terminal positivo del diodo de derivación 705. El bus 725 conecta los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del primer grupo de superceldas a los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del segundo grupo de superceldas, al terminal negativo del diodo de derivación 705 y al terminal positivo del diodo de derivación 710. El bus 730P conecta los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del tercer grupo de superceldas entre sí y al terminal negativo del diodo de derivación 715. El bus 735 conecta los contactos finales de la superficie frontal (negativos) del tercer grupo de superceldas entre sí, a los contactos finales de la superficie posterior (positivos) del segundo grupo de superceldas, al terminal negativo del diodo de derivación 710 y al terminal positivo del diodo de derivación 715.
La parte del bus 725 que se conecta a las superceldas del primer grupo de superceldas, el bus 730P, y la parte del bus 735 que se conecta a las superceldas del segundo grupo de superceldas pueden estar completamente detrás de las superceldas. El bus 720N y las partes restantes del bus 725 y el bus 735 y/o su interconexión a las superceldas ocupan una parte de la superficie frontal del módulo.
Algunos de los ejemplos descritos anteriormente alojan los diodos de derivación en una o más cajas de conexiones en la superficie posterior del módulo solar. Sin embargo, esto no es obligatorio. Por ejemplo, algunos o todos los diodos de derivación se pueden situar en el plano con las superceldas alrededor del perímetro del módulo solar o en espacios entre las superceldas, o situarse detrás de las superceldas. En dichos casos, los diodos de derivación pueden estar dispuestos en una estructura laminada en la que se encapsulan las superceldas, por ejemplo. Las localizaciones de los diodos de derivación pueden, por lo tanto, descentralizarse y eliminarse de las cajas de conexiones, lo que facilita el reemplazo de una caja de conexiones central que comprende terminales de módulos positivos y negativos por dos cajas de conexiones de un solo terminal separadas que se pueden localizar en la superficie posterior del módulo solar cerca de los bordes exteriores del módulo solar, por ejemplo. Este enfoque en general reduce la longitud de la ruta de corriente en los conductores de cinta en el módulo solar y en el cableado entre los módulos solares, lo que puede reducir el coste del material y aumentar la potencia del módulo (al reducir las pérdidas de potencia resistiva).
Con referencia a la figura 15, por ejemplo, el diseño físico de 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 emplear un diodo de derivación 480 localizado en la estructura laminada de la supercelda y dos cajas de conexiones de terminales individuales 490P y 490N. La figura 15 se puede apreciar mejor en comparación con las figuras 10B-1 y 10B-2. Los otros diseños de módulos descritos anteriormente se pueden modificar de forma similar.
El uso de diodos de derivación en el laminado como se acaba de describir puede facilitarse mediante el uso de celdas solares rectangulares de corriente reducida (área reducida) como se describe anteriormente, porque la energía disipada en un diodo de derivación polarizado hacia adelante por las celdas solares de corriente reducida puede ser menor de lo que sería en el caso de las celdas solares de tamaño convencional. Por lo tanto, los diodos de derivación en los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva pueden requerir menos disipación de calor de lo que es convencional y, en consecuencia, se pueden sacar de una caja de conexiones en la superficie posterior del módulo e introducir en el laminado.
Un único módulo solar puede incluir interconexiones, otros conductores y/o diodos de derivación que admitan dos o más configuraciones eléctricas, por ejemplo, que admitan dos o más de las configuraciones eléctricas descritas anteriormente. En dichos casos, se puede seleccionar una configuración particular para el funcionamiento del módulo solar entre las dos o más alternativas con el uso de interruptores y/o puentes, por ejemplo. Las diferentes configuraciones pueden colocar diferentes números de superceldas en serie y/o en paralelo para proporcionar diferentes combinaciones de salidas de voltaje y corriente desde el módulo solar. Por lo tanto, dicho módulo solar se puede configurar en la fábrica o en el campo para seleccionar entre dos o más combinaciones diferentes de voltaje y corriente, por ejemplo, para seleccionar entre una configuración de alto voltaje y baja corriente, y una configuración de bajo voltaje y alta corriente.
La figura 16 muestra una disposición ejemplar de un dispositivo de gestión de energía 750 a nivel de módulo de interruptor inteligente, como se describe anteriormente, entre dos módulos solares.
Con referencia ahora a la figura 17, un procedimiento ejemplar 800 para fabricar módulos solares como se describe en esta memoria descriptiva comprende las siguientes etapas. En la etapa 810, las celdas solares de tamaño convencional (por ejemplo, 156 milímetros x 156 milímetros o 125 milímetros x 125 milímetros) se cortan y/o se separan para formar "tiras" de celdas solares rectangulares estrechas. (Véase también las figuras 3A-3E) y la descripción relacionada anteriormente, por ejemplo). Las tiras de celdas solares resultantes pueden ser probadas y clasificadas opcionalmente de acuerdo con su rendimiento de corriente-voltaje. Las celdas con un rendimiento de corriente-voltaje iguales o aproximadamente iguales pueden usarse ventajosamente en la misma supercelda o en la misma fila de superceldas conectadas en serie. Por ejemplo, puede ser ventajoso que las celdas conectadas en serie dentro de una supercelda o dentro de una fila de superceldas produzcan una corriente igual o aproximadamente igual bajo la misma iluminación.
En la etapa 815, las superceldas se ensamblan a partir de las celdas solares de la tira, con un material de unión adhesivo conductor dispuesto entre las partes superpuestas de las celdas solares adyacentes en las superceldas. El material de unión adhesivo conductor se puede aplicar, por ejemplo, mediante impresión por chorro de tinta o serigrafía.
En la etapa 820, se aplica calor y presión para curar o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor entre las celdas solares en las superceldas. En una variante, a medida que cada celda solar adicional se agrega a una supercelda, el material de unión adhesivo conductor entre la celda solar recién agregada y su celda solar superpuesta adyacente (que ya forma parte de la supercelda) se cura o se cura parcialmente, antes de agregar la siguiente celda solar a la supercelda. En otra variante, más de dos celdas solares o todas las celdas solares en una supercelda se pueden situar en el modo de superposición deseado antes de que el material de unión adhesivo conductor se cure o se cure parcialmente. Las superceldas resultantes de esta etapa pueden probarse y clasificarse opcionalmente de acuerdo con su rendimiento de corriente-voltaje. Las superceldas con un rendimiento de corriente-voltaje igual o aproximadamente igual se pueden usar ventajosamente en la misma fila de superceldas o en el mismo módulo solar. Por ejemplo, puede ser ventajoso que las superceldas o filas de superceldas conectadas eléctricamente en paralelo
produzcan voltajes iguales o aproximadamente iguales bajo la misma iluminación.
En la etapa 825, las superceldas curadas o parcialmente curadas se disponen e interconectan en la configuración de módulo deseada en una estructura en capas que incluye material encapsulante, una lámina frontal transparente (lado del sol) y una lámina posterior (opcionalmente transparente). La estructura en capas puede comprender, por ejemplo, una primera capa de encapsulante sobre un sustrato de vidrio, las superceldas interconectadas dispuestas del lado del sol hacia abajo en la primera capa de encapsulante, una segunda capa de encapsulante en la capa de superceldas y una lámina posterior en la segunda capa de encapsulante. También se puede usar cualquier otra disposición adecuada.
En la etapa de laminación 830, se aplica calor y presión a la estructura en capas para formar una estructura laminada curada.
En una variante del procedimiento de la figura 17, las celdas solares de tamaño convencional se separan en tiras de celdas solares, después de lo cual se aplica el material de unión adhesivo conductor a cada tira de celdas solares. En una variante alternativa, el material de unión adhesivo conductor se aplica a las celdas solares de tamaño convencional antes de la separación de las celdas solares en tiras de celdas solares.
En la etapa de curado 820, el material de unión adhesivo conductor puede estar completamente curado, o puede estar solo parcialmente curado. En el último caso, el material de unión adhesivo conductor inicialmente puede ser parcialmente curado en la etapa 820 lo suficiente como para facilitar el manejo y la interconexión de las superceldas, y completamente curado durante la siguiente etapa de laminación 830.
En algunas variantes, una supercelda 100 ensamblada como un producto intermedio en el procedimiento 800 comprende una pluralidad de celdas solares rectangulares 10 dispuestas con los lados largos de las celdas solares adyacentes superpuestos y unidas conductivamente como se describe anteriormente, y las interconexiones unidas a los contactos terminales en los extremos opuestos de la supercelda.
La figura 30A muestra una supercelda ejemplar con interconexiones eléctricas unidas a sus contactos terminales de las superficies frontal y posterior. Las interconexiones eléctricas se extienden paralelas a los bordes terminales de la supercelda y se extienden lateralmente más allá de la supercelda para facilitar la interconexión eléctrica con una supercelda adyacente.
La figura 30B muestra dos de las superceldas de la figura 30A interconectadas en paralelo. Las partes de las interconexiones que de otro modo son visibles desde la parte frontal del módulo pueden cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre la interconexión y las superceldas, según lo percibido por un humano que tiene una visión en color normal. En el ejemplo ilustrado en la figura 30A, una interconexión 850 está unida conductivamente a un contacto terminal del lado frontal de una primera polaridad (por ejemplo, o -) en un extremo de la supercelda (en el lado derecho del dibujo), y otra interconexión 850 está unida conductivamente a un contacto terminal del lado posterior de la polaridad opuesta en el otro extremo de la supercelda (en el lado izquierdo del dibujo). De forma similar a las otras interconexiones descritas anteriormente, las interconexiones 850 pueden estar unidas conductivamente a la supercelda con el mismo material de unión adhesivo conductor usado entre las celdas solares, por ejemplo, pero esto no es necesario. En el ejemplo ilustrado, una parte de cada interconexión 850 se extiende más allá del borde de la supercelda 100 en una dirección perpendicular al eje largo de la supercelda (y paralela a los ejes largos de las celdas solares 10). Como se muestra en la figura 30B, esto permite que dos o más superceldas 100 se coloquen una al lado de la otra, con las interconexiones 850 de una supercelda superpuestas y unidas conductivamente a las interconexiones correspondientes 850 en la supercelda adyacente para interconectar eléctricamente las dos superceldas en paralelo. Varias de dichas 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 la supercelda individual se extiende por toda la anchura o toda la longitud del módulo (por ejemplo, figura 5b ). Además, las interconexiones 850 también se pueden usar para conectar eléctricamente los contactos terminales de dos superceldas adyacentes dentro de una fila de superceldas en serie. Los pares o cadenas más largas de dichas superceldas interconectadas dentro de una fila pueden conectarse eléctricamente en paralelo con superceldas interconectadas de forma similar en una fila adyacente solapando y uniendo conductivamente las interconexiones 850 en una fila con las interconexiones 850 en la fila adyacente de forma similar a como se muestra en la figura 30B.
La interconexión 850 se puede troquelar a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y se puede modelar opcionalmente para aumentar su elasticidad mecánica tanto perpendicular como paralela al borde de la supercelda para reducir o ajustar la tensión perpendicular y paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el CET de la interconexión y el de la supercelda. Dicho patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras u orificios (no mostrados). La elasticidad mecánica de la interconexión 850, y su unión o uniones a la supercelda, debería ser suficiente para que las conexiones a la supercelda sobrevivan al estrés derivado del desajuste de CET durante el proceso de laminación que se describe con más detalle a continuación. La interconexión 850 puede estar unida a la supercelda con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor que cumpla mecánicamente, como se describe anteriormente, para ser usado en la unión de celdas solares superpuestas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor se puede localizar solo en posiciones discretas a lo largo de los bordes de la
supercelda en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud completa del borde de la supercelda, para reducir o ajustar la tensión paralela a los bordes de la supercelda que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o las interconexiones y el de la supercelda.
La interconexión 850 se puede cortarse a partir de una lámina delgada de cobre, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las superceldas 100 se forman a partir de celdas solares que tienen áreas más pequeñas que las celdas solares de silicio estándar y, por lo tanto, funcionan a corrientes más bajas que las convencionales. Por ejemplo, las interconexiones 850 se pueden formar a partir de una lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micras a aproximadamente 300 micras. Las interconexiones 850 pueden ser lo suficientemente delgadas y flexibles para plegarse alrededor y detrás del borde de la supercelda a la que están unidas, de forma similar a las interconexiones descritas anteriormente.
Las figuras 19A-19D muestran varias disposiciones ejemplares mediante las cuales se puede aplicar calor y presión durante el procedimiento 800 para curar o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor entre las celdas solares adyacentes en las superceldas. También se puede emplear cualquier otra disposición adecuada.
En la figura 19A, se aplican calor y presión localizada para curar o curar parcialmente el material de unión adhesivo conductor 12 de las juntas (región de superposición) de una en una. La supercelda puede estar soportada por una superficie 1000 y la presión puede aplicarse mecánicamente a la junta desde arriba con una barra, pasador u otro contacto mecánico, por ejemplo. Se puede aplicar 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 supercelda.
En la figura 19C, una supercelda no curada se intercala entre los revestimientos de liberación 1015 y las láminas termoplásticas reutilizables 1020 y se coloca en una placa portadora 1010 soportada por una superficie 1000. El material termoplástico de las láminas 1020 se selecciona para fundir a la temperatura a la que se curan las superceldas. Los revestimientos de liberación 1015 se pueden formar a partir de fibra de vidrio y PTFE, por ejemplo, y no se adhieren a la supercelda después del proceso de curado. Preferentemente, los revestimientos de liberación 1015 se forman a partir de materiales que tienen un coeficiente de coincidencia de expansión térmica o que coincide sustancialmente con el de las celdas solares (por ejemplo, el CET de silicio). Esto se debe a que si el CET de los revestimientos de liberación difiere demasiado del de las celdas solares, entonces las celdas solares y los revestimientos de liberación se alargarán en diferentes cantidades durante el proceso de curado, lo que tenderá a separar la supercelda longitudinalmente en las juntas. Un diafragma de vacío 1005 se superpone a esta disposición. La supercelda no curada se calienta desde abajo a través de la superficie 1000 y la placa portadora 1010, por ejemplo, y se aspira un vacío entre el diafragma 1005 y la superficie de soporte 1000. De esta manera, el diafragma 1005 aplica presión hidrostática a la supercelda a través de las láminas termoplásticas fundidas 1020.
En la figura 19D, una supercelda no curada es transportada por una correa móvil perforada 1025 a través de un horno 1035 que calienta la supercelda. Un vacío aplicado a través de perforaciones en la correa tira de las celdas solares 10 hacia la correa, aplicando presión a las juntas entre ellas. El material de unión adhesivo conductor en esas juntas se cura a medida que la supercelda pasa a través del horno. Preferentemente, la correa perforada 1025 se forma a partir de materiales que tienen un CET igual o cercano al de las celdas solares (por ejemplo, el CET de silicio). Esto se debe a que si el CET de la correa 1025 difiere demasiado del de las celdas solares, entonces las celdas solares y la correa se alargarán en diferentes cantidades en el horno 1035, lo que tenderá a separar la supercelda longitudinalmente en las juntas.
El procedimiento 800 de la figura 17 incluye distintas etapas de curado y laminado de superceldas, y produce un producto intermedio de superceldas. Por el contrario, en el procedimiento 900 que se muestra en la figura 18, se combinan las etapas de curado y laminado de superceldas. En la etapa 910, las celdas solares de tamaño convencional (por ejemplo, 156 milímetros x 156 milímetros o 125 milímetros x 125 milímetros) se cortan y/o se separan para formar tiras de celdas solares rectangulares estrechas. Opcionalmente, las tiras de celdas solares resultantes se pueden probar y clasificar.
En la etapa 915, las tiras de celdas solares se disponen en la configuración de módulo deseada en una estructura en capas que incluye material encapsulante, una lámina frontal transparente (lado del sol) y una lámina posterior. Las tiras de celdas solares están dispuestas como superceldas, con un material de unión adhesivo conductor no curado dispuesto entre partes superpuestas de celdas solares adyacentes en las superceldas. (El material de unión adhesivo conductor se puede aplicar, por ejemplo, mediante impresión por chorro de tinta o serigrafía). Las interconexiones están dispuestas para interconectar eléctricamente las superceldas no curadas en la configuración deseada. La estructura en capas puede comprender, por ejemplo, una primera capa de encapsulante sobre un sustrato de vidrio, las superceldas interconectadas dispuestas del lado del sol hacia abajo en la primera capa de encapsulante, una segunda capa de encapsulante en la capa de superceldas y una lámina posterior en la segunda capa de encapsulante. También se puede usar 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 superceldas y para formar una estructura laminada curada. El material adhesivo conductor de unión usado para unir las interconexiones a las superceldas también se puede curar en esta etapa.
De acuerdo con la invención, el material de unión adhesivo conductor se aplica a las celdas solares de tamaño convencional antes de la separación de las celdas solares en tiras de celdas solares. Por ejemplo, se puede colocar una pluralidad de celdas solares de tamaño convencional en una plantilla grande, a continuación se dispensa material de unión conductor adhesivo sobre las celdas solares, y las celdas solares se separan simultáneamente en tiras de celdas solares con un accesorio grande. Las tiras de celdas solares resultantes se pueden transportar a continuación como un grupo y disponerse en la configuración de módulo deseada como se describe anteriormente.
Como se menciona anteriormente, en algunas variantes del procedimiento 800 y del procedimiento 900 el material de unión adhesivo conductor se aplica a las celdas solares de tamaño convencional antes de separar las celdas solares en tiras de celdas solares. El material de unión adhesivo conductor no está curado (es decir, todavía está "húmedo") cuando la celda solar de tamaño convencional se separa para formar las tiras de celdas solares. En algunas de estas variantes, el material de unión adhesivo conductor se aplica a una celda solar de tamaño convencional (por ejemplo, por inyección de tinta o serigrafía), a continuación, se usa un láser para marcar líneas en la celda solar que definen las localizaciones en las que se cortará la celda solar para formar las tiras de celdas solares, y a continuación, la celda solar se corta a lo largo de las líneas marcadas. En estas variantes, la potencia del láser y/o la distancia entre las líneas de marcado y el material de unión adhesivo pueden seleccionarse para evitar el curado accidental o el curado parcial del material de unión adhesivo conductor por el calor del láser. En otras variantes, se usa un láser para marcar líneas en una celda solar de tamaño convencional que define las localizaciones en las que la celda solar se debe cortar para formar las tiras de celdas solares, a continuación se aplica el material de unión adhesivo conductor a la celda solar (por ejemplo, por inyección de tinta o serigrafía), y a continuación, la celda solar se corta a lo largo de las líneas de marcado. En las últimas variantes, puede ser preferible realizar la etapa de aplicar el material de unión adhesivo conductor sin cortar o romper accidentalmente la celda solar marcada durante esta etapa.
Con referencia nuevamente a las figuras 20A-20C, la figura 20A ilustra esquemáticamente una vista lateral de un aparato ejemplar 1050 que se puede usar para cortar celdas solares marcadas a las que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor. (El marcado y la aplicación de material de unión adhesivo conductor puede haberse realizado en cualquier orden). En este aparato, una celda solar 45 de tamaño convencional marcada a la que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor se transporta por una correa móvil perforada 1060 sobre una parte curva de un colector de vacío 1070. A medida que la celda solar 45 pasa sobre la parte curva del colector de vacío, un vacío aplicado a través de las perforaciones en la correa tira de la superficie inferior de la celda solar 45 contra el colector de vacío y, por lo tanto, flexiona la celda solar. El radio de curvatura R de la parte curva del colector de vacío se puede seleccionar de modo que al flexionar la celda solar 45 de esta manera se corta la celda solar a lo largo de las líneas de marcado. Ventajosamente, la celda solar 45 se puede cortar por este procedimiento sin contactar la superficie superior de la celda solar 45 a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor.
Si se prefiere que el corte comience en un extremo de una línea de marcado (es decir, en un borde de la celda solar 45), esto se puede lograr con el aparato 1050 de la figura 20A, por ejemplo, disponiendo que las líneas de marcado se orienten en un ángulo 0 al colector de vacío de modo que para cada línea de marcado un extremo alcance la parte curva del colector de vacío antes del otro extremo. Como se muestra en la figura 20B, por ejemplo, las celdas solares pueden estar orientadas con sus líneas de marcado en ángulo a la dirección de desplazamiento de la correa y el colector orientado perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de la correa. En otro ejemplo, la figura 20C muestra las celdas orientadas con sus líneas de marcado perpendiculares a la dirección de desplazamiento de la correa, y el colector orientado en ángulo.
También se puede usar cualquier otro aparato adecuado para cortar celdas solares marcadas a las que se ha aplicado material de unión adhesivo conductor para formar celdas solares en tiras con material de unión adhesivo conductor previamente aplicado. Dicho aparato puede, por ejemplo, usar rodillos para aplicar presión a la superficie superior de la celda solar a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor. En dichos casos, es preferible que los rodillos toquen la superficie superior de la celda solar solo en regiones en las que no se ha aplicado material de unión adhesivo conductor.
En algunas variantes, los módulos solares comprenden superceldas dispuestas en filas en una lámina posterior blanca o reflectante, de modo que una parte de la radiación solar inicialmente no absorbida y que pasa a través de las celdas solares pueda reflejarse por la lámina posterior en las celdas solares para producir electricidad. La lámina posterior reflectante puede ser visible a través de los espacios entre filas de superceldas, lo que puede dar como resultado un módulo solar que parece tener filas de líneas paralelas brillantes (por ejemplo, blancas) que atraviesan su superficie frontal. Con referencia a la figura 5B, por ejemplo, las líneas oscuras paralelas que se extienden entre las filas de las superceldas 100 pueden parecer blancas si las superceldas 100 están dispuestas en una lámina posterior blanca. Esto puede ser desagradable estéticamente para algunos usos de los módulos solares, por ejemplo, en los tejados.
Con referencia a la figura 21, para mejorar la apariencia estética del módulo solar, algunas variantes emplean una
lámina posterior blanca 1100 que comprende rayas oscuras 1105 ubicadas en posiciones correspondientes a los espacios entre las filas de las superceldas que se dispondrán en la lámina posterior. Las rayas 1105 son lo suficientemente anchas como para que las partes blancas de la lámina posterior no sean visibles a través de espacios entre las filas de superceldas en el módulo ensamblado. Esto reduce el contraste visual entre las superceldas y la lámina posterior, como lo percibe un humano que tiene una visión de color normal. El módulo resultante incluye una lámina posterior blanca, pero puede tener una superficie frontal similar en apariencia a los módulos representados en las figuras 5A-5B, por ejemplo. Las rayas oscuras 1105 pueden producirse con longitudes de cinta oscura, por ejemplo, o de cualquier otra manera adecuada.
Como se menciona anteriormente, el sombreado de las celdas individuales dentro de los módulos solares puede crear 'puntos calientes', en los que la energía de las celdas no sombreadas se disipa en la celda sombreada. Esta energía disipada crea picos de temperatura localizados que pueden degradar los módulos.
Para minimizar la gravedad potencial de estos puntos calientes, los diodos de derivación se insertan convencionalmente como parte del módulo. El número máximo de celdas entre los diodos de derivación se establece para limitar la temperatura máxima del módulo y evitar daños irreversibles en el módulo. Los diseños estándar para las celdas de silicio pueden utilizar un diodo de derivación cada 20 o 24 celdas, un número que está determinado por el voltaje de ruptura típico de las celdas de silicio. En determinados modos de realización, el voltaje de ruptura puede estar en el intervalo entre aproximadamente 10-50 V. En determinados modos de realización, el voltaje de ruptura puede ser de aproximadamente 10 V, aproximadamente 15 V, aproximadamente 20 V, aproximadamente 25 V, aproximadamente 30 V o aproximadamente 35 V.
De acuerdo con modos de realización, la colocación escalonada de tiras de celdas solares cortadas con adhesivos térmicamente conductores delgados mejora el contacto térmico entre las celdas solares. Este contacto térmico mejorado permite un mayor grado de dispersión térmica que las tecnologías de interconexión tradicionales. Dicho diseño de dispersión térmica de calor basado en la colocación escalonada permite usar cadenas más largas de celdas solares que las veinticuatro (o menos) celdas solares por diodo de derivación a las que se restringen los diseños convencionales. Esta relajación en el requisito de diodos de derivación frecuentes de acuerdo con la dispersión térmica facilitada por la colocación escalonada de acuerdo con los modos de realización, puede ofrecer uno o más beneficios. Por ejemplo, permite la creación de diseños de módulos de una variedad de longitudes de cadena de celdas solares, sin necesidad de proporcionar una gran cantidad de diodos de derivación.
De acuerdo con modos de realización, la dispersión térmica se logra manteniendo una unión física y térmica con la celda adyacente. Esto permite una adecuada disipación de calor a través de la junta unida.
En determinados modos de realización, esta unión se mantiene con un espesor de aproximadamente 200 micrómetros o menos, y recorre la longitud de la celda solar en un patrón segmentado. Dependiendo del modo de realización, 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 del curado adhesivo preciso puede ser importante para garantizar que se mantenga una unión confiable mientras se reduce el espesor para promover la dispersión térmica entre las celdas unidas.
Poder realizar cadenas más largas (por ejemplo, de más de 24 celdas) brinda flexibilidad en el diseño de celdas y módulos solares. Por ejemplo, determinados modos de realización pueden utilizar cadenas de celdas solares cortadas que se ensamblan de manera escalonada. Dichas configuraciones pueden utilizar significativamente más celdas por módulo que un módulo convencional.
En ausencia de la propiedad de dispersión térmica, se necesitaría un diodo de derivación cada 24 celdas. Cuando las celdas solares se cortan en 1/6, los diodos de derivación por módulo serían 6 veces el módulo convencional (comprende 3 celdas sin cortar), sumando un total de 18 diodos. Por tanto, la dispersión térmica ofrece una reducción significativa en el número de diodos de derivación.
Además, para cada diodo de derivación, se necesitan circuitos de derivación para completar la ruta eléctrica de derivación. Cada diodo requiere dos puntos de interconexión y enrutamiento de conductores para conectarlos a dichos puntos de interconexión. Esto crea un circuito complicado, lo que contribuye a un gasto significativo sobre los costes de diseño estándar asociados con el ensamblaje de un módulo solar.
Por el contrario, la tecnología de dispersión térmica requiere solo uno o incluso ningún diodo de derivación por módulo. Dicha configuración simplifica el proceso de ensamblaje de un módulo, permitiendo que herramientas de automatización simples realicen las etapas de fabricación del diseño.
Evitar la necesidad de protecciones de derivación cada 24 celdas hace que el módulo de celda sea más fácil de
fabricar. Se evitan derivaciones complejas en el medio del módulo y conexiones paralelas largas para circuitos de derivación. Esta dispersión térmica se implementa mediante la creación de largas tiras de celdas escalonadas que se extienden a lo ancho y/o largo del módulo.
Además de proporcionar la difusión térmica del calor, la colocación escalonada de acuerdo con modos de realización también permite un mejor rendimiento del punto caliente al reducir la magnitud de la corriente disipada en una celda solar. Específicamente, durante una condición de punto caliente, la cantidad de corriente disipada en una celda solar depende del área de la celda.
Dado que la colocación escalonada puede cortar las celdas en áreas más pequeñas, la cantidad de corriente que pasa a través de una celda en una condición de punto caliente depende de las dimensiones de corte. En una condición de punto caliente, la corriente pasa a través de la ruta de resistencia más baja, que generalmente es una defecto de interfaz o límite granulado a nivel de celda. La reducción de esta corriente es un beneficio y minimiza el riesgo de pérdida de fiabilidad en condiciones de punto caliente.
La figura 22A muestra una vista en planta de un módulo convencional 2200 que utiliza conexiones de cinta tradicionales 2201, en condiciones de punto caliente. Aquí, el sombreado 2202 en una celda 2204 da como resultado que el calor se localice en esa celda individual.
Por el contrario, la figura 22B muestra una vista en planta de un módulo que utiliza difusión térmica, también en condiciones de punto caliente. Aquí, el sombreado 2250 en la celda 2252 genera calor dentro de esa celda. Este calor, sin embargo, se extiende a otras celdas 2254 unidas eléctrica y térmicamente dentro del módulo 2256.
