ES2902683T3 - Sistema y procedimiento para optimizar revestimientos de mejora del rendimiento depositados sobre sustratos en base a la medición de luz reflejada - Google Patents

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Abstract

Un sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) adaptado para aplicar una solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento a sustratos grandes (101, 201, 301, 409) formados por paneles fotovoltaicos, donde dicho sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) puede moverse a lo largo de dicho sustrato (101, 201, 1, 409), que comprende: un aparato de revestimiento de sustrato que tiene un medio (302, 402) para aplicar la solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento al sustrato (101, 201, 301, 409), caracterizado por: un sensor portátil (303) montado en un chasis (304, 401) del sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) que comprende: una fuente de luz (102) adaptada para iluminar una región de un sustrato (101, 201, 301, 409) con un área de sección transversal de punto de al menos 1 cm2, en la superficie del sustrato; y un fotodetector (203, 406) adaptado para recoger al menos una parte de la luz que emana de dicha fuente de luz (202, ) que se refleja desde dicha superficie del sustrato; un circuito de procesamiento de señales (105) en comunicación electrónica con el fotodetector (406), donde dicho circuito de procesamiento (105) está adaptado para leer y procesar la señal electrónica emitida por el fotodetector (103) para generar datos fotométricos; y medios (407, 501) para controlar el aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) en base al análisis de dichos datos fotométricos.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para optimizar revestimientos de mejora del rendimiento depositados sobre sustratos en base a la medición de luz reflejada
CAMPO DE LA INNOVACIÓN
Esta invención se refiere a sensores portátiles de reflectancia de luz que miden las características de película fina o de superficie para grandes sustratos, tales como paneles solares fotovoltaicos.
ANTECEDENTES
Los sensores de reflexión de la luz disponibles actualmente no son capaces de medir la reflexión de la luz a partir de un tamaño de punto relativamente grande en la superficie superior de los paneles solares instalados en el campo y comparar los resultados antes y después de la aplicación de un revestimiento de mejora del rendimiento. El tamaño de punto muy pequeño analizado por un sensor normal que usa una sonda de fibra óptica es insuficiente para medir con precisión en una lectura una zona lo suficientemente grande como para determinar el rendimiento promedio en todo el panel solar de revestimientos de mejora del rendimiento depositados en solución. Esto se debe en parte a que las variaciones en la estructura de la superficie superior del vidrio de la cubierta del panel solar y las variaciones en el revestimiento depositado en solución pueden no estar representadas adecuadamente dentro del tamaño de punto muy pequeño leído por la sonda de fibra óptica. Deberían realizarse múltiples lecturas con una sonda de este tipo para desarrollar un número estadísticamente significativo de muestras para estimar el rendimiento promedio del revestimiento. Además, los sensores de sonda de fibra óptica normales requieren el uso de un dispositivo informático por separado, como un ordenador portátil, para ejecutar los cálculos necesarios para producir datos legibles por humanos. El procedimiento de tomar numerosas medidas y transportar y configurar un sensor de fibra óptica normal con un dispositivo informático por separado para cada panel solar que se vaya a medir es relativamente engorroso y requiere mucho tiempo en comparación con un dispositivo con informática integrada y pantalla legible por humanos que pueda determinar la diferencia de rendimiento promedio en las propiedades de reflexión de la luz tomando solo una medición antes y solo una medición después de la aplicación de un revestimiento de mejora del rendimiento.
Los sistemas conocidos se describen en las siguientes solicitudes de patente estadounidenses publicadas: US2015/0015959 [CORNING, 15 January 2015]; US8105322 [ELY, 31 January 2012]; US2014/0034815 [AGENCY FOR SCIENCE, TECHNOLOGY AND RESEARCH, 6 February 2014]; US6515215 [MIMURA, 4 February 2003]; and US5723791 [KOCH, 3 March 1998].
DE 202012101779 U describe un aparato de revestimiento de sustrato adaptado para aplicar una solución líquida precursora de revestimiento de mejora del rendimiento a paneles fotovoltaicos.
BREVE RESUMEN DE LA PRESENTE INVENCIÓN
Los aspectos de la invención se establecen en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las características preferidas u opcionales de la invención se establecen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
La presente innovación se relaciona con la aplicación de una solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento en sustratos grandes, como los paneles fotovoltaicos. La innovación instantánea es un sensor de reflectancia de luz portátil para determinar de forma no destructiva las características de los revestimientos que mejoran el rendimiento de película fina aplicados a un sustrato, como, entre otros, un panel fotovoltaico. Es en particular ventajoso para instalaciones al aire libre, donde los paneles fotovoltaicos instalados en conjuntos o individualmente se pueden adaptar con revestimientos de mejora del rendimiento, tales como, entre otros, revestimientos antirreflejos. El innovador sensor de reflectancia de luz portátil proporciona una fuente de luz y un fotodetector para medir la luz que incide en la superficie del sustrato desde la fuente de luz y se refleja en el fotodetector. El tamaño de punto de la región iluminada del sustrato es de al menos 1 centímetro cuadrado de área. Promedia sobre una porción relativamente ancha de la superficie del sustrato frente al tamaño de punto mucho más pequeño de un dispositivo de medición de fibra óptica. Por lo tanto, una sola medición puede ser representativa del revestimiento. El innovador sensor de reflectancia de la luz está adaptado para medir sustratos en el campo y está especialmente adaptado para evaluar la calidad del revestimiento durante el procedimiento de revestimiento. El innovador sensor portátil también comprende un circuito de procesamiento de señales que realiza el análisis de las mediciones y retroalimenta el estado del revestimiento al operador para el control del procedimiento de revestimiento.