Se observa además que el beneficio de la reducción de la corriente disipada se multiplica para las celdas solares multicristalinas. Se sabe que dichas celdas multicristalinas funcionan mal en condiciones de punto caliente debido a un alto nivel de interfaces defectuosas.
Como se indica anteriormente, modos de realización particulares pueden emplear un escalonado de celdas cortadas biseladas. En dichos casos, existe una ventaja de dispersión de calor para reflejar, a lo largo de la línea de unión entre una celda y la celda adyacente.
Esto maximiza la longitud de la unión de cada junta superpuesta. Dado que la junta de unión es la interfaz principal para la dispersión de calor de celda a celda, maximizar esta longitud puede asegurar que se obtenga la dispersión de calor óptima.
La figura 23A muestra un ejemplo de un diseño de cadena de superceldas 2300 con celdas biseladas 2302. En esta configuración, las celdas biseladas están orientadas en la misma dirección y, por tanto, todas las rutas de conducción de las juntas unidas son iguales (125 mm).
El sombreado 2306 en una celda 2304 da como resultado una polarización inversa de esa celda. El calor se extiende a las celdas adyacentes. Los extremos no unidos 2304a de la celda biselada se calientan más debido a una mayor longitud de conducción a la siguiente celda.
La figura 23B muestra otro ejemplo de un diseño de cadena de superceldas 2350 con celdas biseladas 2352. En esta configuración, las celdas biseladas están orientadas en diferentes direcciones, con algunos de los bordes largos de las celdas biseladas uno frente al otro. Esto da como resultado rutas de conducción de juntas unidas de dos longitudes: 125 mm y 156 mm.
Cuando una celda 2354 experimenta el sombreado 2356, la configuración de la figura 23B exhibe una dispersión térmica mejorada a lo largo de la longitud de unión más larga. La figura 23B muestra la difusión térmica en una supercelda con celdas biseladas enfrentadas entre sí.
El análisis anterior se ha centrado en ensamblar una pluralidad de celdas solares (que pueden ser celdas solares cortadas) de manera escalonada en un sustrato común. Esto da como resultado la formación de un módulo que tiene una sola interconexión eléctrica: caja de conexiones.
Sin embargo, con el fin de reunir una cantidad suficiente de energía solar que sea útil, una instalación típicamente comprende varios de dichos módulos que se ensamblan juntos. De acuerdo con modos de realización, también se puede ensamblar una pluralidad de módulos de celdas solares de manera escalonada para aumentar la eficacia del área de un panel.
En modos de realización particulares, un módulo puede presentar una cinta conductora superior orientada hacia una dirección de energía solar, y una cinta conductora inferior orientada hacia fuera de la dirección de energía solar.
La cinta inferior está enterrada debajo de las celdas. Por tanto, no bloquea la luz entrante afectando negativamente la eficacia del área del módulo. Por el contrario, la cinta superior está expuesta y puede bloquear la luz entrante y afectar
negativamente la eficacia.
De acuerdo con modos de realización, los módulos en sí pueden ser escalonados, de modo que la cinta superior esté cubierta por el módulo vecino. La figura 24 muestra una vista en sección transversal simplificada de dicha disposición 2400, donde una parte extrema 2401 de un módulo adyacente 2402, sirve para solapar la cinta superior 2404 de un módulo instantáneo 2406. Cada módulo en sí comprende una pluralidad de celdas solares escalonadas 2407.
La cinta inferior 2408 del módulo instantáneo 2406 está enterrada. Se encuentra en un lado elevado del módulo escalonado instantáneo para superponerse con el siguiente módulo escalonado adyacente.
Esta configuración de módulo escalonado también podría proporcionar un área adicional en el módulo para otros elementos, sin afectar negativamente un área expuesta final del conjunto de módulos. Los ejemplos de elementos de módulo que pueden colocarse en regiones superpuestas pueden incluir, entre otros, cajas de conexiones 2410 y/o cintas de bus.
La figura 25 muestra otro modo de realización de una configuración escalonada del módulo 2500. Aquí, las cajas de conexiones 2502, 2504 de los respectivos módulos escalonados contiguos 2506 y 2508 están en una disposición de acoplamiento 2510 para lograr la conexión eléctrica entre ellos. Esto simplifica la configuración del conjunto de módulos escalonados al eliminar el cableado.
En determinados modos de realización, las cajas de conexiones podrían reforzarse y/o combinarse con separadores estructurales adicionales. Dicha configuración podría crear una solución integrada de bastidor de montaje en techo con el módulo inclinado, en la que una dimensión de la caja de conexiones determina una inclinación. Dicha implementación puede ser particularmente útil cuando un conjunto de módulos escalonados se monta en un techo plano.
Cuando los módulos comprenden un sustrato de vidrio y una cubierta de vidrio (módulos de vidrio-vidrio), los módulos podrían usarse sin miembros de marco adicionales acortando una longitud total del módulo (y, por lo tanto, una longitud expuesta L resultante del escalonado). Dicho acortamiento permitiría que los módulos del conjunto de tejado sobrevivan a las cargas físicas esperadas (por ejemplo, un límite de carga de nieve de 5400 Pa), sin fracturarse bajo la tensión.
Se enfatiza que el uso de estructuras de superceldas que comprenden una pluralidad de celdas solares individuales ensambladas de manera escalonada, ajusta fácilmente el cambio de la longitud del módulo para cumplir con una longitud específica dictada por la carga física y otros requisitos.
La figura 26 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica ejemplar de los contactos eléctricos terminales de superficie frontal (lado del sol) de una supercelda escalonada a una caja de conexiones en el lado posterior del módulo. Los contactos terminales de la superficie frontal de la supercelda escalonada pueden ubicarse junto a un borde del módulo.
La figura 26 muestra el uso de una interconexión flexible 400 para contactar eléctricamente un contacto final de la superficie frontal de una supercelda 100. En el ejemplo ilustrado, la interconexión flexible 400 comprende una parte de cinta 9400A que se extiende paralela y adyacente a un extremo de la supercelda 100 y dedos 9400B que se extienden perpendicularmente a la parte de cinta para contactar el patrón de metalización de la superficie frontal (no se muestra) de la celda solar final en la supercelda, a la que están unidos conductivamente. Un conductor de cinta 9410 unido conductivamente a la interconexión 9400 pasa detrás de la supercelda 100 para conectar eléctricamente la interconexión 9400 a componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales del módulo en una caja de conexiones) en la superficie posterior del módulo solar del cual la supercelda forma parte. Se puede disponer una película aislante 9420 entre el conductor 9410 y el borde y la superficie posterior de la supercelda 100 para aislar eléctricamente el conductor de cinta 9410 de la supercelda 100.
La interconexión 400 puede plegarse opcionalmente alrededor del borde de la supercelda para que la parte de cinta 9400A quede detrás o parcialmente detrás de la supercelda. En dichos casos, se proporciona típicamente una capa de aislamiento eléctrico entre la interconexión 400 y el borde y las superficies posteriores de la supercelda 100.
La interconexión 400 se puede troquelar a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y se puede modelar opcionalmente para aumentar su elasticidad mecánica tanto perpendicular como paralela al borde de la supercelda para reducir o ajustar la tensión perpendicular y paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el CET de la interconexión y el de la supercelda. Dicho patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras u orificios (no mostrados). La elasticidad mecánica de la interconexión 400, y su unión a la supercelda, debería ser suficiente para que la conexión a la supercelda sobreviva al estrés que surge del desajuste de CET durante el proceso de laminación que se describe con más detalle a continuación. La interconexión 400 puede estar unida a la supercelda con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor que cumpla mecánicamente, como se describe anteriormente, para ser usado en la unión de celdas solares superpuestas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede ubicarse solo en posiciones discretas a lo largo del borde de la supercelda (por
ejemplo, correspondiente a las ubicaciones de almohadillas de contacto discretas en la celda solar final) en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud del borde de la supercelda, para reducir o ajustar la tensión paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión conductor de electricidad o la interconexión y el de la supercelda.
La interconexión 400 se puede cortar a partir de una lámina delgada de cobre, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las superceldas 100 se forman a partir de celdas solares que tienen áreas más pequeñas que las celdas solares de silicio estándar y, por lo tanto, funcionan a corrientes más bajas que las convencionales. Por ejemplo, las interconexiones 400 se pueden formar a partir de una lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micras a aproximadamente 300 micras. Una interconexión 400 puede ser lo suficientemente delgada como para ajustar la tensión perpendicular y paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el CET de la interconexión y el de la supercelda, incluso sin tener el patrón descrito anteriormente. El conductor de cinta 9410 puede estar hecho de cobre, por ejemplo.
La figura 27 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra una interconexión eléctrica ejemplar de dos o más superceldas escalonadas en paralelo, con los contactos eléctricos terminales de la superficie frontal (lado del sol) de las superceldas conectadas entre sí y a una caja de conexiones en la parte posterior del módulo. Los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas escalonadas pueden ubicarse junto a un borde del módulo.
La figura 27 muestra el uso de dos interconexiones flexibles 400, como se acaba de describir, para hacer contacto eléctrico con los contactos terminales de la superficie frontal de dos superceldas adyacentes 100. Un bus 9430 que se extiende paralelo y adyacente a los extremos de las superceldas 100 está unido conductivamente a las dos interconexiones flexibles para conectar eléctricamente las superceldas en paralelo. Este esquema puede extenderse para interconectar superceldas adicionales 100 en paralelo, según se desee. El bus 9430 se puede formar a partir de cinta de cobre, por ejemplo.
De forma similar a lo descrito anteriormente con respecto a la figura 26, las interconexiones 400 y el bus 9430 pueden plegarse opcionalmente alrededor del borde de las superceldas de modo que las partes de cinta 9400A y el bus 9430 se encuentren detrás o parcialmente detrás de las superceldas. En dichos casos, se proporciona típicamente una capa de aislamiento eléctrico entre las interconexiones 400 y el borde y las superficies posteriores de las superceldas 100 y entre el bus 9430 y el borde y las superficies posteriores de las superceldas 100.
La figura 28 muestra un diagrama de la superficie posterior (sombreada) de un módulo solar que ilustra otra interconexión eléctrica ejemplar de dos o más superceldas escalonadas en paralelo, con los contactos eléctricos terminales de la superficie frontal (lado del sol) de las superceldas conectados entre sí y a una caja de conexiones en la parte posterior del módulo. Los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas escalonadas pueden ubicarse junto a un borde del módulo.
La figura 28 muestra el uso de otra interconexión flexible ejemplar 9440 para contactar eléctricamente un contacto terminal de la superficie frontal de una supercelda 100. En este ejemplo, la interconexión flexible 9440 comprende una parte de cinta 9440A que se extiende paralela y adyacente a un extremo de la supercelda 100, los dedos 9440B se extienden perpendicularmente a la parte de cinta para contactar el patrón de metalización de la superficie frontal (no mostrado) de la celda solar final en la supercelda, a la que están unidas conductivamente, y los dedos 9440C se extienden perpendicularmente a la parte de cinta y detrás de la supercelda. Los dedos 9440C están unidos conductivamente a un bus 9450. El bus 9450 se extiende paralelo y adyacente al extremo de la supercelda 100 a lo largo de la superficie posterior de la supercelda 100, y puede prolongarse para superponerse a las superceldas adyacentes a las que puede estar conectado eléctricamente de forma similar, conectando así las superceldas en paralelo. El conductor de cinta 9410 unido conductivamente al bus 9450 interconecta eléctricamente las superceldas a los componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales del módulo en una caja de conexiones) en la superficie posterior del módulo solar. Se pueden proporcionar películas aislantes eléctricamente 9420 entre los dedos 9440C y el borde y las superficies posteriores de la supercelda 100, entre el bus 9450 y la superficie posterior de la supercelda 100, y entre el conductor de cinta 9410 y la superficie posterior de la supercelda 100.
La interconexión 9440 se puede troquelar a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y se puede modelar opcionalmente para aumentar su elasticidad mecánica tanto perpendicular como paralela al borde de la supercelda para reducir o ajustar la tensión perpendicular y paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el CET de la interconexión y el de la supercelda. Dicho patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras u orificios (no mostrados). La elasticidad mecánica de la interconexión 9440, y su unión a la supercelda, debería ser suficiente para que la conexión a la supercelda sobreviva al estrés que surge del desajuste de CET durante el proceso de laminación que se describe con más detalle a continuación. La interconexión 9440 puede estar unida a la supercelda con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor que cumpla mecánicamente, como se describe anteriormente, para ser usado en la unión de celdas solares superpuestas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor puede ubicarse solo en posiciones discretas a lo largo del borde de la supercelda (por ejemplo, correspondiente a las ubicaciones de almohadillas de contacto discretas en la celda solar final) en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud del borde de la supercelda, para reducir o ajustar
la tensión paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión conductor de electricidad o la interconexión y el de la supercelda.
La interconexión 9440 se puede cortar a partir de una lámina delgada de cobre, por ejemplo, y puede ser más delgada que las interconexiones conductoras convencionales cuando las superceldas 100 se forman a partir de celdas solares que tienen áreas más pequeñas que las celdas solares de silicio estándar y, por lo tanto, funcionan a corrientes más bajas que las convencionales. Por ejemplo, las interconexiones 9440 pueden formarse a partir de una lámina de cobre que tiene un espesor de aproximadamente 50 micras a aproximadamente 300 micras. Una interconexión 9440 puede ser lo suficientemente delgada como para ajustar la tensión perpendicular y paralela al borde de la supercelda que surge del desajuste entre el CET de la interconexión y el de la supercelda, incluso sin tener el patrón descrito anteriormente. El bus 9450 se puede formar a partir de cinta de cobre, por ejemplo.
Los dedos 9440C pueden unirse al bus 9450 después de que los dedos 9440B estén unidos a la superficie frontal de la supercelda 100. En dichos casos, los dedos 9440C pueden plegarse para alejarse de la superficie posterior de la supercelda 100, por ejemplo perpendicularmente a la supercelda 100, cuando están unidos al bus 9450. Después, los dedos 9440C pueden plegarse para extenderse a lo largo de la superficie posterior de la supercelda 100 como se muestra en la figura 28.
La figura 29 muestra diagramas fragmentarios en sección transversal y en perspectiva de dos superceldas que ilustran el uso de una interconexión flexible intercalada entre los extremos superpuestos de las superceldas adyacentes para conectar eléctricamente las superceldas en serie y 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 flexible ejemplar 2960 parcialmente intercalada e interconectando eléctricamente los extremos superpuestos de dos superceldas 100 para proporcionar una conexión eléctrica al contacto final de la superficie frontal de una de las superceldas y al contacto final de la superficie posterior de la otra supercelda, interconectando así las superceldas en serie. En el ejemplo ilustrado, la interconexión 2960 está oculta a la vista desde la parte frontal del módulo solar por la parte superior de las dos celdas solares superpuestas. En otra variante, los extremos adyacentes de las dos superceldas no se superponen y la parte de interconexión 2960 conectada al contacto final de la superficie frontal de una de las dos superceldas puede ser visible desde la superficie frontal del módulo solar. Opcionalmente, en dichas variantes, la parte de la interconexión que de otro modo es visible desde la parte frontal del módulo puede cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre la interconexión y las superceldas, según lo percibido por un humano que tiene un visión en color normal. La interconexión 2960 puede extenderse en paralelo a los bordes adyacentes de las dos superceldas más allá de los bordes laterales de las superceldas para conectar eléctricamente el par de superceldas en paralelo con un par de superceldas dispuestas de forma similar en una fila adyacente.
Un conductor de cinta 2970 puede estar unido conductivamente a la interconexión 2960 como se muestra para conectar eléctricamente los extremos adyacentes de las dos superceldas a componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie posterior del módulo solar . En otra variante (no mostrada), un conductor de cinta 2970 puede estar conectado eléctricamente al contacto de la superficie posterior de una de las superceldas superpuestas lejos de sus extremos superpuestos, en lugar de estar unido conductivamente a una interconexión 2960. Esa configuración también puede proporcionar una toma oculta a uno o más diodos de derivación u otros componentes eléctricos en la superficie posterior del módulo solar.
La interconexión 2960 se puede troquelar opcionalmente a partir de una lámina conductora, por ejemplo, y se puede modelar opcionalmente para aumentar su elasticidad mecánica tanto perpendicular como paralela a los bordes de las superceldas para reducir o ajustar la tensión perpendicular y paralela a los bordes de las superceldas que surgen del desajuste entre el CET de la interconexión y el de las superceldas. Dicho patrón puede incluir, por ejemplo, hendiduras, ranuras (como se muestra) u orificios. La elasticidad mecánica de la interconexión flexible, y sus uniones a las superceldas, debería ser suficiente para que las superceldas interconectadas sobrevivan al estrés derivado del desajuste de CET durante el proceso de laminación, descrito con más detalle a continuación. La interconexión flexible puede estar unida a las superceldas con, por ejemplo, un material de unión eléctricamente conductor que cumpla mecánicamente, como se describe anteriormente, para su usar en la unión de celdas solares superpuestas. Opcionalmente, el material de unión eléctricamente conductor se puede localizar solo en posiciones discretas a lo largo de los bordes de las superceldas en lugar de en una línea continua que se extiende sustancialmente por la longitud completa del borde de las superceldas, para reducir o ajustar la tensión paralela al borde de las superceldas que surgen del desajuste entre el coeficiente de expansión térmica del material de unión eléctricamente conductor o la interconexión y el de las superceldas. La interconexión 2960 se puede cortar a partir de una lámina fina de cobre, por ejemplo.
Modos de realización pueden incluir uno o más rasgos característicos descritos en los siguientes documentos de publicación de patente de los Estados Unidos: publicación de patente de los Estados Unidos n.° 2014/0124013; y publicación de patente de los Estados Unidos n.° 2014/0124014.
Esta memoria descriptiva divulga módulos solares de alta eficacia que comprenden celdas solares de silicio dispuestas
de forma escalonada y conectadas eléctricamente en serie para formar superceldas, con las superceldas dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Las superceldas pueden tener longitudes que abarcan esencialmente todo el largo o ancho del módulo solar, por ejemplo, o dos o más superceldas pueden estar dispuestas de extremo a extremo en una fila. Esta disposición oculta las interconexiones eléctricas entre celdas solares y por lo tanto puede usarse para crear un módulo solar visualmente atractivo con poco o ningún contraste entre las celdas solares conectadas en serie adyacentes.
Una supercelda puede comprender cualquier número de celdas solares, que incluyen en algunos modos de realización al menos diecinueve celdas solares y en determinados modos de realización más de o igual a 100 celdas solares de silicio, por ejemplo. Se puede desear tener contactos eléctricos en ubicaciones intermedias a lo largo de una supercelda para segmentar eléctricamente la supercelda en dos o más segmentos conectados en serie mientras se mantiene una supercelda físicamente continua. Esta memoria descriptiva divulga disposiciones en las que dichas conexiones eléctricas se realizan a las almohadillas de contacto de la superficie posterior de una o más celdas solares de silicio en la supercelda para proporcionar puntos de toma de corriente que están ocultos a la vista desde la parte frontal del módulo solar y, por lo tanto, se hace referencia a los mismos en el presente documento como "tomas ocultas". La toma oculta es la conexión eléctrica entre la parte posterior de la celda solar y una interconexión conductora.
Esta memoria descriptiva también divulga el uso de interconexiones flexibles para interconectar eléctricamente las almohadillas de contacto terminal de la supercelda de la superficie frontal, las almohadillas de contacto terminal de la supercelda de la superficie posterior o las almohadillas de contacto de tomas ocultas a otras celdas solares u otros componentes eléctricos en el módulo solar.
Además, esta memoria descriptiva divulga el uso de un adhesivo conductor de la electricidad para unir directamente las celdas solares adyacentes entre sí en una supercelda para proporcionar uniones eléctricamente conductoras con elasticidad mecánica que ajusten un desajuste en la expansión térmica entre las superceldas y una lámina frontal de vidrio del módulo solar, en combinación con el uso de un adhesivo conductor de electricidad para unir interconexiones flexibles a las superceldas con uniones rígidas mecánicamente que obligan a las interconexiones flexibles a ajustar un desajuste en la expansión térmica entre las interconexiones flexibles y las superceldas. Esto evita daños al módulo solar que de otro modo podrían ocurrir como resultado del ciclo térmico del módulo solar.
Como se describe con más detalle a continuación, las conexiones eléctricas a las almohadillas de contacto ocultas pueden usarse para conectar eléctricamente segmentos de una supercelda en paralelo con los segmentos correspondientes de una o más superceldas en filas adyacentes, y/o para proporcionar conexiones eléctricas al circuito del módulo solar para diversas aplicaciones, incluidas, entre otras, la optimización de energía (por ejemplo, diodos de derivación, microinversores de CA/CC, convertidores de CC/CC) y aplicaciones de fiabilidad.
El uso de tomas ocultas como se acaba de describir puede mejorar aún más la apariencia estética del módulo solar al proporcionar, en combinación con las conexiones ocultas de celda a celda, una apariencia sustancialmente negra para el módulo solar, y también puede aumentar la eficiencia del módulo solar al permitir que una parte más grande de la superficie del módulo se llene por las áreas activas de las celdas solares.
Pasando ahora a las figuras para una comprensión más detallada de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de celdas solares 10 conectadas en serie dispuestas de manera escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestas y conectadas eléctricamente para formar una supercelda 100. Cada celda solar 10 comprende una estructura de diodo semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo semiconductor mediante los cuales la corriente eléctrica generada en la celda solar 10 cuando está iluminada por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada celda solar 10 es una celda solar rectangular de silicio cristalino que tiene patrones de metalización de la superficie frontal (lado del sol) y posterior (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a los lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de la superficie frontal está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de la superficie posterior está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo p. Sin embargo, se pueden usar otros sistemas de materiales, estructuras de diodos, dimensiones físicas o disposiciones de contacto eléctrico si es adecuado. Por ejemplo, el patrón de metalización de la superficie frontal (lado del sol) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo p, y el patrón de metalización de la superficie posterior (lado sombreado) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo n.
Refiriéndose nuevamente a la figura 1, en la supercelda 100, las celdas solares adyacentes 10 están unidas entre sí directamente de manera conductiva en la región en la que se superponen mediante un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar al patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente. Los materiales de unión conductores de electricidad adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos conductores de electricidad y películas adhesivas y cintas adhesivas conductoras de electricidad, y soldaduras convencionales.
La figura 31AA y la figura 31A muestran el uso de una interconexión flexible ejemplar 3160 parcialmente intercalada e interconectando eléctricamente los extremos superpuestos de dos superceldas 100 para proporcionar una conexión eléctrica al contacto final de la superficie frontal de una de las superceldas y al contacto final de la superficie posterior de la otra supercelda, interconectando así las superceldas en serie. En el ejemplo ilustrado, la interconexión 3160 está oculta a la vista desde la parte frontal del módulo solar por la parte superior de las dos celdas solares superpuestas. En otra variante, los extremos adyacentes de las dos superceldas no se superponen y la parte de interconexión 3160 conectada al contacto final de la superficie frontal de una de las dos superceldas puede ser visible desde la superficie frontal del módulo solar. Opcionalmente, en dichas variantes, la parte de la interconexión que de otro modo es visible desde la parte frontal del módulo puede cubrirse o colorearse (por ejemplo, oscurecerse) para reducir el contraste visible entre la interconexión y las superceldas, según lo percibido por un humano que tiene un visión en color normal. La interconexión 3160 puede extenderse en paralelo a los bordes adyacentes de las dos superceldas más allá de los bordes laterales de las superceldas para conectar eléctricamente el par de superceldas en paralelo con un par de superceldas dispuestas de forma similar en una fila adyacente.
Un conductor de cinta 3170 puede estar unido conductivamente a la interconexión 3160 como se muestra para conectar eléctricamente los extremos adyacentes de las dos superceldas a componentes eléctricos (por ejemplo, diodos de derivación y/o terminales de módulo en una caja de conexiones) en la superficie posterior del módulo solar . En otra variante (no mostrada), un conductor de cinta 3170 puede estar conectado eléctricamente al contacto de la superficie posterior de una de las superceldas superpuestas lejos de sus extremos superpuestos, en lugar de estar unido conductivamente a una interconexión 3160. Esa configuración también puede proporcionar una toma oculta a uno o más diodos de derivación u otros componentes eléctricos en la superficie posterior del módulo solar.
La figura 2 muestra un módulo solar rectangular ejemplar 200 que comprende seis superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de dichas superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo. En otras variantes, las superceldas pueden 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 aún otras disposiciones, cada fila puede comprender dos o más superceldas interconectadas eléctricamente en serie. Los módulos 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. También se puede usar cualquier otra forma adecuada (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares.
Cada supercelda en este ejemplo comprende 72 celdas solares rectangulares que tienen una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudocuadrada de 156 mm. También se puede usar cualquier otro número adecuado de celdas solares rectangulares de cualquier otra dimensión adecuada.
Las celdas solares que tienen relaciones de aspecto largas y estrechas y áreas menores que la de una celda solar estándar de 156 mm x 156 mm, como se ilustra, se pueden emplear ventajosamente para reducir las pérdidas de potencia resistiva I2R en los módulos de celdas solares divulgados en esta memoria descriptiva. En particular, el área reducida de las celdas solares 10 en comparación con las celdas solares de silicio de tamaño estándar disminuye la corriente producida en la celda solar, reduciendo directamente la pérdida de potencia resistiva en la celda solar y en una cadena conectada en serie de dichas celdas solares.
Se puede realizar una toma oculta a la superficie posterior de una supercelda, por ejemplo, usando una interconexión eléctrica unida de manera conductiva a una o más almohadillas de contacto ocultas ubicadas en solo una parte del borde del patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar. De forma alternativa, se puede hacer una toma oculta usando una interconexión que recorre sustancialmente la longitud completa de toda la celda solar (perpendicular al eje largo de la supercelda) y se une conductivamente a una pluralidad de almohadillas de contacto ocultas distribuidas a lo largo de la longitud de la celda solar en el patrón de metalización de la superficie posterior.
La figura 31A muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior de la celda solar 3300 adecuado para su uso con tomas ocultas conectadas al borde. El patrón de metalización comprende un contacto eléctrico continuo de aluminio 3310, una pluralidad de almohadillas de contacto de plata 3315 dispuestas paralelas y adyacentes al borde de un lado largo de la superficie posterior de la celda solar, y almohadillas de contacto de tomas ocultas de plata 3320 dispuestas cada una paralelas a un borde adyacente de uno de los lados cortos de la superficie posterior de la celda solar. Cuando la celda solar está dispuesta en una supercelda, las almohadillas de contacto 3315 se solapan y se unen directamente a la superficie frontal de una celda solar rectangular adyacente. Una interconexión puede estar unida conductivamente a una u otra de las almohadillas de contacto ocultas 3320 para proporcionar una toma oculta a la supercelda. (Se pueden emplear dos de dichas interconexiones para proporcionar dos tomas ocultas, si se desea).
En la disposición que se muestra en la figura 31 A, el flujo de corriente a la toma oculta es a través de la metalización de la celda de la superficie posterior, generalmente paralela a los lados largos de la celda 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 la superficie posterior es preferentemente menor o igual a aproximadamente 5 ohmios por cuadrado, o menor o igual a aproximadamente 2,5 ohmios por cuadrado.
La figura 31B muestra otro patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior de la celda solar 3301 adecuado para su uso con tomas ocultas que emplean una interconexión tipo bus a lo largo de la superficie posterior de una celda solar. El patrón de metalización comprende un contacto eléctrico continuo de aluminio 3310, una pluralidad de almohadillas de contacto de plata 3315 dispuestas paralelas y adyacentes al borde de un lado largo de la superficie posterior de la celda solar, y una pluralidad de almohadillas de contacto ocultas de plata 3325 dispuestas en una fila paralela a los lados largos de la celda solar y aproximadamente centradas en la superficie posterior de la celda solar. Una interconexión que se extiende sustancialmente a lo largo de la celda solar puede estar unida de manera conductiva a las almohadillas de contacto de tomas ocultas 3325 para proporcionar una toma oculta a la supercelda. El flujo de corriente a la toma oculta se realiza principalmente a través de la interconexión tipo bus, lo que hace que la conductividad del patrón de metalización de la superficie posterior sea menos importante para la toma oculta.
La ubicación y el número de almohadillas de contacto de tomas ocultas a las que se une la interconexión de toma oculta en la superficie posterior de una celda solar afecta la longitud de la ruta de corriente a través de la metalización de la superficie posterior de la celda solar, las almohadillas de contacto de tomas ocultas y la interconexión. En consecuencia, la disposición de las almohadillas de contacto de tomas ocultas se puede seleccionar para minimizar la resistencia a la recolección de corriente en la ruta de corriente hacia y a través de la interconexión de toma 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 toma oculta adecuadas pueden incluir, por ejemplo, un panel bidimensional y una fila que se extiende perpendicular al eje largo de la celda solar. En el último caso, la fila de almohadillas de contacto de tomas ocultas puede ubicarse junto a un borde corto de la primera celda solar, por ejemplo.
La figura 31C muestra otro patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior de la celda solar 3303 adecuado para su uso con tomas ocultas conectadas al borde o tomas ocultas que emplean una interconexión tipo bus a lo largo de la superficie posterior de una celda solar. El patrón de metalización comprende una almohadilla de contacto de cobre continua 3315 dispuesta paralela y adyacente al borde de un lado largo de la superficie posterior de la celda solar, una pluralidad de dedos de cobre 3317 conectados y extendiéndose perpendicularmente desde la almohadilla de contacto 3315, y una almohadilla de contacto de toma oculta de bus de cobre continua 3325 que se extiende paralela a los lados largos de la celda solar y aproximadamente centrada en la superficie posterior de la celda solar. Una interconexión conectada al borde puede estar unida a una parte extrema del bus de cobre 3325 para proporcionar una toma oculta a la supercelda. (Se pueden emplear dos de dichas interconexiones en cualquier extremo del bus de cobre 3325 para proporcionar dos tomas ocultas, si se desea). De forma alternativa, una interconexión que se extiende sustancialmente a lo largo de la celda solar puede estar unida de manera conductiva al bus de cobre 3325 para proporcionar una toma oculta a la supercelda.
La interconexión empleada para formar la toma oculta puede unirse a la almohadilla de contacto de toma oculta en el patrón de metalización de la superficie posterior mediante soldadura, soldeo, adhesivo conductor o de cualquier otra manera adecuada. Para los patrones de metalización que emplean almohadillas de plata como se ilustra en las figuras 31A-31B, la interconexión puede formarse, por ejemplo, a partir de cobre recubierto de estaño. Otro enfoque es hacer que la toma oculta se dirija directamente al contacto de la superficie posterior de aluminio 3310 con un conductor de aluminio que forma una unión de aluminio a aluminio, que se puede formar, por ejemplo, mediante soldeo eléctrico o láser, soldadura o adhesivo conductor. En determinados modos de realización, los contactos pueden comprender estaño. En los casos que se acaban de describir, la metalización de la superficie posterior de la celda solar carecería de almohadillas de contacto plateadas 3320 (figura 31 A) o 3325 (figura 31B), pero una interconexión de aluminio conectada al borde o en forma de bus podría unirse al contacto de aluminio (o estaño) 3310 en localizaciones correspondientes a esas almohadillas de contacto.
La expansión térmica diferencial entre las interconexiones de tomas ocultas (o interconexiones a los contactos terminales de supercelda de la superficie frontal o posterior) y las celdas solares de silicio, y la tensión resultante en la celda solar y la interconexión, puede provocar grietas y otros modos de falla que pueden degradar el rendimiento del módulo solar. En consecuencia, es deseable que la toma oculta y otras interconexiones se configuren para ajustar dicha expansión diferencial sin que se desarrolle una tensión significativa. Las interconexiones pueden proporcionar alivio de la tensión y la expansión térmica, por ejemplo, al formarse a partir de materiales altamente dúctiles (por ejemplo, cobre blando, lámina de cobre muy delgada), al formarse a partir de materiales de bajo coeficiente de expansión térmica (por ejemplo, Kovar, Invar u otras aleaciones de hierro y níquel de baja expansión térmica) o a partir de materiales que tienen un coeficiente de expansión térmica que coincide aproximadamente con el del silicio, incorporando funciones de expansión geométrica en el plano, tales como hendiduras, ranuras, orificios o estructuras de armadura que permiten el ajuste de la expansión térmica diferencial entre la interconexión y la celda solar de silicio, y/o empleando funciones geométricas fuera del plano tales como torceduras, resaltes u hoyuelos que ajustan dicha expansión térmica diferencial. Las partes de las interconexiones unidas a las almohadillas de contacto de tomas ocultas (o unidas a las almohadillas de contacto terminal de superficie frontal o posterior de la supercelda como se describe a continuación) pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micras, menos de aproximadamente 50 micras, menos de aproximadamente 30 micras, o menos de aproximadamente 25 micras para aumentar la flexibilidad de las interconexiones.
Con referencia nuevamente a las figuras 7A, 7B-1 y 7B-2, estas figuras muestran varias configuraciones de interconexión ejemplares, designadas con los números de referencia 400A-400U, que emplean funciones geométricas para aliviar el estrés y pueden ser adecuadas para su uso como interconexiones para tomas ocultas o para conexiones eléctricas a contactos terminales de supercelda de superficie frontal o posterior. Estas interconexiones tienen típicamente una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos de una celda solar rectangular a la que están unidas, pero pueden tener cualquier otra longitud adecuada. Las interconexiones ejemplares 400A-400T que se muestran en la figura 7A emplean diversas funciones de alivio de tensión en el plano. La interconexión ejemplar 400U que se muestra en la vista en plano (x-y) de la figura 7B-1 y en la vista fuera del plano (x-z) de la figura 7B-2 emplea codos 3705 como funciones de alivio de tensión fuera del plano en una cinta fina de metal. Los codos 3705 reducen la rigidez aparente a la tracción de la cinta metálica. Los codos permiten que el material de la cinta se doble localmente en lugar de alargarse solo cuando la cinta está bajo tensión. Para cintas delgadas, esto puede reducir significativamente la rigidez a la tracción aparente en, por ejemplo, el 90 % o más. La cantidad exacta de reducción aparente de la rigidez a la tracción depende de varios factores, que incluyen el número de codos, la geometría de los codos y el espesor de la cinta. Una interconexión también puede emplear una combinación de rasgos característicos de alivio de tensión dentro y fuera del plano.
Las figuras 37A-1 a 38B-2, que se analizan con más detalle a continuación, muestran varias configuraciones de interconexión ejemplares que emplean rasgos característicos geométricos de alivio de tensión en el plano y/o fuera del plano y pueden ser adecuadas para su uso como interconexiones conectadas al borde para tomas ocultas.
Para reducir o minimizar el número de conductores necesarios para conectar cada toma oculta, se puede utilizar un bus de interconexión de tomas ocultas. Este enfoque conecta las almohadillas de contacto de tomas ocultas de superceldas adyacentes entre sí mediante una interconexión de toma oculta. (La conexión eléctrica es típicamente positiva a positiva o negativa a negativa, es decir, la misma polaridad en cada extremo).
Por ejemplo, la figura 32 muestra una primera interconexión de toma oculta 3400 que recorre sustancialmente la anchura completa de una celda solar 10 en una primera supercelda 100 y se une conductivamente a las almohadillas de contacto de tomas ocultas 3325 dispuestas como se muestra en la figura 31B y una segunda interconexión de toma oculta 3400 que recorre la anchura completa de una celda solar correspondiente en una supercelda 100 en una fila adyacente y de forma similar unida conductivamente a las almohadillas de contacto de tomas ocultas 3325 dispuestas como se muestra en la figura 31B. Las dos interconexiones 3400 están dispuestas en línea y, opcionalmente, colindantes o superpuestas entre sí, y pueden estar unidas entre sí de manera conductiva o conectadas eléctricamente para formar un bus que interconecte las dos superceldas adyacentes. Este esquema puede extenderse a través de filas adicionales (por ejemplo, todas las filas) de superceldas según se desee para formar un segmento paralelo de un módulo solar que comprende segmentos de varias superceldas adyacentes. La figura 33 muestra una vista en perspectiva de una parte de una supercelda de la figura 32.
La figura 35 muestra un ejemplo en el que las superceldas en filas adyacentes están interconectadas por una interconexión corta 3400 que se extiende por el espacio entre las superceldas y se une conductivamente a una almohadilla de contacto de toma oculta 3320 en una supercelda y a otra almohadilla de contacto de toma oculta 3320 en la otra supercelda, 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 se extiende por el espacio entre dos superceldas en filas adyacentes y se une conductivamente al extremo de una parte central de bus de cobre de la metalización de la superficie posterior en una supercelda y a un extremo adyacente de una parte central del bus de cobre de la metalización de la superficie posterior de la otra supercelda, con la metalización de la superficie posterior 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 superceldas como se desee para formar un segmento paralelo de un módulo solar que comprende segmentos de varias superceldas adyacentes.
Las figuras 37A-1 a 37F-3 muestran vistas en el plano (x-y) y fuera del plano (x-z) de interconexiones de tomas ocultas cortas ejemplares 3400 que comprenden rasgos característicos de alivio de tensión en el plano 3405. (El plano x-y es el plano del patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar). En los ejemplos de las figuras 37A-1 a 37E-2, cada interconexión 3400 comprende pestañas 3400A y 3400B colocadas en lados opuestos de una o más funciones de alivio de tensión en el plano. Las funciones de alivio de tensión en el plano ejemplares incluyen disposiciones de una, dos o más formas huecas de diamante, zigzags y disposiciones de una, dos o más ranuras.
El término "función de alivio de tensión en el plano", como se usa en el presente documento, también puede referirse al espesor o ductilidad de la interconexión o de una parte de la interconexión. Por ejemplo, la interconexión 3400 que se muestra en las figuras 37F-1 a 37F-3 se forma a partir de una longitud plana recta de cinta de cobre delgada o lámina de cobre que tiene un espesor T en el plano x-y, por ejemplo, menor o igual a aproximadamente 100 micras, menor o igual a aproximadamente 50 micras, menor o igual a aproximadamente 30 micras, o menor o igual a aproximadamente 25 micras para aumentar la flexibilidad de la interconexión. El espesor T puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 50 micras. La longitud L de la interconexión puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 8 centímetros (cm) y la anchura W de la interconexión puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0,5 cm. Las figuras 37F-3 y 37F-1 muestran, respectivamente, vistas de la superficie frontal y posterior de la interconexión en el plano x
y. La superficie frontal de la interconexión está orientada hacia la superficie posterior del módulo solar. Debido a que la interconexión puede abarcar el espacio entre dos filas paralelas de superceldas en un módulo solar, una parte de la interconexión puede ser visible a través de ese espacio desde la parte frontal del módulo solar. Opcionalmente, esa parte visible de la interconexión puede ennegrecerse, por ejemplo, recubrirse con una capa de polímero negro, para reducir su visibilidad. En el ejemplo ilustrado, una parte central 3400C de la superficie frontal de la interconexión que tiene una longitud L2 de aproximadamente 0,5 cm está recubierta con una capa delgada de polímero negro. Típicamente, L2 es mayor o igual que la anchura del espacio entre las filas de superceldas. La capa de polímero negro puede tener un espesor de, por ejemplo, aproximadamente 20 micras. Dicha interconexión de cinta de cobre delgada opcionalmente también puede emplear funciones de alivio de tensión en el plano o fuera del plano como se describe anteriormente. Por ejemplo, la interconexión puede incluir curvas fuera del plano que alivian la tensión como se describe anteriormente con respecto a las figuras 7B-1 y 7B-2.
Las figuras 38A-1 a 38B-2 muestran vistas en el plano (x-y) y fuera del plano (x-z) de interconexiones de tomas ocultas cortas ejemplares 3400 que comprenden funciones de alivio de tensión fuera del plano 3407. En los ejemplos, cada interconexión 3400 comprende pestañas 3400A y 3400B colocadas en lados opuestos de una o más funciones de alivio de tensión fuera del plano. Las funciones de alivio de estrés fuera del plano ejemplares incluyen disposiciones de una, dos o más codos, torceduras, hoyuelos, resaltes o crestas.
También se pueden emplear los tipos y disposiciones de funciones de alivio de tensión representadas en las figuras 37A-1 a 37E-2 y 38A-1 a 38B-2, y los espesores de cinta de interconexión descritos anteriormente con respecto a las figuras 37F-1 a 37F-3 en interconexiones de tomas ocultas largas como se describe anteriormente y en interconexiones unidas a contactos terminales de superficie frontal o posterior de superceldas, según corresponda. Una interconexión puede comprender funciones de alivio de tensión tanto en el plano como fuera del plano en combinación. Las funciones de alivio de tensión en el plano y fuera del plano están diseñadas para reducir o minimizar los efectos de esfuerzo y tensión en la junta de la celda solar y, por lo tanto, crear conexiones eléctricas altamente confiables y resistentes.
Las figuras 39A-1 y 39A-2 muestran configuraciones ejemplares para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprenden la alineación de la almohadilla de contacto de la celda y los rasgos característicos de alineación del borde de la supercelda para facilitar la automatización, la facilidad de fabricación y la precisión de colocación. Las figuras 39B-1 y 39B-2 muestran una configuración ejemplar para interconexiones de tomas ocultas cortas que comprenden longitudes de pestaña asimétricas. Dichas interconexiones asimétricas pueden usarse en orientaciones opuestas para evitar la superposición de conductores que se extienden paralelos al eje largo de las superceldas. (Véase el análisis de las figuras 42A-42B a continuación).
Las tomas ocultas como se describe en el presente documento pueden formar las conexiones eléctricas necesarias en el diseño del módulo para proporcionar un circuito eléctrico del módulo deseado. Se pueden hacer conexiones de tomas ocultas, por ejemplo, a intervalos de 12, 24, 36 o 48 celdas solares a lo largo de una supercelda, o en cualquier otro intervalo adecuado. El intervalo entre tomas ocultas puede determinarse en base a la aplicación.
Cada supercelda típicamente comprende un contacto terminal de superficie frontal en un extremo de la supercelda y un contacto terminal de superficie posterior en el otro extremo de la supercelda. En las variantes en las que una supercelda abarca la longitud o la anchura del módulo solar, estos contactos terminales se localizan adyacentes a los bordes opuestos del módulo solar.
Una interconexión flexible puede estar unida conductivamente a un contacto terminal de superficie frontal o posterior de una supercelda para conectar eléctricamente la supercelda a otras celdas solares u otros componentes eléctricos en el módulo. Por ejemplo, la figura 34A muestra una vista en sección transversal de un módulo solar ejemplar con una interconexión 3410 unida conductivamente a un contacto terminal de superficie posterior en el extremo de una supercelda. La interconexión del contacto terminal de la superficie posterior 3410 puede ser o comprender, por ejemplo, una cinta u hoja fina de cobre que tiene un espesor perpendicular a la superficie de la celda solar a la que está unida de menos de o igual a aproximadamente 100 micras, menos de o igual a aproximadamente 50 micras, menos de o igual a aproximadamente 30 micras, o menos de o igual a aproximadamente 25 micras para aumentar la flexibilidad de la interconexión. La interconexión puede tener una anchura, por ejemplo, mayor que o igual a aproximadamente 10 mm en el plano de la superficie de la celda 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 terminal de la superficie posterior 3410 puede estar detrás de las celdas solares, sin que ninguna parte de la interconexión se extienda más allá de la supercelda en la dirección paralela a la fila de la supercelda.
Se pueden usar interconexiones similares para conectarse a los contactos terminales de la superficie frontal. De forma alternativa, para reducir el área de la superficie frontal del módulo solar ocupada por las interconexiones terminales de la superficie frontal, una interconexión de la superficie frontal puede comprender una parte flexible delgada directamente unida a la supercelda y una parte más gruesa que proporciona una conductividad más alta. Esta disposición reduce la anchura de la interconexión necesaria para lograr la conductividad deseada. La parte más gruesa de la interconexión puede ser una parte integral de la interconexión, por ejemplo, o puede ser una pieza separada unida a la parte más delgada de la interconexión. Por ejemplo, las figuras 34B-34C muestran cada una una vista en
sección transversal de una interconexión ejemplar 3410 unida conductivamente a un contacto terminal de superficie frontal en un extremo de una supercelda. En ambos ejemplos, una parte delgada y flexible 3410A de la interconexión unida directamente a la supercelda comprende una cinta u hoja fina de cobre que tiene un espesor perpendicular a la superficie de la celda solar a la que está unida de menos de o igual a aproximadamente 100 micras, de menos de o igual a aproximadamente 50 micras, de menos de o igual a aproximadamente 30 micras, o de menos de o igual a aproximadamente 25 micras. Una parte de cinta de cobre más gruesa 3410B de la interconexión está unida a la parte delgada 3410A para mejorar la conductividad de la interconexión. En la figura 34B, una cinta conductora de electricidad 3410C en la superficie posterior de la parte de interconexión delgada 3410A une la parte de interconexión delgada a la supercelda y a la parte de interconexión gruesa 3410B. En la figura 34C, la parte de interconexión delgada 3410A está unida a la parte de interconexión gruesa 3410B con un adhesivo eléctricamente conductor 3410D y unida a la supercelda con un adhesivo eléctricamente conductor 3410E. Los adhesivos eléctricamente conductores 3410D y 3410E pueden ser iguales o diferentes. El adhesivo eléctricamente conductor 3410E puede ser, por ejemplo, una soldadura.
Los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva pueden comprender una estructura laminada como se muestra en la figura 34A, con superceldas y uno o más materiales encapsulantes 3610 intercalados entre una lámina frontal transparente 3620 y una lámina posterior 3630. La lámina frontal transparente puede ser de vidrio, por ejemplo. La lámina posterior también puede ser de vidrio o cualquier otro material adecuado. Se puede disponer una tira adicional de encapsulante entre una interconexión terminal de superficie posterior 3410 y la superficie posterior de la supercelda, como se ilustra.
Como se señala anteriormente, las tomas ocultas ofrecen una estética de módulo "todo negro". Debido a que estas conexiones se realizan con conductores que típicamente son altamente reflectantes, normalmente tendrían un alto contraste con las celdas solares conectadas. Sin embargo, al formar las conexiones en la superficie posterior de las celdas solares y también al enrutar otros conductores en el circuito del módulo solar detrás de las celdas solares, los diversos conductores quedan ocultos a la vista. Esto permite múltiples puntos de conexión (tomas ocultas) mientras se mantiene la apariencia de "todo negro".
Las tomas ocultas se pueden usar para formar diversos diseños de módulos. En el ejemplo de la figura 40 (diseño físico) y la figura 41 (esquema eléctrico), un módulo solar comprende seis superceldas, cada una de las cuales recorren la longitud del módulo. Las almohadillas de contacto de tomas ocultas y las interconexiones cortas 3400 segmentan cada supercelda en tercios y conectan eléctricamente segmentos de supercelda adyacentes en paralelo, formando de este modo tres grupos de segmentos de supercelda conectados en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con un diodo de derivación 1300A-1300C diferente incorporado (integrado) en la construcción laminada del módulo. Los diodos de derivación se pueden localizar, por ejemplo, directamente detrás de las superceldas o entre las superceldas. Los diodos de derivación se pueden localizar aproximadamente a lo largo de una línea central del módulo solar paralela a los lados largos del módulo solar, por ejemplo.
En el ejemplo de las figuras 42A-42B (también correspondiente al esquema eléctrico de la figura 41), un módulo solar comprende seis superceldas, cada una de las cuales se extiende a lo largo del módulo. Las almohadillas de contacto de tomas ocultas y las interconexiones cortas 3400 segmentan cada supercelda en tercios y conectan eléctricamente segmentos de supercelda adyacentes en paralelo, formando de este modo tres grupos de segmentos de supercelda conectados en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con un diodo de derivación 1300A-1300C diferente a través de las conexiones de bus 1500A-1500C, que se localizan detrás de las superceldas y conectan las almohadillas de contacto de tomas ocultas y las interconexiones cortas a los diodos de derivación ubicados en la parte posterior del módulo dentro de una caja de conexiones.
La figura 42B proporciona una vista detallada de la conexión de las interconexiones de tomas ocultas cortas 3400 y los conductores 1500B y 1500C. Como se representa, estos conductores no se superponen entre sí. En el ejemplo ilustrado esto se consigue mediante el uso de interconexiones asimétricas 3400 dispuestas en orientaciones opuestas. Un enfoque alternativo para evitar la superposición de los conductores es emplear una primera interconexión simétrica 3400 que tiene pestañas de una longitud y una segunda interconexión simétrica 3400 que tiene pestañas de una longitud diferente.
En el ejemplo de la figura 43 (que también corresponde al esquema eléctrico de la figura 41), un módulo solar está configurado de forma similar a la que se muestra en la figura 42A, excepto que las interconexiones de tomas ocultas 3400 forman buses continuos que se extienden sustancialmente por la anchura completa del módulo solar. Cada bus puede ser una única interconexión larga 3400 unida conductivamente a la metalización de la superficie posterior de cada supercelda. De forma alternativa, el bus puede comprender múltiples interconexiones individuales, cada una de las cuales abarca una sola supercelda, unidas entre sí de forma conductiva o interconectadas eléctricamente de otra manera como se describe anteriormente con respecto a la figura 41. La figura 43 también muestra las interconexiones terminales de superceldas 3410 que forman un bus continuo a lo largo de un extremo del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas, y las interconexiones terminales de superceldas adicionales 3410 formando un bus continuo a lo largo del extremo opuesto del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos terminales de la superficie posterior de las superceldas.
El módulo solar ejemplar de las figuras 44A-44B también corresponde al esquema eléctrico de la figura 41. Este ejemplo emplea interconexiones de tomas ocultas cortas 3400 como en la figura 42A e interconexiones 3410 que forman buses continuos para los contactos terminales de superficie frontal y posterior de la supercelda, como en la figura 43.
En el ejemplo de la figura 47A (diseño físico) y la figura 47B (esquema eléctrico), un módulo solar comprende seis superceldas, cada una de las cuales recorre toda la longitud del módulo solar. Las almohadillas de contacto de tomas ocultas y las interconexiones cortas 3400 segmentan cada supercelda en una sección de 2/3 de longitud y una sección de 1/3 de longitud. Las interconexiones 3410 en el borde inferior del módulo solar (como se representa en el dibujo) interconectan las tres filas de la izquierda en paralelo entre sí, las tres filas de la derecha en paralelo entre sí y las tres filas de la izquierda en serie con las tres filas de la derecha. Esta disposición forma tres grupos de segmentos de superceldas conectadas en paralelo con cada grupo de superceldas que tiene una longitud de 2/3 de la longitud de una supercelda. Cada grupo está conectado en paralelo con un diodo de derivación 2000A-2000C diferente. Esta disposición proporciona aproximadamente el doble del voltaje y aproximadamente la mitad de la corriente que proporcionarían las mismas superceldas si estuvieran conectadas eléctricamente, como se muestra en la figura 41.
Como se señala anteriormente con referencia a la figura 34A, las interconexiones unidas a los contactos terminales de la superficie posterior de la supercelda pueden estar completamente detrás de las superceldas y ocultarse de la vista desde el lado frontal (solar) del módulo solar. Las interconexiones 3410 unidas a los contactos terminales de superficie frontal de la supercelda pueden ser visibles en una vista posterior del módulo solar (por ejemplo, como en la figura 43) porque se extienden más allá de los extremos de las superceldas (por ejemplo, como en la figura 44A) o porque se pliegan alrededor y debajo de los extremos de las superceldas.
El uso de tomas ocultas facilita la agrupación de pequeñas cantidades de celdas solares por diodo de derivación. En los ejemplos de las figuras 48A-48B (cada una de las cuales muestra un diseño físico), un módulo solar comprende seis superceldas, cada una de las cuales se extiende a lo largo del módulo. Las almohadillas de contacto de tomas ocultas y las interconexiones cortas 3400 segmentan cada supercelda en quintos y conectan eléctricamente segmentos de supercelda adyacentes en paralelo, formando de este modo cinco grupos de segmentos de supercelda conectados en paralelo. Cada grupo está conectado en paralelo con un diodo de derivación 2100A-2100E diferente incorporado (integrado) en la construcción laminada del módulo. Los diodos de derivación se pueden localizar, por ejemplo, directamente detrás de las superceldas o entre las superceldas. Las interconexiones terminales de supercelda 3410 forman un bus continuo a lo largo de un extremo del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos terminales de la superficie frontal de las superceldas, y las interconexiones terminales de supercelda adicionales 3410 forman un bus continuo a lo largo del extremo opuesto del módulo solar para conectar eléctricamente los contactos terminales de la superficie posterior de las superceldas. En el ejemplo de la figura 48 A, una única caja de conexiones 2110 está conectada eléctricamente a los buses de interconexión de terminales de superficie frontal y posterior por los conductores 2115A y 2115B. Sin embargo, no hay diodos en la caja de conexiones, por lo que, de forma alternativa (figura 48B), los conductores de retorno largos 2215A y 2115B pueden eliminarse y la caja de conexiones única 2110 puede reemplazarse por dos cajas de conexiones de polaridad simple (+ o -) 2110A-2110B ubicadas, 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 tomas ocultas para segmentar eléctricamente cada supercelda en tres o cinco grupos de celdas solares, estos ejemplos son meramente ilustrativos y no limitativos. De manera más general, las tomas ocultas se pueden usar para segmentar eléctricamente una supercelda en más o menos grupos de celdas solares que las ilustradas, y/o en más o menos celdas solares por grupo que las ilustradas.
En el funcionamiento normal de los módulos solares descritos en el presente documento, sin diodo de derivación polarizado hacia adelante y en conducción, fluye poca o ninguna corriente a través de cualquier almohadilla de contacto de toma oculta. En cambio, la corriente fluye a través de la longitud de cada supercelda a través de las uniones conductoras de celda a celda formadas entre las celdas solares superpuestas adyacentes. En contraste, la figura 45 muestra el flujo de corriente cuando una parte del módulo solar se deriva a través de un diodo de derivación polarizado hacia adelante. Como indican las flechas, en este ejemplo, la corriente en la supercelda situada más a la izquierda fluye a lo largo de la supercelda hasta que llega a la celda solar extraída, a continuación, a través de la metalización de la superficie posterior de esa celda solar, una almohadilla de contacto de toma oculta (no mostrada), una interconexión 3400 a una segunda celda solar en la supercelda adyacente, otra almohadilla de contacto de toma oculta (no mostrada) a la que se une la interconexión en la segunda celda solar, a través de la metalización de la superficie posterior de la segunda celda solar, y a través de almohadillas de contacto de tomas ocultas adicionales, interconexiones y metalización de la superficie posterior de la celda solar para alcanzar la conexión de bus 1500 al diodo de derivación. El flujo de corriente a través de las otras superceldas es similar. Como se desprende de la ilustración, en dichas circunstancias, las almohadillas de contacto de tomas ocultas pueden conducir corriente desde dos o más filas de superceldas y, por lo tanto, conducir una corriente mayor que la corriente generada en cualquier celda solar individual en el módulo.
Típicamente, no hay barra de bus, almohadilla de contacto u otro elemento que bloquee la luz (aparte de los dedos de metalización de la superficie frontal o una parte superpuesta de una celda solar adyacente) en la superficie frontal de
una celda solar opuesta a una almohadilla de contacto de toma oculta. En consecuencia, si la almohadilla de contacto de toma oculta se forma de plata en una celda solar de silicio, la eficacia de conversión de la luz de la celda solar en la región de la almohadilla de contacto de toma oculta puede reducirse si la almohadilla de contacto de plata reduce el efecto de un campo de superficie posterior que evita la recombinación de la portadora de la superficie posterior. Para evitar esta pérdida de eficacia, típicamente la mayoría de las celdas solares en una supercelda no comprenden almohadillas de contacto de tomas ocultas. (Por ejemplo, en algunas variantes, solo aquellas celdas solares para las cuales es necesaria una almohadilla de contacto de toma oculta para un circuito de diodos de derivación comprenderán una almohadilla de contacto de toma oculta). Además, para hacer coincidir la generación de corriente en celdas solares que incluyen almohadillas de contacto de tomas ocultas con la generación de corriente en celdas solares que carecen de almohadillas de contacto de tomas ocultas, las celdas solares que comprenden almohadillas de contacto de tomas ocultas pueden tener un área de recolección de luz más grande que las celdas solares que carecen de almohadillas de contacto de tomas ocultas.
Las almohadillas de contacto de tomas ocultas individuales pueden tener dimensiones rectangulares, por ejemplo, de menos de o igual a aproximadamente 2 mm por menos de o igual a aproximadamente 5 mm.
Los módulos solares están sujetos a ciclos de temperatura como resultado de variantes de temperatura en su entorno instalado, durante el funcionamiento y durante las pruebas. Como se muestra en la figura 46A, durante dicho ciclo de temperatura, un desajuste en la expansión térmica entre las celdas solares de silicio en la supercelda y otras partes del módulo, por ejemplo, una lámina frontal de vidrio del módulo, da como resultado un movimiento relativo entre la supercelda y las otras partes del módulo a lo largo del eje largo de las filas de superceldas. Este desajuste tiende a estirar o comprimir las superceldas, y puede dañar las celdas solares o las uniones conductoras entre las celdas solares en las superceldas. De forma similar, como se muestra en la figura 46B, durante el ciclo de temperatura, un desajuste en la expansión térmica entre una interconexión unida a una celda solar y la celda solar da como resultado un movimiento relativo entre la interconexión y la celda solar en la dirección perpendicular a las filas de superceldas. Este desajuste deforma y puede dañar las celdas solares, la interconexión y la unión conductora entre ellas. Esto puede ocurrir para interconexiones unidas a almohadillas de contacto de tomas ocultas y para interconexiones unidas a contactos terminales de la superficie frontal o posterior de supercelda.
De forma similar, la carga mecánica cíclica de un módulo solar, por ejemplo, durante el envío o por el clima (por ejemplo, viento y nieve), puede crear fuerzas de cizalladura locales en los enlaces de celda a celda dentro de una supercelda y en la unión entre una celda solar y una interconexión. Estas fuerzas de cizalladura también pueden dañar el módulo solar.
Para evitar problemas derivados del movimiento relativo entre las superceldas y otras partes del módulo solar a lo largo del eje largo de las filas de superceldas, el adhesivo conductor usado para unir las celdas solares superpuestas adyacentes entre sí se puede seleccionar para formar una unión conductora flexible 3515 (figura 46A) entre celdas solares superpuestas que proporciona elasticidad mecánica a las superceldas que ajustan un desajuste en la expansión térmica entre las superceldas 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 se puede seleccionar para formar uniones conductoras que tengan un módulo de cizalladura en condiciones de prueba estándar (es decir, 25 °C), 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 las celdas solares adyacentes superpuestas pueden ajustar el movimiento diferencial entre cada celda y la lámina frontal de vidrio de más de o igual a aproximadamente 15 micras, por ejemplo. Los adhesivos conductores adecuados pueden incluir, por ejemplo, ECM 1541-S3 comercializado por Engineered Conductive Materials LLC.
Para favorecer el flujo de calor a lo largo de una supercelda, lo que reduce el riesgo de daños al módulo solar por puntos calientes que pueden surgir durante el funcionamiento del módulo solar si una celda solar en el módulo está polarizada inversamente como resultado de sombreado o por alguna otra razón, las uniones conductoras entre las celdas solares adyacentes superpuestas pueden formarse con, por ejemplo, un espesor perpendicular a las celdas solares de menos de o igual a aproximadamente 50 micras y una conductividad térmica perpendicular a las celdas solares de más de o igual a aproximadamente 1,5 W/(metro-K).
Para evitar problemas derivados del movimiento relativo entre una interconexión y una celda solar a la que está unida, el adhesivo conductor usado para unir la interconexión a la celda solar se puede seleccionar para formar una unión conductora entre la celda solar y la interconexión que sea suficientemente rígida para forzar la interconexión para ajustar un desajuste en la expansión térmica entre la celda 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 se puede seleccionar para formar una unión conductora que tenga un módulo de cizalladura en condiciones de prueba estándar (es decir, 25 °C), por ejemplo, mayor que o igual a aproximadamente 1800 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 1900 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2000 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2100 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2200 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2300 MPa, mayor que o igual a
aproximadamente 2400 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2500 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2600 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2700 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2800 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 2900 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3000 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3100 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3200 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3300 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3400 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3500 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3600 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3700 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3800 MPa, mayor que o igual a aproximadamente 3900 MPa, o mayor que o igual a aproximadamente 4000 MPa. En dichas variantes, la interconexión puede resistir la expansión o contracción térmica de la interconexión, por ejemplo, mayor que o igual a aproximadamente 40 micras. Los adhesivos conductores adecuados pueden incluir, por ejemplo, CP-450 de Hitachi y soldaduras.
Por lo tanto, los enlaces conductores entre las celdas solares adyacentes superpuestas dentro de una supercelda pueden utilizar un adhesivo conductor diferente al de las uniones conductoras entre la supercelda y la interconexión eléctrica flexible. Por ejemplo, la unión conductora entre la supercelda y la interconexión eléctrica flexible se pueden formar a partir de una soldadura, y las uniones conductoras entre las celdas solares adyacentes superpuestas se pueden formar a partir de un adhesivo conductor no soldado. En algunas variantes, ambos adhesivos conductores se pueden curar en una sola etapa del proceso, 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 celdas solares (que pueden ser celdas solares cortadas) de manera escalonada en un sustrato común. Esto da como resultado la formación de un módulo.
Sin embargo, con el fin de reunir una cantidad suficiente de energía solar que sea útil, una instalación típicamente comprende varios de dichos módulos que se ensamblan juntos. De acuerdo con modos de realización, también se puede ensamblar una pluralidad de módulos de celdas solares de manera escalonada para aumentar la eficacia del área de un panel.
En modos de realización particulares, un módulo puede presentar una cinta conductora superior orientada hacia una dirección de energía solar, y una cinta conductora inferior orientada hacia fuera de la dirección de energía solar.
La cinta inferior está enterrada debajo de las celdas. Por tanto, no bloquea la luz entrante afectando negativamente la eficacia del área del módulo. Por el contrario, la cinta superior está expuesta y puede bloquear la luz entrante y afectar negativamente la eficacia.
De acuerdo con modos de realización, los módulos en sí pueden ser escalonados, de modo que la cinta superior esté cubierta por el módulo vecino. Esta configuración de módulo escalonado también podría proporcionar un área adicional en el módulo para otros elementos, sin afectar negativamente un área expuesta final del conjunto de módulos. Los ejemplos de elementos de módulo que se pueden colocar en regiones superpuestas pueden incluir, pero no se limitan a, cajas de conexiones y/o cintas de bus.
En determinados modos de realización, las cajas de conexiones de los respectivos módulos escalonados adyacentes están en una disposición de acoplamiento para lograr la conexión eléctrica entre ellos. Esto simplifica la configuración del conjunto de módulos escalonados al eliminar el cableado.
En determinados modos de realización, las cajas de conexiones podrían reforzarse y/o combinarse con separadores estructurales adicionales. Dicha configuración podría crear una solución integrada de bastidor de montaje en techo con el módulo inclinado, en la que una dimensión de la caja de conexiones determina una inclinación. Dicha implementación puede ser particularmente útil cuando un conjunto de módulos escalonados se monta en un techo plano.
Las superceldas escalonadas abren oportunidades únicas para el diseño del módulo con respecto a los dispositivos de gestión de energía a nivel del módulo (por ejemplo, microinversores de CC/CA, optimizadores de energía del módulo de CC/CC, inteligencia de voltaje e interruptores inteligentes, y dispositivos relacionados). Un rasgo característico de los sistemas de gestión de energía a nivel de módulo es la optimización de energía. Las superceldas como se describen y emplean en el presente documento pueden producir voltajes más altos que los paneles tradicionales. Además, el diseño del módulo de supercelda puede dividir aún más el módulo. Tanto los voltajes más altos como el aumento de divisiones crean ventajas potenciales para la optimización de energía.
Esta memoria descriptiva divulga módulos solares de alta eficacia (es decir, paneles solares) que comprenden celdas solares de silicio rectangulares y estrechas dispuestas de forma escalonada y conectadas eléctricamente en serie para formar superceldas, con las superceldas dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Las superceldas pueden tener longitudes que abarcan esencialmente todo el largo o ancho del módulo solar, por ejemplo, o dos o más superceldas pueden estar dispuestas de extremo a extremo en una fila. Cada supercelda puede incluir cualquier número de celdas solares, incluyendo en algunas variantes al menos diecinueve celdas solares y en determinadas variantes 100 o más celdas solares de silicio, por ejemplo. Cada módulo solar puede tener un tamaño y forma convencionales y, sin embargo, incluir cientos de celdas solares de silicio, lo que permite que las superceldas
en un solo módulo solar se interconecten eléctricamente para proporcionar un voltaje de corriente continua (CC) de, por ejemplo, aproximadamente 90 voltios (V ) a aproximadamente 450 V o más.
Como se describe con más detalle a continuación, este alto voltaje de CC facilita la conversión de corriente directa a corriente alterna (CA) por un inversor (por ejemplo, un microinversor ubicado en el módulo solar) al eliminar o reducir la necesidad de un aumento de CC a CC (aumento en voltaje de CC) antes de la conversión a CA por el inversor. Además, como se describe con más detalle a continuación, el alto voltaje de CC también facilita el uso de disposiciones en las que la conversión de CC/CA se realiza mediante un inversor central que recibe la salida de CC de alto voltaje de dos o más módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje conectados eléctricamente en paralelo entre sí.
Pasando ahora a las figuras para una comprensión más detallada de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de celdas solares 10 conectadas en serie dispuestas de manera escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestas y conectadas eléctricamente para formar una supercelda 100. Cada celda solar 10 comprende una estructura de diodo semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo semiconductor mediante los cuales la corriente eléctrica generada en la celda solar 10 cuando está iluminada por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada celda solar 10 es una celda solar rectangular de silicio cristalino que tiene patrones de metalización de la superficie frontal (lado del sol) y posterior (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a los lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de la superficie frontal está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de la superficie posterior está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo p. Sin embargo, se pueden usar otros sistemas de materiales, estructuras de diodos, dimensiones físicas o disposiciones de contacto eléctrico si es adecuado. Por ejemplo, el patrón de metalización de la superficie frontal (lado del sol) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo p, y el patrón de metalización de la superficie posterior (lado sombreado) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo n.
Refiriéndose nuevamente a la figura 1, en la supercelda 100, las celdas solares adyacentes 10 están unidas entre sí de manera conductiva en la región en la que se superponen mediante un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar al patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente. Los materiales de unión conductores de electricidad adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos conductores de electricidad y películas adhesivas y cintas adhesivas conductoras de electricidad, y soldaduras convencionales.
La figura 2 muestra un módulo solar rectangular ejemplar 200 que comprende seis superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados largos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de dichas superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo. En otras variantes, las superceldas pueden 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 aún otras disposiciones, cada fila puede comprender dos o más superceldas interconectadas eléctricamente en serie. Los módulos 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. También se puede usar cualquier otra forma adecuada (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares.
En algunas variantes, las uniones conductoras entre las celdas solares superpuestas proporcionan elasticidad mecánica a las superceldas, compensando el desajuste en la expansión térmica entre las superceldas 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 supercelda en el ejemplo ilustrado comprende 72 celdas solares rectangulares que tienen una anchura igual o aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea de silicio cuadrada o pseudocuadrada de 156 mm de tamaño convencional y una longitud igual o aproximadamente igual a la anchura de la oblea cuadrada o pseudocuadrada. Más en general, las celdas 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 pseudocuadrada de tamaño convencional y anchuras, por ejemplo, iguales o aproximadamente iguales a 1/M de la anchura de una oblea cuadrada o pseudocuadrada de tamaño convencional, donde M es cualquier número entero < 20. M puede ser, por ejemplo, 3, 4, 5, 6 o 12. M también puede ser mayor que 20. Una supercelda puede comprender cualquier número adecuado de dichas celdas solares rectangulares.
Las superceldas en el módulo solar 200 pueden estar interconectadas en serie por interconexiones eléctricas (opcionalmente, interconexiones eléctricas flexibles) o por electrónica de potencia a nivel de módulo como se describe a continuación para proporcionar a un módulo solar de tamaño convencional un voltaje más alto que el convencional, debido a que con el enfoque de escalonado que se acaba de describir, se incorporan muchas más celdas por módulo que las convencionales. Por ejemplo, un módulo solar de tamaño convencional que comprende superceldas hechas
de celdas solares de silicio de 1/8 de corte puede comprender más de 600 celdas solares por módulo. En comparación, un módulo solar de tamaño convencional que comprende celdas solares de silicio de tamaño convencional interconectadas típicamente comprende aproximadamente 60 celdas solares por módulo. En los módulos solares de silicio convencionales, las celdas solares cuadradas o pseudocuadradas están típicamente interconectadas por cintas de cobre y separadas entre sí para ajustar las interconexiones. En dichos casos, cortar las obleas cuadradas o pseudocuadradas de tamaño convencional en rectángulos estrechos reduciría la cantidad total de área activa de celdas solares en el módulo y, por lo tanto, reduciría la potencia del módulo debido a las interconexiones adicionales de celda a celda requeridas. En contraste, en los módulos solares divulgados en el presente documento, la disposición escalonada oculta las interconexiones eléctricas de celda a celda debajo del área activa de la celda solar. En consecuencia, los módulos solares descritos en el presente documento pueden proporcionar altos voltajes de salida sin reducir la potencia de salida del módulo porque hay poca o ninguna compensación entre la potencia del módulo y el número de celdas solares (y las interconexiones requeridas de celda a celda) en el módulo solar.
Cuando todas las celdas solares están conectadas en serie, un módulo de celdas solares escalonadas como se describe en el presente documento puede proporcionar un voltaje de CC en el intervalo de aproximadamente 90 voltios a aproximadamente 450 voltios o más, por ejemplo. Como se señala anteriormente, este alto voltaje de CC puede ser ventajoso.
Por ejemplo, un microinversor dispuesto en o cerca de un módulo solar se puede usar para la optimización de energía a nivel de módulo y para conversión de CC a CA. Con referencia ahora a las figuras 49A-49B, convencionalmente un microinversor 4310 recibe una entrada de CC de 25 V a 40 V de un único módulo solar 4300 y emite una salida de 230 V CA para que coincida con la red conectada. El microinversor típicamente comprende dos componentes principales, un refuerzo de CC/CC y una inversión de CC/CA. El refuerzo de CC/CC se utiliza para aumentar el voltaje del bus de CC necesario para la conversión de CC/CA, y es típicamente el componente más caro y con más pérdidas (pérdida de eficacia del 2 %). Debido a que los módulos solares descritos en el presente documento proporcionan una salida de alto voltaje, la necesidad de un refuerzo de CC/CC puede reducirse o eliminarse (figura 49B). Esto puede reducir los costes y aumentar la eficacia y la fiabilidad del módulo solar 200.
En disposiciones convencionales que usan un inversor central ("cadena") en lugar de microinversores, los módulos solares convencionales de baja salida de CC están conectados eléctricamente en serie entre sí y al inversor de cadena. El voltaje producido por la cadena de módulos solares es igual a la suma de los voltajes de los módulos individuales, porque los módulos están conectados en serie. Un intervalo de voltaje permitido determina el número máximo y mínimo de módulos en la cadena. El número máximo de módulos lo establece el voltaje del módulo y los límites de voltaje del código: por ejemplo, Nmáx x Vca < 600 V (estándar residencial de EE. UU.) o Nmáx x Vca < 1.000 V (estándar comercial). El número mínimo de módulos en la serie se establece por el voltaje del módulo y el voltaje de funcionamiento mínimo requerido por el inversor de cadena: Nmín X Vmp > V Inversormín. El voltaje de funcionamiento mínimo (VInversormín) requerido por el inversor de cadena (por ejemplo, un inversor Fronius, Powerone o SMA) está típicamente entre aproximadamente 180 V y aproximadamente 250 V. Típicamente, el voltaje de funcionamiento óptimo para el inversor de cadena es de aproximadamente 400 V.
Un solo módulo de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC como se describe en el presente documento puede producir un voltaje mayor que el voltaje de funcionamiento mínimo requerido por un inversor de cadena, y opcionalmente en o cerca del voltaje de funcionamiento óptimo para el inversor de cadena. Como consecuencia, los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC descritos en el presente documento pueden conectarse eléctricamente en paralelo entre sí a un inversor de cadena. Esto evita los requisitos de longitud de cadena de las cadenas de módulos conectados en serie, que pueden complicar el diseño y la instalación del sistema. Además, en una cadena de módulos solares conectados en serie, el módulo de corriente más baja domina, y el sistema no puede funcionar eficazmente si diferentes módulos en la cadena reciben una iluminación diferente, como puede ocurrir para los módulos situados en diferentes pendientes del techo o como resultado de la sombra de los árboles. Las configuraciones de módulos de alto voltaje en paralelo descritos en el presente documento también pueden evitar estos problemas, porque la corriente a través de cada módulo solar es independiente de la corriente a través de los otros módulos solares. Además, dichas disposiciones no requieren electrónica de potencia a nivel de módulo y, por tanto, pueden mejorar la fiabilidad de los módulos solares, lo que puede ser particularmente importante en las variantes en las que los módulos solares se despliegan en un techo.
Con referencia ahora a las figuras 50A-50B, como se describe anteriormente, una supercelda puede recorrer aproximadamente toda la longitud o anchura del módulo solar. Para permitir conexiones eléctricas a lo largo de la supercelda, se puede integrar un punto de derivación eléctrico oculto (desde la vista frontal) en la construcción del módulo solar. Esto se puede lograr conectando un conductor eléctrico a la metalización de la superficie posterior de una celda solar en un extremo o ubicación intermedia en la supercelda. Dichas tomas ocultas permiten la segmentación eléctrica de una supercelda y permiten la interconexión de superceldas o segmentos de superceldas para evitar diodos, electrónica de potencia a nivel de módulo (por ejemplo, un microinversor, optimizadores de potencia, inteligencia de voltaje e interruptores inteligentes y dispositivos relacionados), u otros componentes. El uso de tomas ocultas se describe con más detalle en la solicitud provisional de los Estados Unidos n.° 62/081,200, la solicitud provisional de los Estados Unidos n.° 62/133.205 y la solicitud de los Estados Unidos n.° 14/674.983, cada una de las cuales se incorpora en el presente documento en su totalidad como referencia.
En los ejemplos de la figura 50A (un diseño físico ejemplar) y la figura 50B (un esquema eléctrico ejemplar), los módulos solares ilustrados 200 comprenden cada uno seis superceldas 100 conectadas eléctricamente en serie para proporcionar un alto voltaje de CC. Cada supercelda está segmentada eléctricamente en varios grupos de celdas solares mediante tomas ocultas 4400, con cada grupo de celdas solares conectadas eléctricamente en paralelo con un diodo de derivación diferente 4410. En estos ejemplos, los diodos de derivación están dispuestos dentro de la estructura laminada del módulo solar, es decir, con las celdas solares en un encapsulante entre una lámina transparente de superficie frontal y una lámina de respaldo. De forma alternativa, los diodos de derivación pueden estar dispuestos en una caja de conexiones ubicada en una superficie posterior o en el borde del módulo solar, e interconectados a las tomas ocultas por medio de conductores.
En los ejemplos de la figura 51A (diseño físico) y la figura 51B (esquema eléctrico correspondiente), el módulo solar ilustrado 200 también comprende seis superceldas 100 conectadas eléctricamente en serie para proporcionar un alto voltaje de CC. En este ejemplo, el módulo solar está segmentado eléctricamente en tres pares de superceldas conectadas en serie, con cada par de superceldas conectadas eléctricamente en paralelo con un diodo de derivación diferente. En este ejemplo, los diodos de derivación están dispuestos dentro de una caja de conexiones 4500 ubicada en una superficie posterior del módulo solar. Los diodos de derivación podrían ubicarse en la estructura laminada del módulo solar o en una caja de conexiones montada en el borde.
En los ejemplos de las figuras 50A-51B, en el funcionamiento normal del módulo solar, cada celda solar está polarizada hacia adelante y, por lo tanto, todos los diodos de derivación tienen polarización inversa y no son conductores. Sin embargo, si una o más celdas solares en un grupo tiene polarización inversa a un voltaje suficientemente alto, el diodo de derivación correspondiente a ese grupo se encenderá y el flujo de corriente a través del módulo evitará las celdas solares con polarización inversa. Esto evita la formación de puntos calientes peligrosos en las celdas solares sombreadas o que funcionan mal.
De forma alternativa, la funcionalidad del diodo de derivación se puede lograr dentro de la electrónica de potencia a nivel del módulo, por ejemplo, un microinversor, dispuesto en o cerca del módulo solar. (La electrónica de potencia a nivel de módulo y su uso también pueden denominarse en el presente documento como dispositivos o sistemas de gestión de energía a nivel de módulo y gestión de energía a nivel de módulo). Dicha electrónica de potencia a nivel de módulo, opcionalmente integrada con el módulo solar, puede optimizar la potencia de grupos de superceldas, de cada supercelda o de cada segmento de supercelda individual en superceldas segmentadas eléctricamente (por ejemplo, operando el grupo de superceldas , supercelda o segmento de supercelda en su punto de máxima potencia), lo que permite una optimización de energía discreta dentro del módulo. La electrónica de potencia a nivel de módulo puede eliminar la necesidad de diodos de derivación dentro del módulo, ya que la electrónica de potencia puede determinar cuándo omitir todo el módulo, un grupo específico de superceldas, una o más superceldas individuales específicas y/o uno o más segmentos específicos de superceldas.
Esto se puede lograr, por ejemplo, integrando inteligencia de voltaje a nivel de módulo. Al monitorear la salida de voltaje de un circuito de celdas solares (por ejemplo, una o más superceldas o segmentos de superceldas) en el módulo solar, un dispositivo de gestión de energía de "interruptor inteligente" puede determinar si ese circuito incluye celdas solares en polarización inversa. Si se detecta una celda solar con polarización inversa, el dispositivo de gestión de energía puede desconectar el circuito correspondiente del sistema eléctrico usando, por ejemplo, un interruptor de relé u otro componente. Por ejemplo, si el voltaje de un circuito de celdas solares monitoreadas cae por debajo de un umbral predeterminado, entonces el dispositivo de gestión de energía apagará (circuito abierto) ese circuito. El umbral predeterminado puede ser, por ejemplo, un determinado porcentaje o magnitud (por ejemplo, 20 % o 10 V) en comparación con el funcionamiento normal del circuito. La implementación de dicha inteligencia de voltaje 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 mediante un diseño de circuito personalizado.
La figura 52A (diseño físico) y la figura 52B (esquema eléctrico correspondiente) muestran una arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo de un módulo solar de alto voltaje que comprende superceldas escalonadas. En este ejemplo, el módulo solar rectangular 200 comprende seis superceldas rectangulares escalonadas 100 dispuestas en seis filas que recorren toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis superceldas están conectadas eléctricamente en serie para proporcionar un alto voltaje de CC. La electrónica de potencia de nivel de módulo 4600 puede realizar detección de voltaje, gestión de energía y/o conversión de CC/CA para todo el módulo.
La figura 53A (diseño físico) y la figura 53B (esquema eléctrico correspondiente) muestran otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo de un módulo solar de alto voltaje que comprende superceldas escalonadas. En este ejemplo, el módulo solar rectangular 200 comprende seis superceldas rectangulares escalonadas 100 dispuestas en seis filas que recorren toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Las seis superceldas se agrupan eléctricamente en tres pares de superceldas conectadas en serie. Cada par de superceldas está conectado individualmente a la electrónica de potencia de nivel de módulo 4600, que puede realizar la detección de voltaje y la optimización de potencia en los pares individuales de superceldas, conectar dos o más de ellas en serie para proporcionar un alto voltaje de CC, y/o realizar conversión de CC/CA.
La figura 54A (diseño físico) y la figura 54B (esquema eléctrico correspondiente) muestran otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo de un módulo solar de alto voltaje que comprende superceldas escalonadas. En este ejemplo, el módulo solar rectangular 200 comprende seis superceldas rectangulares escalonadas 100 dispuestas en seis filas que recorren toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Cada supercelda está conectada individualmente con la electrónica de potencia de nivel de módulo 4600, que puede realizar la detección de voltaje y la optimización de energía en cada supercelda, conectar dos o más de ellas en serie para proporcionar un alto voltaje de CC y/o realizar la conversión de Cc /CA.
La figura 55A (diseño físico) y la figura 55B (esquema eléctrico correspondiente) muestran otra arquitectura ejemplar para la gestión de energía a nivel de módulo de un módulo solar de alto voltaje que comprende superceldas escalonadas. En este ejemplo, el módulo solar rectangular 200 comprende seis superceldas rectangulares escalonadas 100 dispuestas en seis filas que recorren toda la longitud de los lados largos del módulo solar. Cada supercelda está segmentada eléctricamente en dos o más grupos de celdas solares mediante tomas ocultas 4400. Cada grupo resultante de celdas solares está conectado individualmente con la electrónica de potencia de nivel de módulo 4600, que puede realizar la detección de voltaje y la optimización de energía en cada grupo de celdas solares, conectar una pluralidad de grupos en serie para proporcionar un alto voltaje de CC y/o realizar conversión de CC/CA.
En algunas variantes, dos o más módulos de celdas solares escalonadas de CC de alto voltaje, como se describe en el presente documento, están conectados eléctricamente en serie para proporcionar una salida de CC de alto voltaje, que se convierte en CA mediante un inversor. El inversor puede ser un microinversor integrado con uno de los módulos solares, por ejemplo. En dichos casos, el microinversor puede ser opcionalmente un componente de la electrónica de gestión de energía a nivel de módulo que también realiza funciones de detección y conexión adicionales como se describe anteriormente. De forma alternativa, el inversor puede ser un inversor de "cadena" central como se analiza con más detalle a continuación.
Como se muestra en la figura 56, cuando se unen superceldas en serie en un módulo solar, las filas adyacentes de superceldas pueden desplazarse ligeramente a lo largo de sus ejes largos de manera gradual. Esta graduación permite que los extremos adyacentes de las filas de superceldas se conecten eléctricamente en serie mediante una interconexión 4700 unida a la parte superior de una supercelda y a la parte inferior de la otra, al tiempo que se ahorra área del módulo (espacio/longitud), así como se simplifica la fabricación. Las filas adyacentes de superceldas puede estar desplazadas en aproximadamente 5 milímetros, por ejemplo.
La expansión térmica diferencial entre las interconexiones eléctricas 4700 y las celdas solares de silicio y la tensión resultante en la celda solar y la interconexión pueden provocar grietas y otros modos de falla que pueden degradar el rendimiento del módulo solar. En consecuencia, es deseable que la interconexión sea flexible y esté configurada para ajustar dicha expansión diferencial sin que se desarrolle una tensión significativa. La interconexión puede proporcionar alivio de la tensión y la expansión térmica, por ejemplo, al formarse a partir de materiales altamente dúctiles (por ejemplo, cobre blando, lámina de cobre delgada), al formarse a partir de materiales de bajo coeficiente de expansión térmica (por ejemplo, Kovar, Invar u otras aleaciones de hierro y níquel de baja expansión térmica) o a partir de materiales que tienen un coeficiente de expansión térmica que coincide aproximadamente con el del silicio, incorporando funciones de expansión geométrica en el plano, tales como hendiduras, ranuras, orificios o estructuras de armadura que permiten el ajuste de la expansión térmica diferencial entre la interconexión y la celda solar de silicio, y/o empleando funciones geométricas fuera del plano tales como torceduras, resaltes u hoyuelos que ajustan dicha expansión térmica diferencial. Las partes conductoras de las interconexiones pueden tener un espesor de, por ejemplo, menos de aproximadamente 100 micras, menos de aproximadamente 50 micras, menos de aproximadamente 30 micras o menos de aproximadamente 25 micras para aumentar la flexibilidad de las interconexiones. (La corriente generalmente baja en estos módulos solares permite el uso de cintas conductoras flexibles delgadas sin pérdida de potencia excesiva como resultado de la resistencia eléctrica de las interconexiones delgadas).
En algunas variantes, las uniones conductoras entre una supercelda y una interconexión eléctrica flexible fuerzan la interconexión eléctrica flexible para adaptarse a un desajuste en la expansión térmica entre la supercelda 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 ejemplares de interconexión, designadas por los números de referencia 400A-400T, que emplean funciones geométricas de alivio de tensión en el plano, y las figuras 7B-1 y 7B-2 (también analizadas anteriormente) muestran configuraciones ejemplares de interconexión designadas por los números de referencia 400U y 3705 que emplean funciones geométricas de alivio de tensión fuera del plano. Cualquier configuración o cualquier combinación de estas configuraciones de interconexión que empleen funciones de alivio de tensión puede ser adecuada para interconectar eléctricamente superceldas en serie para proporcionar un alto voltaje de CC, como se describe en el presente documento.
El análisis con respecto a las figuras 51A-55B se centró en la gestión de energía a nivel de módulo, con la posible conversión de CC/CA de un alto voltaje de módulo de CC por electrónica de potencia a nivel de módulo para proporcionar una salida de CA desde el módulo. Como se señala anteriormente, la conversión de CC/CA de altos
voltajes de CC de módulos de celdas solares escalonadas como se describe en el presente documento puede realizarse en su lugar mediante un inversor de cadena central. Por ejemplo, la figura 57A ilustra esquemáticamente un sistema fotovoltaico 4800 que comprende una pluralidad de módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC 200 conectados eléctricamente en paralelo entre sí a un inversor de cadena 4815 a través de un bus negativo de alto voltaje de CC 4820 y un bus positivo de alto voltaje de CC 4810. Típicamente, cada módulo solar 200 comprende una pluralidad de superceldas escalonadas conectadas eléctricamente en serie con interconexiones eléctricas para proporcionar un alto voltaje de CC, como se describe anteriormente. Los módulos solares 200 pueden comprender opcionalmente diodos de derivación dispuestos como se describe anteriormente, por ejemplo. La figura 57B muestra un despliegue ejemplar del sistema fotovoltaico 4800 en un techo.
En algunas variantes del sistema fotovoltaico 4800, dos o más cadenas conectadas en serie cortas de módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC pueden conectarse eléctricamente en paralelo con un inversor de cadena. Con referencia nuevamente a la figura 57A, por ejemplo, cada módulo solar 200 puede ser reemplazado por una cadena conectada en serie de dos o más módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC 200. Esto podría hacerse, por ejemplo, para maximizar el voltaje proporcionado al inversor mientras se cumplen los estándares reglamentarios.
Los módulos solares convencionales típicamente producen aproximadamente 8 amperios Isc (corriente de cortocircuito), aproximadamente 50 Vco (voltaje de circuito abierto) y aproximadamente 35 Vmp (voltaje de punto de máxima potencia). Como se analiza anteriormente, los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC como se describe en el presente documento que comprenden M veces el número convencional de celdas solares, con cada una de las celdas solares que tienen un área de aproximadamente 1/M del área de una celda solar convencional, producen aproximadamente M veces mayor voltaje y 1/M la corriente de un módulo solar convencional. Como se señala anteriormente, M puede ser cualquier número entero adecuado, típicamente < 20, aunque puede ser mayor que 20. M puede ser, por ejemplo, 3, 4, 5, 6 o 12.
Si M = 6, Vca para los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC puede ser, por ejemplo, aproximadamente 300 V. Conectar dos de estos módulos en serie proporcionaría aproximadamente 600 V de c C al bus, cumpliendo con el máximo establecido por los estándares residenciales de Ee . UU. Si M = 4, Vca para los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC puede ser, por ejemplo, aproximadamente 200 V. La conexión de tres de dichos módulos en serie proporcionaría aproximadamente 600 V de CC al bus. Si M = 12, Vco para los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC puede ser, por ejemplo, aproximadamente 600 V. También se podría configurar el sistema para que tenga voltajes de bus inferiores a 600 V. En dichas variantes, los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC pueden estar, por ejemplo, conectados en pares o tripletes o cualquier otra combinación adecuada en un combinador para proporcionar un voltaje óptimo al inversor.
Un desafío que surge de la configuración paralela de los módulos de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC descritas anteriormente es que si un módulo solar tiene un cortocircuito, los otros módulos solares podrían potencialmente descargar su energía en el módulo en cortocircuito (es decir, conducir la corriente y disipar la energía en el módulo en cortocircuito) y crear un peligro. Este problema se puede evitar, por ejemplo, mediante el uso de diodos de bloqueo dispuestos para evitar que otros módulos conduzcan la corriente a través de un módulo en cortocircuito, el uso de fusibles limitadores de corriente o el uso de fusibles limitadores de corriente en combinación con diodos de bloqueo. La figura 57B indica esquemáticamente el uso de dos fusibles limitadores de corriente 4830 en los terminales positivo y negativo de un módulo 200 de celdas solares escalonadas de alto voltaje de CC.
La disposición protectora de los diodos y/o fusibles de bloqueo puede depender de si el inversor comprende o no un transformador. Los sistemas que usan un inversor que comprende un transformador típicamente conectan a tierra el conductor negativo. Los sistemas que usan un inversor sin transformador típicamente no conectan a tierra el conductor negativo. Para un inversor sin transformador, puede ser preferible tener un fusible limitador de corriente en línea con el terminal positivo del módulo solar y otro fusible limitador de corriente en línea con el terminal negativo.
Se pueden colocar diodos de bloqueo y/o fusibles limitadores de corriente, por ejemplo, con cada módulo en una caja de conexiones o en el laminado del módulo. Las cajas de conexiones adecuadas, los diodos de bloqueo (por ejemplo, diodos de bloqueo en línea) y los fusibles (por ejemplo, fusibles en línea) pueden incluir los comercializados por Shoals Technology Group.
La figura 58A muestra un módulo de celdas solares escalonadas ejemplar de CC de alto voltaje que comprende una caja de conexiones 4840 en la que un diodo de bloqueo 4850 está en línea con el terminal positivo del módulo solar. La caja de conexiones no incluye un fusible limitador de corriente. Esta configuración se puede usar preferentemente en combinación con uno o más fusibles limitadores de corriente ubicados en otro lugar (por ejemplo, en un combinador) en línea con los terminales positivo y/o negativo del módulo solar (véase, por ejemplo, la figura 58D a continuación). La figura 58B muestra un módulo de celdas solares escalonadas ejemplar de CC de alto voltaje que comprende una caja de conexiones 4840 en la que un diodo de bloqueo está en línea con el terminal positivo del módulo solar y un fusible limitador de corriente 4830 está en línea con el terminal negativo. La figura 58C muestra un módulo de celdas solares escalonadas ejemplar de CC de alto voltaje que comprende una caja de conexiones 4840 en la que un fusible limitador de corriente 4830 está en línea con el terminal positivo del módulo solar y otro fusible limitador de corriente
4830 está en línea con el terminal negativo. La figura 58D muestra un módulo de celdas solares escalonadas ejemplar de CC de alto voltaje que comprende una caja de conexiones 4840 configurada como en la figura 58A, y fusibles ubicados fuera de la caja de conexiones en línea con los terminales positivo y negativo del módulo solar.
Con referencia ahora a las figuras 59A-59B, como una alternativa a las configuraciones descritas anteriormente, los diodos de bloqueo y/o los fusibles limitadores de corriente para todos los módulos de celdas solares escalonadas de CC de alto voltaje pueden colocarse juntos en un combinador 4860. En estas variantes, uno o más conductores individuales se ejecutan por separado desde cada módulo hasta el combinador. Como se muestra en la figura 59A, en una opción se comparte un solo conductor de una polaridad (por ejemplo, negativo como se ilustra) entre todos los módulos. En otra opción (figura 59B) ambas polaridades tienen conductores individuales para cada módulo. Aunque las figuras 59A-59B muestran solo fusibles ubicados en el combinador 4860, cualquier combinación adecuada de fusibles y/o diodos de bloqueo puede ubicarse en el combinador. Además, la electrónica que realiza otras funciones tales como, por ejemplo, monitoreo, seguimiento del punto de máxima potencia y/o desconexión de módulos individuales o grupos de módulos puede implementarse en el combinador.
La operación de polarización inversa de un módulo solar puede ocurrir cuando una o más celdas solares en el módulo solar están sombreadas o generan corriente baja, y el módulo solar funciona en un punto de voltaje-corriente que impulsa una corriente más grande a través de una celda solar de baja corriente que la celda solar de baja corriente puede manejar. Una celda solar con polarización inversa puede calentarse y crear una condición de peligro. Una disposición paralela de módulos de celdas solares escalonadas de CC de alto voltaje, como se muestra en la figura 58A, por ejemplo, puede permitir que los módulos estén protegidos contra la operación de polarización inversa al establecer un voltaje de funcionamiento adecuado para el inversor. Esto se ilustra, por ejemplo, en las figuras 60A-60B.
La figura 60A muestra una gráfica 4870 de corriente frente a voltaje y un diagrama 4880 de potencia frente a voltaje para una cadena conectada en paralelo de aproximadamente diez módulos solares escalonados de CC de alto voltaje. Estas curvas se calcularon para un modelo en el que ninguno de los módulos solares incluía una celda solar con polarización inversa. Debido a que los módulos solares están conectados eléctricamente en paralelo, todos tienen el mismo voltaje de funcionamiento y sus corrientes se suman. Típicamente, un inversor variará la carga en el circuito para explorar la curva de voltaje y potencia, identificará el punto máximo en esa curva y a continuación operará el circuito del módulo en ese punto para maximizar la potencia de salida.
En contraste, la figura 60B muestra una gráfica 4890 de corriente frente a voltaje y una gráfica 4900 de potencia frente a voltaje para el sistema modelo de la figura 60A para un caso en el que algunos de los módulos solares en el circuito incluyen una o más celdas solares de polarización inversa. Los módulos con polarización inversa se manifiestan a sí mismos en la curva de voltaje-corriente ejemplar mediante la formación de una forma de rodilla con una transición de aproximadamente 10 amperios a voltajes inferiores a aproximadamente 210 voltios a aproximadamente 16 amperios a voltajes por debajo de aproximadamente 200 voltios. A voltajes inferiores a aproximadamente 210 voltios, los módulos sombreados incluyen celdas solares con polarización inversa. Los módulos con polarización inversa también se manifiestan en la curva de voltaje-potencia por la existencia de dos máximos: un máximo absoluto de aproximadamente 200 voltios y un máximo local de aproximadamente 240 voltios. El inversor se puede configurar para reconocer dichos signos de módulos solares con polarización inversa y operar los módulos solares a un voltaje de punto de potencia máximo absoluto o local en el que no hay módulos con polarización inversa. En el ejemplo de la figura 60B, el inversor puede operar los módulos en el punto de máxima potencia local para garantizar que ningún módulo tenga polarización inversa. Además, o de forma alternativa, se puede seleccionar un voltaje de funcionamiento mínimo para el inversor, por debajo del cual es poco probable que algún módulo tenga polarización inversa. Ese voltaje de funcionamiento mínimo se puede ajustar en base a otros parámetros, tales como la temperatura ambiente, la corriente de funcionamiento y la temperatura calculada o medida del módulo solar, así como otra información recibida de fuentes externas, tal como la irradiación, por ejemplo.
En algunos modos de realización, los módulos solares de CC de alto voltaje en sí mismos pueden estar escalonados, con módulos solares adyacentes dispuestos de manera parcialmente superpuesta y opcionalmente interconectados eléctricamente en sus regiones superpuestas. Dichas configuraciones escalonadas se pueden usar opcionalmente para módulos solares de alto voltaje conectados eléctricamente en paralelo que proporcionan una CC de alto voltaje a un inversor de cadena, o para módulos solares de alto voltaje que comprenden un microinversor que convierte la CC de alto voltaje del módulo solar en un módulo de CA de salida. Un par de módulos solares de alto voltaje se pueden escalonar como se acaba de describir y conectarse eléctricamente en serie para proporcionar un voltaje de CC deseado, por ejemplo.
A menudo se requiere que los inversores de cadena convencionales tengan un intervalo bastante amplio de voltaje de entrada potencial (o 'intervalo dinámico') porque 1) deben ser compatibles con diferentes longitudes de cadena de módulo conectadas en serie, 2) algunos módulos en una cadena pueden estar completamente o parcialmente sombreados, y 3) los cambios en la temperatura ambiente y la radiación cambian el voltaje del módulo. En sistemas que emplean arquitectura paralela como se describe en el presente documento, la longitud de la cadena de módulos solares conectados en paralelo no afecta el voltaje. Además, para el caso en el que algunos módulos están parcialmente sombreados y otros no, se puede decidir operar el sistema al voltaje de los módulos no sombreados (por
ejemplo, como se describe anteriormente). Por lo tanto, el intervalo de voltaje de entrada de un inversor en un sistema de arquitectura paralela puede necesitar solo adaptarse al 'intervalo dinámico' del factor #3: cambios de temperatura y radiación. Debido a que esto es menor, por ejemplo, de aproximadamente el 30 % del intervalo dinámico convencional requerido de los inversores, los inversores empleados con sistemas de arquitectura paralela como se describe en el presente documento pueden tener un intervalo más estrecho de MPPT (seguimiento de punto de máxima potencia), por ejemplo, entre aproximadamente 250 voltios en condiciones estándar y aproximadamente 175 voltios a alta temperatura y baja radiación, o por ejemplo entre aproximadamente 450 voltios en condiciones estándar y aproximadamente 350 voltios a alta temperatura y baja radiación (en cuyo caso, la operación de MPPT de 450 voltios puede corresponder a un Vca por debajo de 600 voltios en la operación de menor temperatura). Además, como se describe anteriormente, los inversores pueden recibir suficiente voltaje 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 simples, de menor coste y operar con mayor eficiencia que los inversores de cadena empleados en sistemas convencionales.
Tanto para los microinversores como para los inversores de cadenas empleados con los módulos de celdas solares escalonadas de corriente continua de alto voltaje descritos en el presente documento, para eliminar un requisito de refuerzo de CC del inversor puede ser preferible configurar el módulo solar (o una cadena corta de módulos solares conectados en serie) para proporcionar un voltaje de CC de funcionamiento (por ejemplo, punto de potencia máxima Vmp) por encima del valor pico a pico de la CA. Por ejemplo, para 120 V de CA, el valor pico a pico es raíz cuadrada (2) * 120 V = 170 V. Por lo tanto, los módulos solares se pueden configurar para proporcionar un Vmp mínimo de aproximadamente 175 V, por ejemplo. El Vmp en condiciones estándar podría entonces ser de aproximadamente 212 V (suponiendo un coeficiente de temperatura de voltaje negativo de 0,35 % y una temperatura máxima de funcionamiento de 75 °C), y el Vmp en la condición de funcionamiento de temperatura inferior (por ejemplo, -15 °C) sería aproximadamente 242 V y, por lo tanto, el Vca estaría por debajo de aproximadamente 300 V (dependiendo del factor de llenado del módulo). Para la fase dividida de 120 V de CA (o 240 V de CA), todos estos números se duplican, lo cual es conveniente ya que 600 V de CC es el máximo permitido en los EE. UU. para muchas aplicaciones residenciales. Para aplicaciones comerciales, que requieren y permiten voltajes más altos, estos valores pueden aumentar aún más.
Un módulo de celdas solares escalonadas de alto voltaje, como se describe en el presente documento, se puede configurar para funcionar a > 600 Vca o > 1000 Vca, en cuyo caso el módulo puede comprender electrónica de potencia integrada que evite que el voltaje externo proporcionado por el módulo exceda los requisitos del código. Dicha disposición puede permitir que el Vmp de funcionamiento sea suficiente para la fase dividida de 120 V (240 V, que requiere aproximadamente 350 V) sin el problema de que el Vca a bajas temperaturas sea mayor de 600 V.
Cuando la conexión de un edificio a la red eléctrica se desconecta, por ejemplo, por los bomberos, los módulos solares (por ejemplo, en el techo del edificio) que suministran electricidad al edificio aún pueden generar energía si el sol está brillando. Esto plantea el problema de que dichos módulos solares puedan mantener el techo 'vivo' con un voltaje peligroso después de la desconexión del edificio de la red. Para abordar este problema, los módulos de celdas solares escalonadas de corriente continua de alto voltaje descritos en el presente documento pueden incluir opcionalmente una desconexión, por ejemplo, en o adyacente a una caja de conexiones del módulo. La desconexión puede ser una desconexión física o una desconexión de estado sólido, por ejemplo. La desconexión se puede configurar, por ejemplo, para que esté "normalmente apagada", de modo que cuando pierde una determinada señal (por ejemplo, del inversor) desconecta la salida de alto voltaje del módulo solar del circuito del techo. La comunicación a la desconexión puede ser, por ejemplo, a través de los cables de alto voltaje, a través de un cable separado o de manera inalámbrica.
Una ventaja significativa de la colocación escalonada de los módulos solares de alto voltaje es la dispersión de calor entre las celdas solares en una supercelda escalonada. Los solicitantes han descubierto que el calor puede transportarse fácilmente a lo largo de una supercelda de silicio a través de uniones eléctricamente y térmicamente conductoras delgadas entre celdas solares de silicio superpuestas adyacentes. El espesor de la unión eléctricamente conductora entre las celdas solares superpuestas adyacentes formadas por el material de unión eléctricamente conductor, medido perpendicularmente a las superficies frontal y posterior de las celdas solares, puede ser, por ejemplo, menor o igual a aproximadamente 200 micras, o menor o igual a aproximadamente 150 micras, o menor o igual a aproximadamente 125 micras, o menor o igual a aproximadamente 100 micras, o menor o igual a aproximadamente 90 micras, o menor o igual a aproximadamente 80 micras, o menor o igual a aproximadamente 70 micras, o menor o igual a aproximadamente 60 micras, o menor o igual a aproximadamente 50 micras, o menor o igual a aproximadamente 25 micras. Dicha unión delgada reduce la pérdida resistiva en la interconexión entre las celdas y también promueve el flujo de calor a lo largo de la supercelda desde cualquier punto caliente en la supercelda que pueda desarrollarse durante el funcionamiento. La conductividad térmica de la unión entre las celdas solares puede ser, por ejemplo, > a aproximadamente 1,5 vatios/(metro K). Además, la relación de aspecto rectangular de las celdas solares típicamente empleadas en el presente documento proporciona regiones extendidas de contacto térmico entre celdas solares adyacentes.
En contraste, en los módulos solares convencionales que emplean interconexiones de cinta entre celdas solares adyacentes, el calor generado en una celda solar no se propaga fácilmente a través de las interconexiones de cinta a otras celdas solares en el módulo. Eso hace que los módulos solares convencionales sean más propensos a
desarrollar puntos calientes que los módulos solares descritos en el presente documento.
Además, la corriente a través de una supercelda en los módulos solares descritos en el presente documento es típicamente menor que a través de una cadena de celdas solares convencionales, ya que las superceldas descritas en el presente documento se forman típicamente escalonando celdas solares rectangulares, cada una de las cuales tiene un área activa inferior a (por ejemplo, 1/6) la de una celda solar convencional.
Como consecuencia, en los módulos solares divulgados en el presente documento se disipa menos calor en una celda solar polarizada inversamente al voltaje de ruptura, y el calor se puede extender fácilmente a través de la supercelda y el módulo solar sin crear un punto caliente peligroso.
Varias rasgos característicos adicionales y opcionales pueden hacer que los módulos solares de alto voltaje que emplean superceldas como se describe en el presente documento sean aún más tolerantes al calor disipado en una celda solar polarizada inversamente. Por ejemplo, las superceldas pueden encapsularse en un polímero de olefina termoplástica (TPO). Los encapsulantes de TPO son más estables fototérmicamente que los encapsulantes estándar de etileno-acetato de vinilo (EVA). El EVA se oscurecerá con la temperatura y la luz ultravioleta y dará lugar a problemas de puntos calientes creados por las celdas limitantes actuales. Además, los módulos solares pueden tener una estructura de vidrio-vidrio en la cual las superceldas encapsuladas se intercalan entre una lámina frontal de vidrio y una lámina posterior de vidrio. Dicha estructura de vidrio-vidrio permite que el módulo solar funcione de manera segura a temperaturas superiores a las toleradas por una lámina posterior de polímero convencional. Incluso, las cajas de conexiones, si están presentes, se pueden montar en uno o más bordes de un módulo solar, en lugar de detrás del módulo solar, donde una caja de conexiones agregaría una capa adicional de aislamiento térmico a las celdas solares en el módulo que se encuentra sobre la misma.
Por lo tanto, los solicitantes han observado que los módulos solares de alto voltaje formados a partir de superceldas como se describe en el presente documento pueden emplear muchos menos diodos de derivación que en los módulos solares convencionales, porque el flujo de calor a través de las superceldas puede permitir que un módulo funcione sin riesgo significativo con una o más celdas solares en polarización inversa. Por ejemplo, en algunas variantes, los módulos solares de alto voltaje como se describen en el presente documento emplean menos de un diodo de derivación por 25 celdas solares, menos de un diodo de derivación por 30 celdas solares, menos de un diodo de derivación por 50 celdas solares, menos de un diodo de derivación por 75 celdas solares, menos de un diodo de derivación por 100 celdas solares, solo un diodo de derivación o ningún diodo de derivación.
Con referencia ahora a las figuras 61A-61C, se proporcionan ejemplos de módulos solares de alto voltaje que utilizan diodos de derivación. Cuando una parte de un módulo solar está sombreada, el daño al módulo puede evitarse o reducirse mediante el uso de diodos de derivación. Para el módulo solar ejemplar 4700 que se muestra en la figura 61A, 10 superceldas 100 están conectadas en serie. Como se ilustra, las 10 superceldas están dispuestas en filas paralelas. Cada supercelda contiene 40 celdas solares conectadas en serie 10, donde cada una de las 40 celdas solares está hecha de aproximadamente 1/6 de un cuadrado o pseudocuadrado, como se describe en el presente documento. En funcionamiento normal sin sombrear, la corriente fluye desde la caja de conexiones 4716 a través de cada una de las superceldas 100 conectadas en serie a través de los conectores 4715, y a continuación, la corriente fluye a través de la caja de conexiones 4717. Opcionalmente, se puede usar una sola caja de conexiones en lugar de las cajas de conexiones separadas 4716 y 4717, de modo que la corriente vuelva a una caja de conexiones. El ejemplo que se muestra en la figura 61A muestra una implementación con aproximadamente un diodo de derivación por supercelda. Como se muestra, un solo diodo de derivación está conectado eléctricamente entre un par de superceldas vecinas en un punto aproximadamente a mitad de camino a lo largo de las superceldas (por ejemplo, un solo diodo de derivación 4901A está conectado eléctricamente entre la 22.a celda solar de la primera supercelda y su celda solar vecina en la segunda supercelda, un segundo diodo de derivación 4901B está conectado eléctricamente entre la segunda supercelda y la tercera supercelda, y así sucesivamente). Las primeras y últimas cadenas de celdas tienen solo aproximadamente la mitad del número de celdas solares en una supercelda por diodo de derivación. Para el ejemplo que se muestra en la figura 61A, las primeras y últimas cadenas de celdas incluyen solo 22 celdas por diodo de derivación. El número total de diodos de derivación (11) para la variante del módulo solar de alto voltaje ilustrado en la figura 61A es igual al número de superceldas más 1 diodo de derivación adicional.
Cada diodo de derivación puede incorporarse a un circuito flexible, por ejemplo. Con referencia ahora a la figura 61B, se muestra una vista ampliada de una región conectada por diodos de derivación de dos superceldas vecinas. La vista de la figura 61B es desde el lado no soleado. Como se muestra, dos celdas solares 10 en superceldas vecinas están conectadas eléctricamente usando un circuito flexible 4718 que comprende un diodo de derivación 4720. El circuito flexible 4718 y el diodo de derivación 4720 están conectados eléctricamente a las celdas solares 10 usando almohadillas de contacto 4719 ubicadas en las superficies posteriores de las celdas solares. (Véase también otro análisis a continuación sobre el uso de almohadillas de contacto ocultas para proporcionar tomas ocultas en diodos de derivación.) Se pueden emplear esquemas de conexión eléctrica de diodos de derivación adicionales para reducir el número de celdas solares por diodo de derivación. Un ejemplo se ilustra en la figura 61C. Como se muestra, un diodo de derivación está conectado eléctricamente entre cada par de superceldas vecinas aproximadamente a mitad de camino a lo largo de las superceldas. El diodo de derivación 4901A está conectado eléctricamente entre las celdas solares vecinas en la primera y segunda superceldas, el diodo de derivación 4901B está conectado eléctricamente
entre las celdas solares vecinas en la segunda y tercera superceldas, el diodo de derivación 4901C está conectado eléctricamente entre las celdas solares vecinas en la tercera y cuarta superceldas, y así sucesivamente. Se puede incluir un segundo conjunto de diodos de derivación para reducir la cantidad de celdas solares que se omitirán en caso de sombra parcial. Por ejemplo, un diodo de derivación 4902A está conectado eléctricamente entre la primera y segunda superceldas en un punto intermedio entre los diodos de derivación 4901A y 4901B, un diodo de derivación 4902B está conectado eléctricamente entre la segunda y tercera superceldas en un punto intermedio entre los diodos de derivación 4901B y 4901C, y así sucesivamente, reduciendo el número de celdas por diodo de derivación. Opcionalmente, otro conjunto de diodos de derivación puede conectarse eléctricamente para reducir aún más el número de celdas solares que se evitarán en caso de sombra parcial. El diodo de derivación 4903A está conectado eléctricamente entre la primera y la segunda superceldas en un punto intermedio entre los diodos de derivación 4902A y 4901B, el diodo de derivación 4903B está conectado eléctricamente entre la segunda y la tercera superceldas en un punto intermedio entre los diodos de derivación 4902B y 4901C, reduciendo aún más el número de celdas por diodo de derivación. Esta configuración da como resultado una configuración anidada de diodos de derivación, que permite evitar pequeños grupos de celdas durante el sombreado parcial. Pueden conectarse eléctricamente diodos adicionales de esta manera hasta que se logre un número deseado de celdas solares por diodo de derivación, por ejemplo, aproximadamente 8, aproximadamente 6, aproximadamente 4 o aproximadamente 2 por diodo de derivación. En algunos módulos, se desean aproximadamente 4 celdas solares por diodo de derivación. Si se desea, uno o más de los diodos de derivación ilustrados en la figura 61C pueden incorporarse en una interconexión flexible oculta como se muestra en la figura 61B.
Esta memoria descriptiva divulga herramientas de corte de celdas solares y procedimientos de corte de celdas solares que se pueden usar, por ejemplo, para separar celdas solares cuadradas o pseudocuadradas de tamaño convencional en una pluralidad de celdas solares estrechas rectangulares o sustancialmente rectangulares. Estas herramientas y procedimientos de corte establecen un vacío entre las superficies inferiores de las celdas solares de tamaño convencional y una superficie de soporte curva para flexionar las celdas solares de tamaño convencional contra la superficie de soporte curva y, por lo tanto, cortan las celdas solares a lo largo de líneas de marcado previamente preparadas. Una ventaja de estas herramientas y procedimientos de corte es que no requieren contacto físico con las superficies superiores de las celdas solares. En consecuencia, estas herramientas y procedimientos de corte pueden emplearse para cortar celdas solares que comprenden materiales blandos y/o no curados en sus superficies superiores que podrían dañarse por contacto físico. Además, en algunas variantes, estas herramientas de corte y procedimientos de corte pueden requerir el contacto con solo partes de las superficies inferiores de las celdas solares. En dichas variantes, estas herramientas y procedimientos de corte pueden emplearse para cortar celdas solares que comprenden materiales blandos y/o no curados en partes de sus superficies inferiores que no están en contacto con la herramienta de corte.
Por ejemplo, un procedimiento de fabricación de celdas solares que utiliza las herramientas y procedimientos de corte divulgados en el presente documento comprende el marcado láser de una o más líneas de marcado en cada una de las celdas solares de silicio de tamaño convencional para definir una pluralidad de regiones rectangulares en las celdas solares de silicio, aplicar un material de unión adhesivo conductor de electricidad a partes de las superficies superiores de una o más celdas solares de silicio, y aplicar un vacío entre las superficies inferiores de una o más celdas solares de silicio y una superficie de soporte curva para flexionar las una o más celdas solares de silicio contra la superficie de soporte curva y, por lo tanto, cortan las una o más celdas solares de silicio a lo largo de las líneas de marcado para proporcionar una pluralidad de celdas solares de silicio rectangulares, comprendiendo cada una una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto en su superficie frontal adyacente a un lado largo. El material de unión adhesivo conductor se puede aplicar a las celdas solares de silicio de tamaño convencional antes o después de que las celdas solares se marquen con láser.
La pluralidad resultante de celdas solares de silicio rectangulares puede estar dispuesta en línea con lados largos de celdas solares de silicio rectangulares adyacentes superpuestas de forma escalonada con una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto entre las mismas. El material de unión conductor de electricidad se puede curar para unir de este modo las celdas solares de silicio rectangulares superpuestas adyacentes entre sí y conectarlas eléctricamente en serie. Este proceso forma una "supercelda" escalonada como se describe en las solicitudes de patente enumeradas anteriormente en la sección "Referencia cruzada a solicitudes relacionadas".
Volviendo ahora a las figuras para comprender mejor las herramientas y procedimientos de corte divulgados en el presente documento, la figura 20A ilustra esquemáticamente una vista lateral de un aparato ejemplar 1050 que se puede usar para cortar celdas solares marcadas. En este aparato, una oblea de celdas solares 45 de tamaño convencional marcada es transportada por una correa móvil perforada 1060 sobre una parte curva de un colector de vacío 1070. A medida que la oblea de celdas solares 45 pasa sobre la parte curva del colector de vacío, un vacío aplicado a través de las perforaciones en la correa tira de la superficie inferior de la oblea de celdas solares 45 contra el colector de vacío y flexiona de este modo la celda solar. El radio de curvatura R de la parte curvada del colector de vacío se puede seleccionar de modo que la flexión de la oblea de celdas solares 45 corte la celda solar a lo largo de las líneas de marcado para formar celdas solares rectangulares 10. Las celdas solares rectangulares 10 pueden, por ejemplo, usarse en una supercelda como se ilustra en las figuras 1 y 2. La oblea de celdas solares 45 puede cortarse mediante este procedimiento sin contactar la superficie superior de la oblea de celdas solares 45 a la que se ha aplicado el material de unión adhesivo conductor.
El corte puede iniciarse preferentemente en un extremo de una línea de marcado (es decir, en un borde de la celda solar 45), por ejemplo, disponiendo las líneas de marcado para que se orienten en un ángulo 0 al colector de vacío de modo que para cada línea de marcado un extremo alcanza la parte curva del colector de vacío antes del otro extremo. Como se muestra en la figura 20B, por ejemplo, las celdas solares pueden estar orientadas con sus líneas de marcado en ángulo con respecto a la dirección de desplazamiento de la correa y a una parte curva de corte del colector orientada perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de la correa. Como otro ejemplo, la figura 20C muestra las celdas orientadas con sus líneas de marcado perpendiculares a la dirección de desplazamiento de la correa, y la parte curva de corte del colector orientada en ángulo a la dirección de desplazamiento de la correa.
La herramienta de corte 1050 puede utilizar, por ejemplo, una única correa móvil perforada 1060 que tiene una anchura perpendicular a su dirección de desplazamiento aproximadamente igual a la anchura de la oblea de celdas solares 45. De forma alternativa, la herramienta 1050 puede comprender dos, tres, cuatro o más correas móviles perforadas 1060 que pueden estar dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí, por ejemplo. La herramienta de corte 1050 puede utilizar un único colector de vacío, que puede tener, por ejemplo, una anchura perpendicular a la dirección de desplazamiento de las celdas solares aproximadamente igual a la anchura de una oblea de celdas solares 45. Dicho colector de vacío puede emplearse, por ejemplo, con una única correa móvil perforada de anchura completa 1060 o con dos o más de dichas correas dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí, por ejemplo.
La herramienta de corte 1050 puede comprender dos o más colectores de vacío curvados dispuestos uno al lado del otro en paralelo y separados entre sí, con cada colector de vacío que tiene la misma curvatura. Dicha disposición puede emplearse, por ejemplo, con una única correa móvil perforada de anchura completa 1060 o con dos o más de dichas correas dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí. Por ejemplo, la herramienta puede comprender una correa móvil perforada 1060 para cada colector de vacío. En la última disposición, los colectores de vacío y sus correspondientes correas móviles perforadas pueden disponerse para contactar con la parte inferior de la oblea de celdas solares solo a lo largo de dos tiras estrechas definidas por la anchura de las correas. En dichos casos, la celda solar puede comprender materiales blandos en la región de la superficie inferior de la oblea de la celda solar que no está en contacto con las correas sin riesgo de dañar los materiales blandos durante el proceso de corte.
Se puede usar cualquier disposición adecuada de correas móviles perforadas y colectores de vacío en la herramienta de corte 1050.
En algunas variantes, las obleas de celdas solares 45 marcadas comprenden material de unión adhesivo conductor no curado y/u otros materiales blandos en sus superficies superior y/o inferior antes del corte usando la herramienta de corte 1050. El marcado de la oblea de celdas solares y la aplicación del material blando pueden haberse realizado en cualquier orden.
La figura 62A ilustra esquemáticamente una vista lateral y la figura 62B una vista superior de otra herramienta de corte ejemplar 5210 similar a la herramienta de corte 1050 descrita anteriormente. En el uso de la herramienta de corte 5210, se coloca una oblea de celdas solares marcadas de tamaño convencional 45 sobre un par de correas perforadas separadas en paralelo 5230 que se mueven a velocidad constante sobre un par de colectores de vacío paralelos y separados correspondientes 5235. Los colectores de vacío 5235 típicamente tienen la misma curvatura. A medida que la oblea se desplaza con las correas sobre los colectores de vacío a través de una región de corte 5235C, la oblea se dobla alrededor de un radio de corte definido por las superficies de soporte curvadas de los colectores de vacío por la fuerza del vacío que tira de la parte inferior de la oblea. A medida que la oblea se dobla alrededor del radio de corte, las líneas de marcado se convierten en grietas que separan la oblea en celdas solares rectangulares individuales. Como se describe con más detalle a continuación, la curvatura de los colectores de vacío está dispuesta de modo que las celdas solares rectangulares cortadas adyacentes no estén en el mismo plano y los bordes de las celdas solares rectangulares cortadas adyacentes no entren en contacto entre sí después de que ocurra el proceso de corte. Las celdas solares rectangulares cortadas pueden descargarse continuamente de las correas perforadas por cualquier procedimiento adecuado, cuyos diversos ejemplos se describen a continuación. Típicamente, el procedimiento de descarga separa aún más las celdas solares adyacentes cortadas entre sí para evitar el contacto entre ellas si posteriormente se encuentran en el mismo plano.
Todavía haciendo referencia a las figuras 62A-62B, cada colector de vacío puede comprender, por ejemplo, una región plana 5235F que proporciona vacío bajo o alto; una región de transición curvada opcional 5235T que proporciona un vacío bajo o alto, o que pasa del vacío bajo al alto a lo largo de su longitud; una región de corte 5235C que proporciona un vacío alto; y una región de poscorte de radio más estrecho 5235PC que proporciona un vacío bajo. Las correas 5230 transportan las obleas 45 desde la región plana 5235F hacia y a través de la región de transición 5235T y a continuación hacia la región de corte 5235C, donde las obleas se cortan, y a continuación transportan las celdas solares 10 cortadas resultantes fuera de la región de corte 5235C y hacia la región de poscorte 5235PC.
La región plana 5235F se opera típicamente a un vacío bajo suficiente para restringir las obleas 45 a las correas y los colectores de vacío. El vacío aquí puede ser bajo (o ausente) para reducir la fricción y, por lo tanto, la tensión requerida
de la correa, y porque es más fácil restringir las obleas 45 a una superficie plana que a superficies curvas. El vacío en la región plana 5235F puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1 a aproximadamente 6 pulgadas de mercurio.
La región de transición 5235T proporciona una curvatura de transición desde la región plana 5235F hasta la región de corte 5235C. El radio de curvatura, o radios de curvatura, en la región de transición 5235T son mayores que el radio de curvatura en la región de corte 5235C. La curva en la región de transición 5235T puede ser una parte de una elipse, por ejemplo, pero se puede usar cualquier curva adecuada. Hacer que las obleas 45 se acerquen a la región de corte 5235C a través de la región de transición 5235T con un cambio de curvatura más superficial, en lugar de pasar directamente de una orientación plana en la región 5235F al radio de corte en la región de corte 5235C, ayuda a garantizar que los bordes de las obleas 45 no se levanten y rompan el vacío, lo que podría dificultar restringir las obleas al radio de corte en la región de corte 5235C. El vacío en la región de transición 5235T puede, por ejemplo, ser el mismo que en la región de corte 5235C, intermedio entre el de la región 5235F y 5235C, o la transición 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 de transición 5235T puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 pulgadas de mercurio.
La región de corte 5235C puede tener un radio de curvatura variable u, opcionalmente, un radio de curvatura constante. Dicho radio de curvatura constante puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 11,5 pulgadas, aproximadamente 12,5 pulgadas, o entre aproximadamente 6 pulgadas y aproximadamente 18 pulgadas. Se puede usar cualquier intervalo de curvatura adecuado, y se puede seleccionar en base al espesor de la oblea 45 y la profundidad y geometría de las líneas de marcado en la oblea 45. Típicamente, cuanto más delgada es la oblea, más corto es el radio de curvatura requerido para flexionar la oblea lo suficiente como para romperla a lo largo de una línea de marcado. Las líneas de marcado pueden tener una profundidad, por ejemplo, de aproximadamente 60 micras a aproximadamente 140 micras, aunque también se puede usar cualquier otra profundidad de línea de marcado más profunda o menos profunda. Típicamente, cuanto más superficial es el marcado, más corto es el radio de curvatura requerido para flexionar la oblea lo suficiente como para romperla a lo largo de una línea de marcado. La forma de sección transversal de la línea de marcado también afecta el radio de curvatura requerido. Una línea de marcado que tiene una forma de cuña o una parte inferior en forma de cuña puede concentrar la tensión de manera más eficaz que una línea de marcado que tiene una forma redondeada o una parte inferior redondeada. Las líneas de marcado que concentran la tensión de manera más eficaz pueden no requerir un radio de curvatura tan estrecho en la región de corte como las líneas de marcado que concentran la tensión de manera menos eficaz.
El vacío en la región de corte 5235C, al menos para uno de los dos colectores de vacío paralelos, es típicamente más alto que en las otras regiones para garantizar que la oblea esté adecuadamente limitada al radio de curvatura de corte para mantener una tensión de flexión constante. Opcionalmente, y como se explica con más detalle a continuación, en esta región, un colector puede proporcionar un vacío más alto que el otro para controlar mejor el agrietamiento a lo largo de las líneas de marcado. El vacío en la región de corte 5235C puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 4 a aproximadamente 15 pulgadas de mercurio, o de aproximadamente 4 a aproximadamente 26 pulgadas de mercurio.
La región de poscorte 5235PC típicamente tiene un radio de curvatura más estrecho que la región de corte 5235C. Esto facilita la transferencia de las celdas solares cortadas desde las correas 5230 sin permitir que las superficies fracturadas de las celdas solares cortadas adyacentes rocen o se toquen (lo que podría causar fallas en las celdas solares por grietas u otros modos de falla). En particular, el radio de curvatura más estrecho proporciona una mayor separación entre los bordes de las celdas solares cortadas adyacentes en las correas. El vacío en la región poscorte 5235PC puede ser bajo (por ejemplo, similar o igual al de la región plana 5235F) porque las obleas 45 ya se han cortado en las celdas solares 10, por lo que ya no es necesario restringir las celdas solares al radio curvado de los colectores de vacío. Los bordes de las celdas solares 10 cortadas pueden despegarse de las correas 5230, por ejemplo. Además, puede ser deseable que las celdas solares cortadas 10 no experimenten esfuerzos excesivos.
Las regiones planas, de transición, de corte y de poscorte de los colectores de vacío pueden ser partes discretas de diferentes curvas con sus extremos coincidentes. Por ejemplo, la superficie superior de cada colector puede comprender una parte plana lisa, una parte de una elipse para la región de transición, un arco de círculo para la región de corte y otro arco de un círculo o parte de una elipse para la región de poscorte. De forma alternativa, una parte o la totalidad de la parte curva de la superficie superior de un colector puede comprender una función geométrica continua de curvatura creciente (diámetro decreciente del círculo de osculación). Dichas funciones adecuadas pueden incluir, pero no se limitan a, funciones espirales tales como clotoides, por ejemplo, y la función de logaritmo natural. Una clotoide es una curva en la que la curvatura aumenta linealmente a lo largo de la longitud de la trayectoria de la curva. Por ejemplo, en algunas variantes, las regiones de transición, de corte y de poscorte forman parte de una sola curva clotoide que tiene un extremo adaptado a la región plana. En algunas otras variantes, la región de transición es una curva clotoide que tiene un extremo emparejado con la región plana y otro extremo emparejado con una región de corte que tiene una curvatura circular. En las últimas variantes, la región de poscorte puede tener, por ejemplo, una curvatura circular de radio más estrecho, o una curvatura clotoide de radio más estrecho.
Como se señala anteriormente y como se ilustra esquemáticamente en la figura 62B y la figura 63A, en algunas variantes un colector proporciona un vacío alto en la región de corte 5235C y el otro colector proporciona un vacío bajo en la región de corte 5235C. El colector de vacío alto limita completamente el extremo de la oblea que da soporte
a la curvatura del colector, lo que proporciona suficiente tensión al extremo de una línea de marcado que recubre el colector de vacío alto para iniciar una grieta a lo largo de la línea de marcado. El colector de vacío bajo no limita completamente el extremo de la oblea que da soporte a la curvatura del colector, por lo que el radio de curvatura de la oblea en ese lado no es lo suficientemente estrecho como para crear la tensión necesaria para iniciar una grieta en la línea de marcado. Sin embargo, la fuerza es lo suficientemente alta como para propagar la grieta iniciada en el otro extremo de la línea de marcado que recubre el colector de vacío alto. Sin parte de vacío en el lado de "vacío bajo" para restringir parcial y suficientemente ese extremo de la oblea a la curvatura del colector, puede existir el riesgo de que la grieta comenzada en el extremo opuesto de "vacío alto" de la oblea no se propague a lo largo de toda la oblea. En las variantes que se acaban de describir, un colector puede proporcionar opcionalmente un vacío bajo a lo largo de toda su longitud, desde la región plana 5235F hasta la región de poscorte 5235PC.
Como se acaba de describir, una disposición de vacío asimétrica en la región de corte 5235C proporciona tensión asimétrica a lo largo de las líneas de marcado que controla la nucleación y la propagación de grietas a lo largo de las líneas de marcado. Con referencia, por ejemplo, a la figura 63B, si en cambio los dos colectores de vacío proporcionan vacíos iguales (por ejemplo, altos) en las regiones de corte 5235C, las grietas pueden nuclearse en ambos extremos de la oblea, propagarse entre sí y encontrarse en algún lugar en una región central de la oblea. En estas circunstancias, existe el riesgo de que las grietas no estén alineadas entre sí y que, por lo tanto, produzcan un posible punto de falla mecánica en las celdas cortadas resultantes donde se juntan las grietas.
Como alternativa a la disposición de vacío asimétrica descrita anteriormente, o además de esto, el corte puede iniciarse preferentemente en un extremo de una línea de marcado al disponer un extremo de la línea de marcado para alcanzar la región de corte de los colectores antes que el otro. Esto se puede lograr, por ejemplo, orientando las obleas de celdas solares en ángulo con respecto a los colectores de vacío como se describe anteriormente con respecto a la figura 20B. De forma alternativa, los colectores de vacío pueden estar dispuestos de modo que la región de corte de uno de los dos colectores esté más adelante en la trayectoria de la correa que la región de corte del otro colector de vacío. Por ejemplo, dos colectores de vacío que tienen la misma curvatura pueden estar ligeramente desviados en la dirección de desplazamiento de la correa móvil, de modo que las obleas de celdas solares alcancen la región de corte de un colector antes de alcanzar la región de corte del otro colector de vacío.
Con referencia ahora a la figura 64, en el ejemplo ilustrado cada colector de vacío 5235 comprende orificios de paso 5240 dispuestos en línea por el centro de un canal de vacío 5245. Como se muestra en las figuras 65A-65B, el canal de vacío 5245 está empotrado en una superficie superior del colector que soporta una correa perforada 5230. Cada colector de vacío también comprende pilares centrales 5250 posicionados entre los orificios de paso 5240 y dispuestos en línea por el centro del canal de vacío 5245. Los pilares centrales 5250 separan efectivamente el canal de vacío 5245 en dos canales de vacío paralelos a cada lado de la fila de pilares centrales. Los pilares centrales 5250 también proporcionan soporte a la correa 5230. Sin los pilares centrales 5250, la correa 5230 estaría expuesta a una región más larga sin soporte y podría ser succionada hacia los orificios de paso 5240. Esto podría dar como resultado una flexión tridimensional de las obleas 45 (flexión con el radio de corte y perpendicular al radio de corte), lo que podría dañar las celdas solares e interferir con el proceso de corte.
Como se muestra en las figuras 65A-65B y las figuras 66-67, en el ejemplo ilustrado, los orificios de paso 5240 se comunican con una cámara de vacío bajo 5260L (la región plana 5235F y la región de transición 5235T en la figura 62A), con una cámara de vacío alto 5260H (región de corte 5235C en la figura 62A), y con otra cámara de vacío bajo 5260L (región poscorte 5235PC en la figura 62A). Esta disposición proporciona una transición suave entre las regiones de vacío bajo y vacío alto en el canal de vacío 5245. Los orificios de paso 5240 proporcionan suficiente resistencia al 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 hacia ese orificio, permitiendo que otras regiones mantengan el vacío. El canal de vacío 5245 ayuda a garantizar que los orificios de la correa de vacío 5255 siempre tendrán vacío y no estarán en un punto muerto cuando se coloquen entre los orificios de paso 5240.
Con referencia nuevamente a las figuras 65A-65B y también a la figura 67, las correas perforadas 5230 pueden comprender, por ejemplo, dos filas de orificios 5255 dispuestos opcionalmente de modo que los bordes delantero y trasero 527 de una oblea 45 o una celda solar cortada 10 estén siempre en un vacío bajo a medida que la correa avanza 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 celda solar cortada 10 siempre solapen al menos un orificio 5255 en cada correa 5230. Esto ayuda a evitar que los bordes de una oblea 45 o una celda solar cortada 10 se levanten de la correa 5230 y del colector 5235. También se puede usar cualquier otra disposición adecuada de orificios 5255. En algunas variantes, la disposición de orificios 5255 no garantiza que los bordes de una oblea 45 o una celda solar cortada 10 estén siempre en un vacío.
Las correas móviles perforadas 5230 en el ejemplo ilustrado de la herramienta de corte 5210 contactan la parte inferior de la oblea de celdas solares 45 solo a lo largo de dos tiras estrechas definidas por la anchura de las correas a lo largo de los bordes laterales de la oblea de celdas solares. En consecuencia, la oblea de celdas solares puede comprender materiales blandos tales como adhesivos no curados, por ejemplo, en la región de la superficie inferior de la oblea de celdas solares no contactada por las correas 5230 sin riesgo de dañar los materiales blandos durante el proceso de corte.
En variantes alternativas, la herramienta de corte 5210 puede utilizar, por ejemplo, una única correa móvil perforada 5230 que tiene una anchura perpendicular a su dirección de desplazamiento aproximadamente igual a la anchura de la oblea de celdas solares 45, en lugar de dos correas móviles perforadas como se acaba de describir. De forma alternativa, la herramienta de corte 5210 puede comprender tres, cuatro o más correas móviles perforadas 5230 que pueden estar dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí. La herramienta de corte 5210 puede utilizar un único colector de vacío 5235 que puede tener, por ejemplo, una anchura perpendicular a la dirección de desplazamiento de las celdas solares aproximadamente igual a la anchura de una oblea de celdas solares 45. Dicho colector de vacío puede emplearse, por ejemplo, con una única correa móvil perforada de anchura completa 5230 o con dos o más de dichas correas dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí. La herramienta de corte 5210 puede comprender, por ejemplo, una única correa móvil perforada 5230 soportada a lo largo de los bordes laterales opuestos por dos colectores de vacío curvos 5235 dispuestos uno al lado del otro en paralelo y separados entre sí, donde cada colector de vacío tiene la misma curvatura. La herramienta de corte 5210 puede comprender tres o más colectores de vacío curvos 5235 dispuestos uno al lado del otro en paralelo y separados entre sí, donde cada colector de vacío tiene la misma curvatura. Dicha disposición puede emplearse, por ejemplo, con una única correa móvil perforada de anchura completa 5230 o con tres o más de dichas correas dispuestas una al lado de la otra en paralelo y opcionalmente separadas entre sí. La herramienta de corte puede comprender una correa móvil perforada 5230 para cada colector de vacío, por ejemplo.
Se puede usar cualquier disposición adecuada de correas móviles perforadas y colectores de vacío en la herramienta de corte 5210.
Como se señala anteriormente, en algunas variantes, las obleas de celdas solares marcadas 45 cortadas con la herramienta de corte 5210 comprenden material de unión adhesivo conductor no curado y/u otros materiales blandos en sus superficies superior y/o inferior antes del corte. El marcado de la oblea de celdas solares y la aplicación del material blando pueden haberse realizado en cualquier orden.
Las correas perforadas 5230 en la herramienta de corte 5210 (y las correas perforadas 1060 en la herramienta de corte 1050) pueden transportar obleas de celdas solares 45 a una velocidad de, por ejemplo, aproximadamente 40 milímetros/segundo (mm/s) a aproximadamente 2000 mm/s o más, o de aproximadamente 40 mm/s a aproximadamente 500 mm/s o más, o a aproximadamente 80 mm/s o más. El corte de las obleas de celdas solares 45 puede ser más fácil a velocidades más altas que a velocidades más bajas.
Con referencia ahora a la figura 68, una vez cortada habrá cierta separación entre los bordes delantero y trasero 527 de las celdas cortadas adyacentes 10 debido a la geometría del pliegue alrededor de una curva, lo que crea un espacio en forma de cuña entre las celdas solares cortadas adyacentes. Si se permite que las celdas cortadas vuelvan a una orientación coplanar plana sin aumentar primero la separación entre las celdas cortadas, existe la posibilidad de que los bordes de las celdas cortadas adyacentes puedan hacer contacto y dañarse entre sí. Por lo tanto, es ventajoso eliminar las celdas cortadas de las correas 5230 (o correas 1060) mientras todavía están soportadas por una superficie curva.
Las figuras 69A-69G ilustran esquemáticamente varios aparatos y procedimientos por los cuales las celdas solares cortadas pueden retirarse de las correas 5230 (o correas 1060) y entregarse a una o más correas móviles o superficies móviles adicionales con una mayor separación entre las celdas solares cortadas. En el ejemplo de la figura 69A, las celdas solares cortadas 10 se recogen de las correas 5230 por una o más correas de transferencia 5265, que se mueven más rápido que las correas 5230 y, por lo tanto, aumentan la separación entre las celdas solares cortadas 10. Las correas de transferencia 5265 se pueden colocar entre las dos correas 5230, por ejemplo. En el ejemplo de la figura 69B, las obleas cortadas 10 se separan deslizándose hacia abajo por una rampa 5270 colocada entre las dos correas 5230. En este ejemplo, las correas 5230 hacen avanzar cada celda cortada 10 dentro de una región de vacío bajo (por ejemplo, sin vacío) de los colectores 5235 para liberar la celda cortada 5270 para que se deslice, mientras que la parte no cortada de la oblea 45 todavía está sujeta por las correas 5230. Proporcionar un colchón de aire entre la celda cortada 10 y la rampa 5270 ayuda a garantizar que tanto la celda como la rampa no se desgasten durante el funcionamiento, y también permite que las celdas cortadas 10 se deslicen más rápidamente de la oblea 45, lo que permite una velocidad de funcionamiento de la correa de corte más rápida.
En el ejemplo de la figura 69C, los carros 5275A en una disposición giratoria tipo "noria" 5275 transfieren celdas solares cortadas 10 desde las correas 5230 a una o más correas 5280.
En el ejemplo de la figura 69D, el rodillo giratorio 5285 aplica un vacío a través de los actuadores 5285A para recoger las celdas solares cortadas 10 de las correas 5230 y colocarlas en las correas 5280.
En el ejemplo de la figura 69E, un actuador de carro 5290 comprende un carro 5290A y un actuador extensible y retráctil 5290B montado en el carro. El carro 5290A se traslada de un lado a otro para colocar el actuador 5290B para eliminar una celda solar cortada 10 de las correas 5230 y posteriormente colocar el actuador 5290B para colocar la celda solar cortada en las correas 5280.
En el ejemplo de la figura 69F, una disposición de pista de carro 5295 comprende carros 5295A unidos a una correa móvil 5300 que coloca los carros 5295A para eliminar las celdas solares cortadas 10 de las correas 5230 y a continuación, coloca los carros 5295A para colocar las celdas solares cortadas 10 en las correas 5280; esto ocurre cuando los carros caen o se alejan de la correa 5280 debido a la trayectoria de la correa 5230.
En el ejemplo de la figura 69G, una disposición de correa de vacío invertida 5305 aplica un vacío a través de una o más correas perforadas móviles para transferir las celdas solares cortadas 10 desde las correas 5230 a las correas 5280.
Las figuras 70A-70C proporcionan vistas ortogonales de una variante adicional de la herramienta ejemplar descrita anteriormente con referencia a las figuras 62A-62B y figuras posteriores. Esta variante 5310 usa correas de transferencia 5265, como en el ejemplo de la figura 69A, para eliminar las celdas solares cortadas 10 de las correas perforadas 5230 que transportan la oblea sin cortar 45 en la región de corte de la herramienta. Las vistas en perspectiva de las figuras 71A-71B muestran esta variante de la herramienta de corte en dos etapas diferentes de funcionamiento. En la figura 71A, una oblea sin cortar 45 se está acercando a la región de corte de la herramienta, y en la figura 71B la oblea 45 ha entrado en la región de corte y dos celdas solares cortadas 10 se han separado de la oblea y a continuación se siguen separando una de la otra al ser transportadas por correas de transferencia 5265.
Además de los rasgos característicos descritos anteriormente, las figuras 70A-71B muestran múltiples puertos de vacío 5315 en cada colector. El uso de múltiples puertos por colector puede permitir un mayor control sobre la variación del vacío a lo largo de la longitud de la superficie superior del colector. Por ejemplo, diferentes puertos de vacío 5315 se pueden comunicar opcionalmente con distintas cámaras de vacío (por ejemplo, 5260L y 5260H en la figura 66 y en la figura 72B), y/u opcionalmente se pueden conectar a distintas 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 perforadas 5230, que rodean las ruedas 5325, las superficies superiores de los colectores de vacío 5235 y las ruedas 5320. Las correas 5230 pueden ser accionadas por las ruedas 5320 o las ruedas 5325, por ejemplo.
La figura 72A y la figura 72B muestran vistas en perspectiva de una parte de un colector de vacío 5235 superpuesta por una parte de una correa perforada 5230 para la variante de las figuras 70A-71B, con la figura 72A que proporciona una vista de primer plano de una parte de la figura 72B. La figura 73A muestra una vista superior de una parte del colector de vacío 5235 superpuesta por una correa perforada 5230, y la figura 73B muestra una vista en sección transversal de la misma disposición de colector de vacío y correa perforada tomada a lo largo de la línea CC indicada en la figura 73A. Como se muestra en la figura 73B, las orientaciones relativas de los orificios de paso 5240 pueden variar a lo largo de la longitud del colector de vacío de modo que cada orificio de paso esté dispuesto perpendicularmente a la parte de la superficie superior del colector directamente encima del orificio de paso. La figura 74A muestra otra vista superior de una parte del colector de vacío 5235 superpuesta por una correa perforada 5230, con cámaras de vacío 5260L y 5260H mostradas en vistas espectrales. La figura 74B muestra una vista en primer plano de una parte de la figura 74A.
Las figuras 75A-75G muestran varios patrones de orificios ejemplares que se pueden usar opcionalmente para las correas de vacío perforadas 5230. Una característica común de estos patrones es que el borde recto de una oblea 45 o una celda solar cortada 10 que cruza el patrón perpendicularmente al eje largo de la correa en cualquier localización de 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 divulga módulos solares de alta eficacia que comprenden celdas solares de silicio dispuestas de manera superpuesta y escalonada, conectadas eléctricamente en serie por uniones conductoras entre celdas solares superpuestas adyacentes para formar superceldas, con las superceldas dispuestas en filas físicamente paralelas en el módulo solar. Una supercelda puede comprender cualquier número adecuado de celdas solares. Las superceldas pueden tener longitudes que abarcan esencialmente todo el largo o ancho del módulo solar, por ejemplo, o dos o más superceldas pueden estar dispuestas de extremo a extremo en una fila. Esta disposición oculta las interconexiones eléctricas entre celdas solares y por lo tanto puede usarse para crear un módulo solar visualmente atractivo con poco o ningún contraste entre las celdas solares conectadas en serie adyacentes.
Esta memoria descriptiva divulga además patrones de metalización de celdas que facilitan la impresión de la metalización mediante impresión por plantilla sobre las superficies frontales y (opcionalmente) posteriores de las celdas solares. Como se usa en el presente documento, "impresión por plantilla" de metalización de celda se refiere a la aplicación del material de metalización (por ejemplo, una pasta de plata) sobre una superficie de celda solar a través de aberturas estampadas en una lámina de material impermeable. La plantilla puede ser una lámina de acero inoxidable estampada, por ejemplo. Las aberturas estampadas en la plantilla están completamente libres de material de plantilla y no incluyen, por ejemplo, ninguna malla o pantalla. La ausencia de malla o material de pantalla en las aberturas de plantilla estampadas distingue la "impresión por plantilla" como se usa en el presente documento de la "serigrafía". Por el contrario, en la serigrafía, el material de metalización se aplica sobre la superficie de una celda solar a través de una pantalla (por ejemplo, malla) que soporta un material impermeable estampado. El patrón
comprende aberturas en el material impermeable a través del cual se aplica el material de metalización a la celda solar. La pantalla de soporte se extiende a través de las aberturas en el material impermeable.
En comparación con la serigrafía, la impresión por plantilla de patrones de metalización de celda ofrece numerosas ventajas que incluyen anchuras de línea más estrechas, relación de aspecto más alta (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 por plantilla no puede imprimir 'islas' en una sola pasada, como se requeriría en los diseños convencionales de metalización de 3 barras de bus. Además, la impresión por plantilla no puede imprimir de una pasada un patrón de metalización que requeriría que la plantilla incluya estructuras no compatibles que no estén limitadas a permanecer en el plano de la plantilla durante la impresión y que puedan interferir con la colocación y el uso de la plantilla. Por ejemplo, la impresión por plantilla no puede imprimir de una pasada un patrón de metalización en el que los dedos de metalización dispuestos en paralelo están interconectados por una barra de bus u otro rasgo característico de metalización que se extiende perpendicular a los dedos, porque una sola plantilla para dicho diseño incluiría lengüetas de material laminado no compatible definido por la abertura para la barra de bus y las aberturas para los dedos. Las lengüetas no estarían limitadas por las conexiones físicas a otras partes de la plantilla para mantenerse en el plano de la plantilla durante la impresión y probablemente se saldrán del plano y distorsionarán la colocación y el uso de la plantilla.
En consecuencia, los intentos de usar plantillas para imprimir celdas solares tradicionales requieren dos pasadas para la metalización de la parte frontal con dos plantillas diferentes, o con una etapa de impresión por plantilla en combinación con una etapa de impresión por serigrafía, que aumenta el número total de etapas de impresión por celda y que también crea un problema de 'costura' donde las dos impresiones se superponen y dan como resultado una doble altura. La costura complica los procesos adicionales y la impresión adicional y las etapas relacionadas aumentan el coste. Por lo tanto, la impresión por plantillas no es común para las celdas solares.
Como se describe con más detalle a continuación, los patrones de metalización de la superficie frontal descritos en el presente documento pueden comprender un conjunto de dedos (por ejemplo, líneas paralelas) que no están conectados entre sí por el patrón de metalización de la superficie frontal. Estos patrones pueden imprimirse por plantilla en una sola pasada con una sola plantilla porque la plantilla requerida no necesita incluir partes o estructuras no compatibles (por ejemplo, lengüetas). Dichos patrones de metalización de la superficie frontal pueden ser desventajosos para las celdas solares de tamaño estándar y para las cadenas de celdas solares en las que las celdas solares separadas están interconectadas por cintas de cobre, porque el patrón de metalización no proporciona una dispersión de corriente sustancial o conducción eléctrica perpendicular a los dedos. Sin embargo, los patrones de metalización de la superficie frontal descritos en el presente documento pueden funcionar bien en disposiciones escalonadas de celdas solares rectangulares como se describe en el presente documento, en el que una parte del patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar se superpone y se une conductivamente al patrón de metalización de la superficie posterior de una celda solar adyacente. Esto se debe a que la superposición de la metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente puede proporcionar la dispersión de corriente y la conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de la superficie frontal.
Pasando ahora a las figuras para una comprensión más detallada de los módulos solares descritos en esta memoria descriptiva, la figura 1 muestra una vista en sección transversal de una cadena de celdas solares 10 conectadas en serie dispuestas de manera escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestas y conectadas eléctricamente para formar una supercelda 100. Cada celda solar 10 comprende una estructura de diodo semiconductor y contactos eléctricos a la estructura de diodo semiconductor mediante los cuales la corriente eléctrica generada en la celda solar 10 cuando está iluminada por luz puede proporcionarse a una carga externa.
En los ejemplos descritos en esta memoria descriptiva, cada celda solar 10 es una celda solar rectangular de silicio cristalino que tiene patrones de metalización de la superficie frontal (lado del sol) y posterior (lado sombreado) que proporcionan contacto eléctrico a los lados opuestos de una unión n-p, el patrón de metalización de la superficie frontal está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo n, y el patrón de metalización de la superficie posterior está dispuesto en una capa semiconductora de conductividad de tipo p. Sin embargo, se pueden usar otros sistemas de materiales, estructuras de diodos, dimensiones físicas o disposiciones de contacto eléctrico si es adecuado. Por ejemplo, el patrón de metalización de la superficie frontal (lado del sol) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo p, y el patrón de metalización de la superficie posterior (lado sombreado) se puede disponer en una capa semiconductora de conductividad de tipo n.
Refiriéndose nuevamente a la figura 1, en la supercelda 100, las celdas solares adyacentes 10 están unidas entre sí directamente de manera conductiva en la región en la que se superponen mediante un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar al patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente. Los materiales de unión conductores de electricidad adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos conductores de electricidad y películas adhesivas y cintas adhesivas conductoras de electricidad, y soldaduras convencionales.
Con referencia de nuevo a la figura 2, la figura 2 muestra un módulo solar rectangular ejemplar 200 que comprende seis superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de
los lados largos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas como seis filas paralelas con sus lados largos orientados paralelos a los lados largos del módulo. Un módulo solar configurado de forma similar puede incluir más o menos filas de dichas superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo. En otras variantes, las superceldas pueden 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 todavía otras disposiciones, cada fila puede comprender dos o más superceldas, que pueden estar interconectadas eléctricamente en serie, por ejemplo. Los módulos 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. También se puede usar cualquier otra forma adecuada (por ejemplo, cuadrada) y dimensiones para los módulos solares. Cada supercelda en este ejemplo comprende 72 celdas solares rectangulares que tienen una anchura aproximadamente igual a 1/6 de la anchura de una oblea cuadrada o pseudocuadrada de 156 milímetros (mm) y una longitud de aproximadamente 156 mm. También se puede usar cualquier otro número adecuado de celdas solares rectangulares de cualquier otra dimensión adecuada.
La figura 76 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal en una celda solar rectangular 10 que facilita la impresión por plantilla como se describe anteriormente. El patrón de metalización de la superficie frontal se puede formar, por ejemplo, a partir de pasta de plata. En el ejemplo de la figura 76, el patrón de metalización de la superficie frontal comprende una pluralidad de dedos 6015 que se extienden paralelos entre sí, paralelos a los lados cortos de la celda solar y perpendiculares a los lados largos de la celda solar. El patrón de metalización de la superficie frontal también comprende una fila de almohadillas de contacto opcionales 6020 que se extienden paralelas y adyacentes al borde de un lado largo de la celda solar, con cada almohadilla de contacto 6020 ubicada en el extremo de un dedo 6015. Donde esté presente, cada almohadilla de contacto 6020 crea un área para un cordón individual de adhesivo eléctricamente conductor (ECA), soldadura u otro material de unión eléctricamente conductor usado para unir conductivamente la superficie frontal de la celda solar ilustrada a una parte superpuesta de la superficie posterior de una celda solar adyacente. Las almohadillas pueden tener formas circulares, cuadradas o rectangulares, por ejemplo, pero se puede usar cualquier forma de almohadilla adecuada. Como alternativa al uso de cordones 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 celda solar puede interconectar parte o la totalidad de los dedos además de unir la celda solar a una celda solar superpuesta adyacente. Dicha línea discontinua o continua de material de unión eléctricamente conductor puede usarse en combinación con almohadillas conductoras en los extremos de los dedos, o sin dichas almohadillas conductoras.
La celda 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 del lado corto/longitud del lado largo) de aproximadamente 1:6. Seis de dichas celdas solares se pueden preparar en una oblea de silicio estándar de 156 mm x 156 mm de dimensión, y a continuación, se pueden separar (cortar en cubos) para proporcionar celdas solares como se ilustra. En otras variantes, se pueden preparar ocho celdas solares 10 que tienen dimensiones de aproximadamente 19.5 mm x 156 mm, y por tanto, una relación de aspecto de aproximadamente 1:8, a partir de una oblea de silicio estándar. Más generalmente, las celdas solares 10 pueden tener relaciones de aspecto de, por ejemplo, aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:20 y pueden prepararse a partir de obleas de tamaño estándar o de obleas de cualquier otra dimensión adecuada.
Con referencia nuevamente a la figura 76, el patrón de metalización de la superficie frontal puede comprender, por ejemplo, aproximadamente 60 a aproximadamente 120 dedos por celda de 156 mm de ancho, por ejemplo, aproximadamente 90 dedos. Los dedos 6015 pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 10 a aproximadamente 90 micras, por ejemplo aproximadamente 30 micras. Los dedos 6015 pueden tener alturas perpendiculares a la superficie de la celda solar de, por ejemplo, aproximadamente 10 a aproximadamente 50 micras. Las alturas de los dedos pueden ser, por ejemplo, aproximadamente 10 micras o más, aproximadamente 20 micras o más, aproximadamente 30 micras o más, aproximadamente 40 micras o más, o aproximadamente 50 micras o más. Las almohadillas 6020 pueden tener diámetros (círculos) o longitudes laterales (cuadrados o rectángulos) de, por ejemplo, aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1 mm, por ejemplo, aproximadamente 0,5 mm.
El patrón de metalización de la superficie posterior para la celda solar rectangular 10 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 se extiende paralela y adyacente a un borde de un lado largo de la celda solar. Sin embargo, no son imprescindibles dichas almohadillas de contacto o barra de bus. Si el patrón de metalización de la superficie frontal comprende almohadillas de contacto 6020 dispuestas a lo largo de un borde de uno de los lados largos de la celda solar, entonces la fila de almohadillas de contacto o barra de bus (si existiese) en el patrón de metalización de la superficie posterior está dispuesta a lo largo de un borde del otro lado largo de la celda solar. El patrón de metalización de la superficie posterior puede comprender además un contacto posterior de metal que cubre sustancialmente toda la superficie posterior restante de la celda solar. El ejemplo de patrón de metalización de la superficie posterior de la figura 77A comprende una fila de almohadillas de contacto discretas 6025 en combinación con un contacto de metal posterior 6030 como se acaba de describir, y el ejemplo de patrón de metalización de la superficie posterior de la figura 77B comprende una barra de bus continua 35 en combinación con un contacto posterior de metal 6030 como se acaba de describir.
En una supercelda escalonada, el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar está unido conductivamente a una parte superpuesta del patrón de metalización de la superficie posterior de una celda solar adyacente. Por ejemplo, si las celdas solares comprenden almohadillas de contacto de metalización de superficie frontal 6020, cada almohadilla de contacto 6020 puede alinearse y unirse a una almohadilla de contacto de metalización de superficie posterior correspondiente 6025 (si existiese), o alinearse con y unirse a una barra de bus 35 de metalización de superficie posterior (si existiese), o unirse al contacto posterior de metal 6030 (si existiese) en la celda solar adyacente. Esto se puede lograr, por ejemplo, con partes discretas (por ejemplo, cordones) 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 se extiende paralela al borde de la celda solar y opcionalmente interconectando eléctricamente dos o más de las almohadillas de contacto 6020.
Si las celdas solares carecen de almohadillas de contacto de metalización de la superficie frontal 6020, entonces, por ejemplo, cada dedo del patrón de metalización de la superficie frontal 6015 puede alinearse y unirse a una almohadilla de contacto de metalización de la superficie posterior correspondiente 6025 (si existiese), o unirse a una barra de bus 35 de metalización de la superficie posterior (si existiese), o unirse al contacto posterior de metal 6030 (si existiese) en la celda solar adyacente. Esto se puede lograr, por ejemplo, con partes discretas (por ejemplo, cordones) de material de unión eléctricamente conductor dispuesto en el extremo superpuesto de cada dedo 6015, o con una línea discontinua o continua de material de unión eléctricamente conductor que se extiende paralela al borde de la celda solar y opcionalmente interconectando eléctricamente dos o más dedos 6015.
Como se señala anteriormente, partes de la metalización de la superficie posterior superpuesta de la celda solar adyacente, por ejemplo, una barra de bus de la superficie posterior 35 y/o un contacto de metal posterior 6030, si existiese, pueden proporcionar la dispersión de corriente y la conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de la superficie frontal. En las variantes que utilizan líneas discontinuas o continuas de material de unión eléctricamente conductor como se describe anteriormente, el material de unión eléctricamente conductor puede proporcionar la dispersión de corriente y la conducción eléctrica perpendicular a los dedos en el patrón de metalización de la superficie frontal. La metalización posterior superpuesta y/o el material de unión eléctricamente conductor puede, por ejemplo, llevar corriente para puentear los dedos rotos u otras interrupciones de los dedos en el patrón de metalización de la superficie frontal.
Las almohadillas de contacto de metalización de la superficie posterior 6025 y la barra de bus 35, si existiesen, pueden formarse, por ejemplo, a partir de pasta de plata, que puede aplicarse mediante impresión por plantilla, serigrafía o cualquier otro procedimiento adecuado. El contacto posterior de metal 6030 puede estar formado, por ejemplo, de aluminio.
También se pueden usar otros patrones y materiales de metalización de la superficie posterior adecuados.
La figura 78 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie frontal en una celda solar cuadrada 6300 que se puede cortar en cubos para formar una pluralidad de celdas solares rectangulares, que tienen cada una el patrón de metalización de la superficie frontal que se muestra en la figura 76.
La figura 79 muestra un patrón de metalización ejemplar de la superficie posterior en una celda solar cuadrada 6300 que se puede cortar en cubos para formar una pluralidad de celdas solares rectangulares, que tienen cada una el patrón de metalización de la superficie posterior que se muestra en la figura 11 A.
Los patrones de metalización de la superficie frontal descritos en el presente documento pueden permitir la impresión por plantilla de la metalización de la superficie frontal en una línea estándar de producción de celdas solares de tres impresoras. Por ejemplo, el proceso de producción puede comprender pasta de plata para impresión por plantilla o serigrafía en la superficie posterior de una celda solar cuadrada para formar almohadillas de contacto en la superficie posterior o una barra de bus de plata de la superficie posterior usando una primera impresora, a continuación secar la pasta de plata de la superficie posterior, a continuación imprimir por plantilla o serigrafía un contacto de aluminio en la superficie posterior de la celda solar usando una segunda impresora, a continuación secar el contacto de aluminio, a continuación imprimir la pasta de plata en la superficie frontal de la celda solar para formar un patrón completo de metalización de la superficie frontal usando sola una plantilla en una única etapa de impresión por plantilla con una tercera impresora, a continuación secar la pasta de plata, y a continuación cocer la celda solar. Estas etapas de impresión y relacionadas pueden realizarse en cualquier otro orden, u omitirse, según corresponda.
El uso de una plantilla para imprimir el patrón de metalización de la superficie frontal permite la producción de dedos más estrechos que con serigrafía, lo que puede mejorar la eficacia de las celdas solares y disminuir el uso de plata y, por tanto, el coste de producción. La impresión por plantilla del patrón de metalización de la superficie frontal en una sola paso de impresión por plantilla con una sola plantilla permite la producción de un patrón de metalización de la superficie frontal que tiene una altura uniforme, por ejemplo, no exhibe costuras como puede ocurrir si múltiples plantillas o impresión por plantilla en combinación con serigrafía se usan para impresiones superpuestas para definir rasgos característicos que se extienden en diferentes direcciones.
Después de formar los patrones de metalización de la superficie frontal y posterior en las celdas solares cuadradas, cada celda solar cuadrada se puede separar en dos o más celdas solares rectangulares. Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante marcado láser seguido de corte o mediante cualquier otro procedimiento adecuado. Las celdas solares rectangulares pueden a continuación estar dispuestas de forma superpuesta y escalonada y unidas conductivamente entre sí como se describe anteriormente para formar una supercelda. Esta memoria descriptiva divulga procedimientos para fabricar celdas solares con pérdidas reducidas de recombinación de portadora en los bordes de la celda solar, por ejemplo, sin bordes cortados que promueven la recombinación de la portadora. Las celdas solares pueden ser celdas solares de silicio, por ejemplo, y más en particular pueden ser celdas solares de silicio HIT. Esta memoria descriptiva también divulga disposiciones de superceldas escalonadas (solapadas) de dichas celdas solares. Las celdas solares individuales en dicha supercelda pueden tener geometrías rectangulares estrechas (por ejemplo, formas en forma de tira), con los lados largos de las celdas solares adyacentes dispuestos para solaparse.
Un desafío importante para la implementación rentable de las celdas solares de alta eficacia tal como las celdas solares HIT es la necesidad convencionalmente aceptada de usar grandes cantidades de metal para transportar una gran corriente desde una celda solar de alta eficacia a una celda solar adyacente de alta eficacia conectada en serie. Cortar en cubos dichas celdas solares de alta eficacia en tiras de celdas solares rectangulares estrechas, y a continuación disponer las celdas solares resultantes en un patrón solapado (escalonado) con uniones conductoras entre las partes superpuestas de las celdas solares adyacentes para formar una cadena de celdas solares conectadas en serie en una supercelda, presenta una oportunidad para reducir el coste del módulo a través de la simplificación del proceso. Esto se debe a que pueden eliminarse las etapas del proceso de formación de pestañas que se requieren convencionalmente para interconectar las celdas solares adyacentes con cintas de metal. Este enfoque de escalonado también puede mejorar la eficacia del módulo al reducir la corriente a través de las celdas solares (porque las tiras individuales de celdas solares pueden tener áreas activas más pequeñas que las convencionales) y al reducir la longitud de la ruta de corriente entre las celdas solares adyacentes, las cuales tienden a reducir la pérdida resistiva. La corriente reducida también puede permitir la sustitución de conductores menos costosos, pero más resistivos (por ejemplo, cobre) por conductores más caros, pero menos resistentes (por ejemplo, plata) sin pérdida significativa de rendimiento. Además, este enfoque escalonado puede reducir el área inactiva del módulo al eliminar las cintas de interconexión y los contactos relacionados de las superficies frontales de las celdas solares.
Las celdas solares de tamaño convencional pueden tener, por ejemplo, superficies frontal y posterior sustancialmente cuadradas con dimensiones de aproximadamente 156 milímetros (mm) x aproximadamente 156 mm. En el esquema escalonado recién que se acaba de describir, dicha celda solar se corta en cubos en dos o más (por ejemplo, dos a veinte) tiras de celdas solares de 156 mm de largo. Una posible dificultad con este enfoque escalonado es que cortar en cubos una celda solar de tamaño convencional en tiras delgadas aumenta la longitud del borde de la celda por área activa de la celda solar en comparación con una celda solar de tamaño convencional, lo que puede degradar el rendimiento debido a la recombinación de portadora en los bordes.
Por ejemplo, la figura 80 ilustra esquemáticamente el corte en cubos de una celda solar HIT 7100 que tiene dimensiones de superficie frontal y posterior de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 156 mm en varias tiras de celdas solares (7100a, 7100b, 7100c y 7100d), cada una de las cuales tiene superficies frontal y posterior rectangulares estrechas, con dimensiones de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 40 mm. (Los lados largos de 156 mm de las tiras de celdas solares se extienden en dirección hacia dentro de la hoja). En el ejemplo ilustrado, la celda HIT 7100 comprende una base monocristalina de tipo n 5105, que puede tener, por ejemplo, un espesor de aproximadamente 180 micras y superficies cuadradas frontal y posterior con dimensiones de aproximadamente 156 mm x aproximadamente 156 mm. Una capa de aproximadamente 5 nanómetros (nm) de espesor de Si:H intrínseco amorfo (a-Si:H) y una capa de aproximadamente 5 nm de espesor de n+ a-Si:H dopado (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7110) se disponen sobre la superficie frontal de la base de silicio cristalino 7105. Una película 5120 de espesor de aproximadamente 65 nm de un óxido conductor transparente (TCO) se dispone sobre las capas a-Si:H 7110. Las cuadrículas metálicas conductoras 7130 dispuestas en la capa de TCO 7120 proporcionan contacto eléctrico a la superficie frontal de la celda solar. Una capa de aproximadamente 5 nm de espesor de a-Si:H intrínseco y una capa de aproximadamente 5 nm de espesor de a-Si:H dopado con p+ (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7115) se disponen en la superficie posterior de la base de silicio cristalino 7105. Una película de aproximadamente 65 nm de espesor 7125 de un óxido conductor transparente (TCO) se dispone en las capas a-Si:H 7115, y las cuadrículas metálicas conductoras 7135 dispuestas en la capa de TCO 7125 proporcionan contacto eléctrico a la superficie posterior de la celda solar. (Las dimensiones y los materiales citados anteriormente se indican a modo de ejemplo y de manera no limitante, y pueden variarse según convenga).
Con referencia aún a la figura 80, si la celda solar HIT 7100 se corta mediante procedimientos convencionales para formar celdas solares en tira 7100a, 7100b, 7100c y 7100d, los bordes cortados recién formados 7140 no se pasivan. Estos bordes no pasivados contienen una alta densidad de uniones químicas colgantes, que promueven la recombinación de portadoras y reducen el rendimiento de las celdas solares. En particular, la superficie cortada 7145 que expone la conexión n-p y la superficie cortada que expone el campo de superficie frontal altamente dopado (en las capas 7110) no están pasivadas y pueden promover significativamente la recombinación de la portadora. Además, si se usan procesos convencionales de corte por láser o de marcado por láser para cortar en cubos la celda solar 7100, pueden producirse daños térmicos tales como la recristalización 7150 de silicio amorfo en los bordes recién
formados. Como resultado de los bordes no pasivados y el daño térmico, si se usan procesos de fabricación convencionales, se puede esperar que los nuevos bordes formados en las celdas solares cortadas 7100a, 7100b, 7100c y 7100d reduzcan la corriente de cortocircuito, el voltaje de circuito abierto y el pseudofactor de relleno de las celdas solares. Esto equivale a una reducción significativa en el rendimiento de las celdas solares.
El procedimiento ilustrado en las figuras 85A-85J puede evitar la formación de bordes promotores de la recombinación durante el corte en cubos de una celda solar HIT de tamaño convencional en tiras de celdas solares más estrechas. Este procedimiento usa zanjas de aislamiento en las superficies frontal y posterior de la celda solar 7100 de tamaño convencional para aislar eléctricamente la conexión p-n y el campo de superficie frontal altamente dopada de los bordes cortados que de otro modo podrían actuar como sitios de recombinación para portadoras minoritarias. Los bordes de zanja no se definen por el corte convencional, sino por el grabado químico o el patrón con láser, seguido de la deposición de una capa de pasivación tal como un TCO que pasiva tanto las zanjas frontales como las posteriores. En comparación con las regiones dopadas pesadas, el dopaje de la base es lo suficientemente bajo como para que la probabilidad de que los electrones en la conexión alcancen los bordes de corte no pasivados de la base es pequeña. Además, se puede usar una técnica de corte en cubos de obleas sin ranuras, separación por láser térmico (TLS), para cortar las obleas, evitando posibles daños térmicos.
En el ejemplo ilustrado en las figuras 85A-85J, el material de partida es una oblea según corte de silicio monocristalino de tipo n cuadrada de aproximadamente 156 mm, que puede tener una resistividad masiva de, por ejemplo, aproximadamente 1 a aproximadamente 3 ohm-centímetros y puede tener, por ejemplo, aproximadamente 180 micras de espesor. (La oblea 7105 forma la base de las celdas solares).
Con referencia a la figura 81 A, la oblea cortada según corte 7105 está convencionalmente grabada con textura, limpiada con ácido, enjuagada y secada.
A continuación, en la figura 81B, una capa intrínseca a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa dopada n+ a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7110) se disponen en la superficie frontal de la oblea 7105 por deposición de vapor químico potenciado por 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 intrínseca a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa p+ a-Si:H dopada de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7115) se disponen en la superficie posterior 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 frontales a-Si:H 7110 están diseñadas para formar zanjas de aislamiento 7112. Las zanjas de aislamiento 7112 típicamente penetran las capas 7110 para alcanzar la oblea 7105 y pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 100 micras a aproximadamente 1000 micras, por ejemplo aproximadamente 200 micras. Por lo general, las zanjas tienen la anchura más pequeña que se pueda usar, dependiendo de la precisión de las técnicas de diseño y las técnicas de corte aplicadas posteriormente. El diseño de zanjas 7112 se puede lograr, por ejemplo, usando diseño láser o grabado químico (por ejemplo, diseño húmedo por inyección de tinta).
A continuación, en la figura 81E, las capas posteriores a-Si:H 7115 están diseñadas para formar zanjas de aislamiento 7117. De forma similar a las zanjas de aislamiento 7112, las zanjas de aislamiento 7117 típicamente penetran las capas 7115 para alcanzar la oblea 7105 y pueden tener anchuras de, por ejemplo, aproximadamente 100 micras a aproximadamente 1000 micras, por ejemplo, aproximadamente 200 micras. El diseño de zanjas 7117 se puede lograr, por ejemplo, usando diseño láser o grabado químico (por ejemplo, diseño húmedo por inyección de tinta). Cada zanja 7117 está en línea con una zanja correspondiente 7112 en la superficie frontal de la estructura.
A continuación, en la figura 81F, se dispone una capa de TCO 7120 de aproximadamente 65 nm de espesor sobre las capas frontales a-Si:H 7110 con patrón. Esto se puede lograr por deposición física de vapor (PVD) o por recubrimiento iónico, por ejemplo. La capa de TCO 7120 llena las zanjas 7112 en las capas a-Si:H 7110 y recubre los bordes exteriores de las capas 7110, pasivando así las superficies de las capas 7110. La capa de TCO 7120 también funciona como un revestimiento antirreflectante.
A continuación, en la figura 81G, se dispone una capa de TCO 7125 de aproximadamente 65 nm de espesor sobre las capas posteriores a-Si:H 7115 con patrón. Esto se puede lograr por PVD o por recubrimiento iónico, por ejemplo. La capa de TCO 7125 llena las zanjas 7117 en las capas a-Si:H 7115 y recubre los bordes exteriores de las capas 115, pasivando así las superficies de las capas 7115. La capa de TCO 7125 también funciona como un revestimiento antirreflectante.
A continuación, en la figura 81H, las cuadrículas de superficie frontal conductoras (por ejemplo, metálicas) 7130 se imprimen por serigrafía sobre la capa de TCO 7120. Las cuadrículas 7130 se pueden formar a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, en la figura 811, las cuadrículas de superficie posterior conductoras (por ejemplo, metálicas) 7135 se imprimen por serigrafía sobre la capa de TCO 7125. Las cuadrículas 7135 se pueden formar a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, después de la deposición de las cuadrículas 7130 y las cuadrículas 7135, la celda solar se cura a una temperatura de aproximadamente 200 °C durante aproximadamente 30 minutos, por ejemplo.
A continuación, en la figura 81J, la celda solar se separa en tiras de celdas solares 7155a, 7155b, 7155c y 7155d cortando en cubos la celda solar en el centro de las zanjas. El corte en cubos se puede realizar, por ejemplo, mediante marcado láser convencional y corte mecánico en el centro de las zanjas para cortar la celda solar en línea con las zanjas. De forma alternativa, el corte en cubos se puede lograr usando un proceso de separación por láser térmico (desarrollado por Jenoptik AG, por ejemplo) en el que el calentamiento inducido por láser en los centros de las zanjas induce una tensión mecánica que conduce al corte de la celda solar en línea con las zanjas. El último enfoque puede evitar daños térmicos en los bordes de las celdas solares.
Las celdas solares en tiras resultantes 7155a-7155d difieren de las celdas solares en tiras 7100a-7100d que se muestran en la figura 80. En particular, los bordes de las capas a-Si:H 7110 y las capas a-Si:H 7115 en las celdas solares 7140a-7140d se forman mediante grabado o estampado con láser, no mediante corte mecánico. Además, los bordes de las capas 7110 y 7115 en las celdas solares 7155a-7155d están pasivados por una capa de TCO. Como resultado, las celdas solares 7140a-7140d carecen de la recombinación portadora que promueve los bordes cortados que están presentes en las celdas solares 7100a-7100d.
El procedimiento descrito con respecto a las figuras 81A-81J se indica a modo de ejemplo y no pretende ser limitativo. Las etapas descritas como realizadas en secuencias particulares pueden realizarse en otras secuencias o en paralelo, según sea adecuado. Las etapas y las capas de material se pueden omitir, agregar o sustituir según sea adecuado. Por ejemplo, si se usa metalización chapada en cobre, se pueden incluir en el proceso etapas adicionales de diseño y deposición de capa embrionaria. Además, en algunas variantes, solo las capas frontales a-Si:H 7110 están diseñadas para formar zanjas de aislamiento, y no se forman zanjas de aislamiento en las capas posteriores a-Si:H 7115. En otras variantes solo las capas posteriores a-Si: H 7115 están diseñadas para formar zanjas de aislamiento, y no se forman zanjas de aislamiento en las capas frontales a-Si:H 7115. Como en el ejemplo de las figuras 81A-81J, en estas variantes también se realiza el corte en cubos en los centros de las zanjas.
La formación de bordes que promueven la recombinación durante el corte en cubos de una celda solar HIT de tamaño convencional en tiras de celdas solares más estrechas también se puede evitar con el procedimiento ilustrado en las figuras 82A-82J, que también usa zanjas de aislamiento de forma similar a la empleada en el procedimiento descrito con respecto a las figuras 81A-81J.
Con referencia a la figura 82A, en este ejemplo, el material de partida es nuevamente una oblea 7105 de silicio monocristalino de tipo n cuadrada de aproximadamente 156 mm, que puede tener una resistividad masiva de, por ejemplo, aproximadamente 1 a aproximadamente 3 ohm-centímetros y puede tener, por ejemplo, aproximadamente 180 micras de espesor.
Con referencia a la figura 82B, las zanjas 7160 se forman en la superficie frontal de la oblea 7105. Estas zanjas pueden tener profundidades de, por ejemplo, aproximadamente 80 micras a aproximadamente 150 micras, por ejemplo aproximadamente 90 micras, y pueden tener anchuras, por ejemplo, de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 100 micras. Las zanjas de aislamiento 7160 definen la geometría de las tiras de celdas solares que se formarán a partir de la oblea 7105. Como se explica a continuación, la oblea 7105 se corta en línea con estas zanjas. Las zanjas 7160 pueden formarse mediante marcado por láser convencional de las obleas, por ejemplo.
A continuación, en la figura 82C, la oblea 7105 se graba con textura convencional, se limpia con ácido, se enjuaga y se seca. El grabado típicamente elimina el daño inicialmente presente en las superficies de la oblea cortada 7105 o causado durante la formación de zanjas 7160. El grabado también puede ensanchar y profundizar las zanjas 7160.
A continuación, en la figura 82D, una capa intrínseca a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa dopada n+ a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7110) se depositan en la superficie frontal 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 82E, una capa intrínseca a-Si:H de aproximadamente 5 nm de espesor y una capa p+ a-Si:H dopada de aproximadamente 5 nm de espesor (ambas capas juntas se indican con el número de referencia 7115) se disponen en la superficie posterior 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, se dispone una capa de TCO 7120 de aproximadamente 65 nm de espesor sobre las capas frontales a-Si:H 7110. Esto se puede lograr por deposición física de vapor (PVD) o por recubrimiento iónico, por ejemplo. La capa de TCO 7120 puede llenar zanjas 7160 y típicamente cubre las paredes y partes inferiores de las
zanjas 7160 y los bordes exteriores de las capas 7110, pasivando así las superficies recubiertas. La capa de TCO 7120 también funciona como un revestimiento antirreflectante.
A continuación, en la figura 82G, se dispone una capa de TCO 7125 de aproximadamente 65 nm de espesor sobre las capas posteriores a-Si:H 7115. Esto se puede lograr por PVD o por recubrimiento iónico, por ejemplo. La capa de TCO 7125 pasiva las superficies (por ejemplo, incluyendo los bordes exteriores) de las capas 7115 y también funciona como un revestimiento antirreflectante.
A continuación, en la figura 82H, las cuadrículas de superficie frontal conductoras (por ejemplo, metálicas) 7130 se imprimen por serigrafía sobre la capa de TCO 7120. Las cuadrículas 7130 se pueden formar a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, en la figura 82I, las cuadrículas de superficie posterior conductoras (por ejemplo, metálicas) 7135 se imprimen por serigrafía sobre la capa de TCO 7125. Las cuadrículas 7135 se pueden formar a partir de pastas de plata a baja temperatura, por ejemplo.
A continuación, después de la deposición de las cuadrículas 7130 y las cuadrículas 7135, la celda solar se cura a una temperatura de aproximadamente 200 °C durante aproximadamente 30 minutos, por ejemplo.
A continuación, en la figura 82J, la celda solar se separa en tiras de celdas solares 7165a, 7165b, 7165c y 7165d, cortando en cubos la celda solar en el centro de las zanjas. El corte en cubos se puede realizar, por ejemplo, usando un corte mecánico convencional en el centro de las zanjas para cortar la celda solar en línea con las zanjas. De forma alternativa, el corte en cuboss se puede realizar usando un proceso de separación por láser térmico como se describe anteriormente, por ejemplo.
Las celdas solares en tiras resultantes 7165a-7165d difieren de las celdas solares en tiras 7100a-7100d que se muestran en la figura 80. En particular, los bordes de las capas a-Si:H7110 en las celdas solares 7165a-7165d se forman por grabado, no por corte mecánico. Además, los bordes de las capas 7110 en las celdas solares 7165a-7165d están pasivados por una capa de TCO. Como resultado, las celdas solares 7165a-7165d carecen de recombinación portadora que promueve los bordes cortados que están presentes en las celdas solares 7100a-7100d.
El procedimiento descrito con respecto a las figuras 82A-82J se indica a modo de ejemplo y no pretende ser limitativo. Las etapas descritas como realizadas en secuencias particulares pueden realizarse en otras secuencias o en paralelo, según sea adecuado. Las etapas y las capas de material se pueden omitir, agregar o sustituir según sea adecuado. Por ejemplo, si se usa metalización chapada en cobre, se pueden incluir en el proceso etapas adicionales de diseño y deposición de capa embrionaria. Además, en algunas variantes, las zanjas 7160 se pueden formar en la superficie posterior de la oblea 7105 en lugar de en la superficie frontal de la oblea 7105.
Los procedimientos descritos anteriormente con respecto a las figuras 81A-81J y 86A-86J son aplicables tanto a las celdas solares HIT de tipo n como de tipo p. Las celdas solares pueden ser de emisor frontal o emisor posterior. Puede ser preferible aplicar el proceso de separación en el lado sin el emisor. Además, el uso de zanjas de aislamiento y capas de pasivación como se describe anteriormente para reducir la recombinación en los bordes de la oblea cortada es aplicable a otros diseños de celdas solares y a celdas solares que usan sistemas de materiales distintos al silicio.
Con referencia nuevamente a la figura 1, una cadena de celdas solares 10 conectadas en serie formadas mediante los procedimientos descritos anteriormente puede disponerse ventajosamente de forma escalonada con los extremos de las celdas solares adyacentes superpuestos y conectados eléctricamente para formar una supercelda 100. En la supercelda 100, las celdas solares adyacentes 10 están unidas entre sí de manera conductiva en la región en la que se superponen mediante un material de unión eléctricamente conductor que conecta eléctricamente el patrón de metalización de la superficie frontal de una celda solar con el patrón de metalización de la superficie posterior de la celda solar adyacente . Los materiales de unión conductores de electricidad adecuados pueden incluir, por ejemplo, adhesivos conductores de electricidad y películas adhesivas y cintas adhesivas conductoras de electricidad, y soldaduras convencionales.
Con referencia nuevamente a las figuras 5A-5B, la figura 5A muestra un módulo solar rectangular ejemplar 200 que comprende veinte superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas se disponen de extremo a extremo en pares para formar diez filas de superceldas, con las filas y los lados largos de las superceldas orientados paralelos a los lados cortos del módulo solar. En otras variantes, cada fila de superceldas puede incluir tres o más superceldas. Además, en otras variantes, las superceldas se pueden disponer de extremo a extremo en filas, con las filas y los lados largos de las superceldas 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 superceldas y más o menos filas de superceldas que las mostradas en este ejemplo.
El espacio opcional 210 que se muestra en la figura 5 A puede estar presente para facilitar el contacto eléctrico con los contactos finales de la superficie frontal de las superceldas 100 a lo largo de la línea central del módulo solar, en
variantes donde las superceldas en cada fila están dispuestas de modo que al menos una de ellas tenga un contacto final de la superficie frontal en el extremo de la supercelda adyacente a la otra supercelda en la fila. En las variantes en las que cada fila de superceldas incluye tres o más superceldas, pueden existir espacios adicionales opcionales entre las superceldas para facilitar de forma similar el contacto eléctrico con los contactos finales de la superficie frontal que se encuentran lejos de los lados del módulo solar.
La figura 5B muestra otro módulo solar rectangular ejemplar 300 que comprende diez superceldas rectangulares 100, cada una de las cuales tiene una longitud aproximadamente igual a la longitud de los lados cortos del módulo solar. Las superceldas están dispuestas con sus lados largos orientados paralelos a los lados cortos del módulo. En otras variantes, las superceldas pueden tener longitudes aproximadamente iguales a la longitud de los lados largos de un módulo solar rectangular y estar orientadas con sus lados largos paralelos a los lados largos del módulo solar. Las superceldas también pueden tener longitudes aproximadamente iguales a la longitud de los lados de un módulo solar cuadrado, y estar orientadas con sus lados largos paralelos a un lado del módulo solar. Además, un módulo solar puede incluir más o menos superceldas de longitud lateral que las mostradas en este ejemplo.
La figura 5B también muestra cómo se ve el módulo solar 200 de la figura 5A cuando no hay espacios entre superceldas adyacentes en las filas de superceldas en el módulo solar 200. También se puede usar cualquier otra disposición adecuada de superceldas 100 en un módulo solar.
Claims (26)
1. Un procedimiento que comprende:
suministrar una oblea de silicio (45) con una longitud;
marcar una línea de marcado en la oblea de silicio para definir una región de celdas solares;
aplicar un material de unión adhesivo conductor de electricidad a una superficie de la oblea de silicio;
separar la oblea de silicio a lo largo de la línea de marcado para proporcionar una tira de celdas solares que comprende una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto de manera adyacente a un lado largo de la tira de celdas solares;
disponer una pluralidad de tiras de celdas solares en línea con los lados largos de las tiras de celdas solares adyacentes superpuestas de manera escalonada con una parte del material de unión adhesivo conductor de electricidad dispuesto entre ellas; y
curar el material de unión conductor de electricidad para unir de ese modo las tiras de celdas solares superpuestas adyacentes entre sí y conectarlas eléctricamente en serie.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:
se proporciona una pluralidad de obleas en una plantilla;
el material de unión adhesivo conductor se deposita en la pluralidad de obleas; y
la pluralidad de obleas se separan simultáneamente en una pluralidad de tiras de celdas solares mediante un accesorio.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además transportar la pluralidad de tiras de celdas solares como un grupo, y
en el que la disposición comprende disponer la pluralidad de tiras de celdas solares en un módulo.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la disposición comprende disponer al menos diecinueve tiras de celdas solares que tienen un voltaje de ruptura de al menos 10 V en línea con un diodo de derivación individual.
5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además:
formar un conductor de cinta entre una de las al menos diecinueve tiras de celdas solares y el diodo de derivación individual, o
formar un conductor de cinta entre una de las al menos diecinueve tiras de celdas solares y un interruptor inteligente.
6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el diodo de derivación individual está localizado en una primera caja de conexiones de un primer módulo solar que está en disposición de acoplamiento con una segunda caja de conexiones de un segundo módulo solar.
7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tira de celdas solares incluye una primera esquina biselada.
8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que un lado largo de una tira de celdas solares superpuestas de la pluralidad de tiras de celdas solares no incluye una segunda esquina biselada.
9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que una anchura de la tira de celdas solares es mayor que una anchura de la tira de celdas solares superpuestas, de modo que la tira de celdas solares y la tira de celdas solares superpuestas tienen aproximadamente una misma área.
10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que un lado largo de una tira de celdas solares superpuestas de la pluralidad de tiras de celdas solares incluye una segunda esquina biselada.
11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el lado largo de la tira de celdas solares superpuestas de la pluralidad de tiras de celdas solares se superpone al lado largo de la tira de celdas que incluye la primera esquina biselada.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el lado largo de la tira de celdas solares superpuestas de la pluralidad de tiras de celdas solares se superpone a un lado largo de la tira de celdas que no incluye la primera esquina biselada.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además conectar la pluralidad de tiras de celdas solares con otra pluralidad de tiras de celdas solares utilizando una interconexión.
14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la pluralidad de tiras de celdas solares está conectada en serie con la otra pluralidad de tiras de celdas solares.
15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el marcado comprende el marcado por láser.
16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además
marcar con láser la línea de marcado y a continuación aplicar el material adhesivo conductor de electricidad.
17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además
aplicar el material adhesivo conductor de electricidad a la oblea y a continuación marcar con láser la línea de marcado.
18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que:
el marcado láser comprende evitar el curado del material de unión adhesivo conductor no curado con el calor del láser.
19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, en el que evitar el curado comprende seleccionar una potencia de láser y/o una distancia entre la línea de marcado y el material de unión adhesivo conductor no curado.
20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la aplicación comprende imprimir o depositar usando una máscara.
21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la línea de marcado y el material de unión adhesivo conductor de electricidad están en la superficie.
22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la separación comprende usar un rodillo para aplicar presión a la oblea.
23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el suministro comprende proporcionar a la oblea de silicio un patrón de metalización de modo que la separación produzca la tira de celdas solares que tiene el patrón de metalización a lo largo del lado largo.
24. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que el patrón de metalización comprende una barra de bus o una almohadilla de contacto discreta o un rasgo característico configurado para limitar la dispersión del material de unión adhesivo conductor de electricidad.
25. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que el suministro comprende imprimir el patrón de metalización o electrodepositar el patrón de metalización.
26. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una longitud del lado largo de la tira de celdas solares reproduce una forma de la oblea.
Applications Claiming Priority (32)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462003223P | 2014-05-27 | 2014-05-27 | |
| US201462035624P | 2014-08-11 | 2014-08-11 | |
| US201462036215P | 2014-08-12 | 2014-08-12 | |
| US201462042615P | 2014-08-27 | 2014-08-27 | |
| US201462048858P | 2014-09-11 | 2014-09-11 | |
| US201462064260P | 2014-10-15 | 2014-10-15 | |
| US201462064834P | 2014-10-16 | 2014-10-16 | |
| US14/530,405 US9780253B2 (en) | 2014-05-27 | 2014-10-31 | Shingled solar cell module |
| US14/532,293 US20150349193A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-04 | Shingled solar cell module |
| US14/536,486 US20150349168A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-07 | Shingled solar cell module |
| US14/539,546 US20150349169A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-12 | Shingled solar cell module |
| US14/543,580 US9882077B2 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-17 | Shingled solar cell module |
| US201462081200P | 2014-11-18 | 2014-11-18 | |
| US14/548,081 US20150349701A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-19 | Shingled solar cell module |
| US201462082904P | 2014-11-21 | 2014-11-21 | |
| US14/550,676 US20150349171A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-21 | Shingled solar cell module |
| US14/552,761 US20150349172A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-11-25 | Shingled solar cell module |
| US14/560,577 US9876132B2 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-04 | Shingled solar cell module |
| US14/565,820 US20150349145A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-10 | Shingled solar cell module |
| US14/566,278 US20150349703A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-10 | Shingled solar cell module |
| US14/572,206 US9401451B2 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-16 | Shingled solar cell module |
| US14/577,593 US9356184B2 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-19 | Shingled solar cell module |
| US14/585,917 US20150349162A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-30 | Shingled solar cell module |
| US14/586,025 US20150349153A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-12-30 | Shingled solar cell module |
| US14/594,439 US9397252B2 (en) | 2014-05-27 | 2015-01-12 | Shingled solar cell module |
| US201562103816P | 2015-01-15 | 2015-01-15 | |
| US14/605,695 US9484484B2 (en) | 2014-05-27 | 2015-01-26 | Shingled solar cell module |
| US201562111757P | 2015-02-04 | 2015-02-04 | |
| US201562113250P | 2015-02-06 | 2015-02-06 | |
| US201562134176P | 2015-03-17 | 2015-03-17 | |
| US14/674,983 US9947820B2 (en) | 2014-05-27 | 2015-03-31 | Shingled solar cell panel employing hidden taps |
| US201562150426P | 2015-04-21 | 2015-04-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2845098T3 true ES2845098T3 (es) | 2021-07-23 |
Family
ID=56085268
Family Applications (5)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES18215609T Active ES2931525T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
| ES15799148T Active ES2769834T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de célula solar apilada |
| ES18215607T Active ES2933130T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
| ES18215615T Active ES2845098T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Procedimiento para fabricar módulos de celdas solares |
| ES18215589T Active ES2936162T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
Family Applications Before (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES18215609T Active ES2931525T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
| ES15799148T Active ES2769834T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de célula solar apilada |
| ES18215607T Active ES2933130T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES18215589T Active ES2936162T3 (es) | 2014-05-27 | 2015-05-26 | Módulo de celdas solares solapadas |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (7) | EP3518126B1 (es) |
| DK (3) | DK3522045T3 (es) |
| ES (5) | ES2931525T3 (es) |
| TW (2) | TWI660518B (es) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10673379B2 (en) * | 2016-06-08 | 2020-06-02 | Sunpower Corporation | Systems and methods for reworking shingled solar cell modules |
| CN106531829B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-11-30 | 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 | 一种太阳能叠片电池片间互连结构与太阳能叠片电池 |
| TWI661572B (zh) * | 2017-07-21 | 2019-06-01 | 海力雅集成股份有限公司 | 太陽能模組及其製法 |
| EP3782206A4 (en) * | 2018-04-16 | 2021-05-19 | Sunpower Corporation | SOLAR CELLS WITH JUNCTIONS RETRACTED FROM DIVIDED EDGES |
| TWI660571B (zh) * | 2018-05-04 | 2019-05-21 | 茂迪股份有限公司 | 太陽能電池串及其製造方法 |
| CN114725243B (zh) * | 2022-04-11 | 2023-04-07 | 晟高发新能源发展(江苏)有限公司 | 一种太阳能电池硅片的串联组装设备及方法 |
| CN115000193A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 环晟光伏(江苏)有限公司 | 叠瓦光伏组件及其制作方法 |
| CN115302101B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-07-23 | 厦门通富微电子有限公司 | 晶圆切割方法及装置、电子设备、存储介质 |
| US20240121971A1 (en) * | 2022-10-06 | 2024-04-11 | Swift Solar Inc. | Module Layup for Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells |
Family Cites Families (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS593980A (ja) * | 1982-06-29 | 1984-01-10 | Nec Corp | 複合太陽電池素子の製造方法 |
| DE3303926A1 (de) * | 1983-02-05 | 1984-08-16 | Telefunken electronic GmbH, 6000 Frankfurt | Scheibenfoermige solarzelle |
| JPS63229766A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-26 | Sharp Corp | 太陽電池モジユ−ルの製造方法 |
| US5710065A (en) * | 1995-01-03 | 1998-01-20 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for breaking and separating dies from a wafer |
| JP3349308B2 (ja) * | 1995-10-26 | 2002-11-25 | 三洋電機株式会社 | 光起電力素子 |
| US6156967A (en) * | 1998-06-04 | 2000-12-05 | Tecstar Power Systems, Inc. | Modular glass covered solar cell array |
| KR100628276B1 (ko) * | 2004-11-05 | 2006-09-27 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 스크라이브 장비 및 이를 구비한 기판의 절단장치 및이것을 이용한 기판의 절단방법 |
| US7755157B2 (en) * | 2005-03-29 | 2010-07-13 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device and manufacturing method of photovoltaic device |
| KR100586821B1 (ko) * | 2006-01-09 | 2006-06-08 | 주식회사 탑 엔지니어링 | 글라스 기판의 브레이크 장치 |
| US7825329B2 (en) * | 2007-01-03 | 2010-11-02 | Solopower, Inc. | Thin film solar cell manufacturing and integration |
| CN101226968A (zh) * | 2007-01-17 | 2008-07-23 | 易斌宣 | 降低聚光太阳能电池串联电阻阻值的方法及由该方法获得的聚光太阳能电池 |
| JP5142565B2 (ja) * | 2007-03-20 | 2013-02-13 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| EP2195855A1 (en) * | 2007-10-12 | 2010-06-16 | SYSTEM S.p.A. | A process for connecting photovoltaic cells in series, a photovoltaic cell connectable in series using the process, and a module obtained with the process |
| JP2009130193A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Toyota Motor Corp | 太陽電池モジュール |
| EP2284908B1 (en) * | 2008-04-23 | 2018-12-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Power lines for solar power generation system and method for inspecting malfunction of the solar power generation system |
| CN101510570A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-19 | 苏州富能技术有限公司 | 串并联结构的薄膜太阳电池模块组及其加工方法 |
| KR101161209B1 (ko) * | 2009-04-30 | 2012-07-02 | 주식회사 효성 | 함몰 전극형 ｈｉｔ 태양전지 및 그 제조방법 |
| DE102009053416B4 (de) * | 2009-11-19 | 2021-09-30 | Markus Hörmann | Verfahren zur Herstellung und Verschaltung von Solarzellenanordnungen und Solarzellenanordnung |
| TWI393202B (zh) * | 2009-12-08 | 2013-04-11 | Ind Tech Res Inst | 薄膜太陽能電池畫線缺陷檢測方法 |
| KR20140015247A (ko) * | 2010-08-05 | 2014-02-06 | 솔렉셀, 인크. | 태양전지용 백플레인 보강 및 상호연결부 |
| US8969714B2 (en) * | 2010-09-29 | 2015-03-03 | Kyocera Corporation | Solar cell module and method of manufacturing solar cell module |
| KR20120104846A (ko) * | 2011-03-14 | 2012-09-24 | 주성엔지니어링(주) | 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP5210408B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2013-06-12 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 脆性材料基板の分断装置 |
| JP2012256738A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Mitsubishi Electric Corp | 光起電力装置の製造方法 |
| US20120318319A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Solopower, Inc. | Methods of interconnecting thin film solar cells |
| US20120318318A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Solopower, Inc. | Cigs based thin film solar cells having shared bypass diodes |
| CN102856425A (zh) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | 上海空间电源研究所 | 柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制备方法 |
| CN104412357B (zh) * | 2012-04-17 | 2017-09-22 | 环球太阳能公司 | 积体薄膜太阳能晶胞电池的互连 |
| US9722101B2 (en) * | 2012-04-25 | 2017-08-01 | Kaneka Corporation | Solar cell, solar cell manufacturing method, and solar cell module |
| JP2014017447A (ja) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Sharp Corp | 集積型薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| US9947820B2 (en) | 2014-05-27 | 2018-04-17 | Sunpower Corporation | Shingled solar cell panel employing hidden taps |
| US20140124014A1 (en) | 2012-11-08 | 2014-05-08 | Cogenra Solar, Inc. | High efficiency configuration for solar cell string |
| US20140124013A1 (en) | 2012-11-08 | 2014-05-08 | Cogenra Solar, Inc. | High efficiency configuration for solar cell string |
-
2015
- 2015-05-26 ES ES18215609T patent/ES2931525T3/es active Active
- 2015-05-26 EP EP18215589.5A patent/EP3518126B1/en active Active
- 2015-05-26 ES ES15799148T patent/ES2769834T3/es active Active
- 2015-05-26 ES ES18215607T patent/ES2933130T3/es active Active
- 2015-05-26 DK DK18215609.1T patent/DK3522045T3/da active
- 2015-05-26 EP EP18215615.8A patent/EP3489848B1/en active Active
- 2015-05-26 EP EP22193105.8A patent/EP4120155A1/en active Pending
- 2015-05-26 EP EP22189795.2A patent/EP4105858A1/en active Pending
- 2015-05-26 DK DK18215589.5T patent/DK3518126T3/da active
- 2015-05-26 DK DK18215607.5T patent/DK3506134T3/da active
- 2015-05-26 EP EP15799148.0A patent/EP3149775B1/en active Active
- 2015-05-26 ES ES18215615T patent/ES2845098T3/es active Active
- 2015-05-26 ES ES18215589T patent/ES2936162T3/es active Active
- 2015-05-26 TW TW104116879A patent/TWI660518B/zh active
- 2015-05-26 EP EP18215607.5A patent/EP3506134B1/en active Active
- 2015-05-26 EP EP18215609.1A patent/EP3522045B1/en active Active
- 2015-05-26 TW TW108114722A patent/TWI737989B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK3506134T3 (da) | 2022-12-19 |
| EP3522045B1 (en) | 2022-08-31 |
| EP3522045A1 (en) | 2019-08-07 |
| ES2933130T3 (es) | 2023-02-01 |
| EP3506134B1 (en) | 2022-09-14 |
| ES2931525T3 (es) | 2022-12-30 |
| EP3518126A1 (en) | 2019-07-31 |
| TW201611317A (zh) | 2016-03-16 |
| EP3149775A4 (en) | 2017-06-07 |
| EP3149775A2 (en) | 2017-04-05 |
| EP3518126B1 (en) | 2022-11-02 |
| DK3522045T3 (da) | 2022-12-05 |
| ES2769834T3 (es) | 2020-06-29 |
| EP4120155A1 (en) | 2023-01-18 |
| TWI660518B (zh) | 2019-05-21 |
| TW201931617A (zh) | 2019-08-01 |
| EP4105858A1 (en) | 2022-12-21 |
| ES2936162T3 (es) | 2023-03-14 |
| EP3489848A1 (en) | 2019-05-29 |
| DK3518126T3 (da) | 2023-01-30 |
| TWI737989B (zh) | 2021-09-01 |
| EP3489848B1 (en) | 2020-08-19 |
| EP3506134A3 (en) | 2019-07-31 |
| EP3506134A2 (en) | 2019-07-03 |
| EP3149775B1 (en) | 2019-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2845098T3 (es) | Procedimiento para fabricar módulos de celdas solares | |
| AU2019101205B4 (en) | Rectangular solar module | |
| KR102126790B1 (ko) | 슁글드 태양 전지 모듈 | |
| US20150349174A1 (en) | Shingled solar cell module | |
| JP6601705B1 (ja) | こけら葺き状太陽電池モジュール | |
| US11942561B2 (en) | Shingled solar cell module |