El revestimiento de tales paneles puede facilitarse mediante un aparato de revestimiento móvil, tal como se detalla en la solicitud de patente en tramitación de los EE. UU. 14/668.956. El detector innovador comprende una fuente de luz adaptada para iluminar una región de un sustrato con un área de sección transversal de punto de al menos 1 cm2 en la superficie del sustrato, y un fotodetector adaptado para recoger al menos una porción de la luz reflejada desde la superficie del sustrato. En una realización, el fotodetector innovador comprende además un circuito de procesamiento de señales adaptado para digitalizar los datos analógicos brutos recogidos por el fotodetector. El fotodetector puede comprender un espectrómetro que resuelve la intensidad de la luz reflejada en función de la longitud de onda. En otras realizaciones, el fotodetector comprende un fotodiodo o fototransistor. Ambos tipos pueden integrar la intensidad de luz total en todo el espectro de captura de la luz reflejada. Una variación incluye el uso de un filtro de paso de banda o filtros de corte para examinar una porción del espectro visible o invisible, este último se refiere a las extensiones infrarroja (IR) y ultravioleta (UV) del espectro visible. En otras realizaciones, se pueden emplear como fuentes de luz fuentes que tengan un intervalo más estrecho de longitudes de onda, tales como láseres, diodos emisores de luz (LED), cátodo frío y lámparas de descarga de gas de cátodo calentado, tales como lámparas de mercurio y plasmas de gas inerte.
El tamaño de punto relativamente grande del haz incidente proporciona la ventaja de integrar espacialmente las características de la superficie sobre el área cubierta por la región iluminada cubierta por el punto. De esta manera, el sensor de reflectancia innovador se adapta además para integrar espacial y temporalmente las características espectrales de la luz reflejada y recogida de la región iluminada del sustrato, donde el fotodetector está en comunicación electrónica con el circuito de procesamiento de señales. El circuito de procesamiento de señales puede adaptarse para realizar operaciones de lectura para capturar las señales del fotodetector al recibir una señal de comando, y puede adaptarse además para extraer y almacenar datos fotométricos digitalizados de la señal del sensor capturada. Además, el circuito de procesamiento de señales puede adaptarse para realizar cálculos sobre los datos fotométricos y a continuación correlacionar los datos con una o más de las características del revestimiento de película fina sobre el sustrato de interés. Es un aspecto de una realización de la innovación instantánea que las características correlacionadas del revestimiento se transformen en información de control para retroalimentar a un operador humano o a un dispositivo de control para evaluar la calidad del revestimiento cuando se aplica desde un solución líquida precursora de revestimiento y, si es necesario, ajustar el procedimiento de deposición del revestimiento o las características de composición del revestimiento. De esta forma, el procedimiento de deposición puede dirigirse para producir un revestimiento acabado que tenga un rendimiento óptimo.
Un aparato de revestimiento adaptado para aplicar una película de solución líquida precursora que se endurece en un revestimiento de mejora del rendimiento terminado, como, entre otros, un revestimiento antirreflectante, se puede usar junto con el innovador sensor de reflectancia portátil para proporcionar un componente de retroalimentación en el circuito de control del procedimiento de revestimiento. El aparato de revestimiento puede controlarse manualmente mediante un operador humano, o automática o semiautomáticamente mediante un sistema de control automatizado. En los casos automáticos o semiautomáticos, el sensor portátil innovador se puede utilizar como un componente de retroalimentación en un circuito de control cerrado.
Es un aspecto de la innovación que la fuente de luz produzca un haz de luz que tenga un área de sección transversal de punto de al menos 1 cm2 en la superficie del sustrato. Los sensores de luz disponibles comercialmente basados en la reflexión total y/o las mediciones de reflexión espectral utilizadas para medir las características de la superficie del sustrato o película fina utilizan tamaños de punto pequeños (normalmente 1-2 mm de diámetro). Muchos de estos dispositivos están diseñados para medir las características de la superficie de sustratos pequeños, como las obleas de silicio. Tanto para sustratos grandes como para pequeños, por lo general son necesarias múltiples lecturas tomadas en varios lugares del sustrato para obtener una muestra representativa de las características del revestimiento o de la superficie. El tamaño de punto más grande de la presente invención permite la integración de propiedades superficiales en un área entre 50 y 100 veces o más grande que la proporcionada por los dispositivos de fibra óptica convencionales, lo que proporciona una muestra representativa de la región local de la superficie desde la que se refleja la luz.
Otro aspecto de la invención es proporcionar un medio para correlacionar los datos fotométricos obtenidos a partir de la luz reflejada en la superficie de un sustrato y recogida por el fotodetector. Por ejemplo, la superficie puede tener un revestimiento de mejora del rendimiento endurecido previamente, tal como un revestimiento antirreflectante, o una solución líquida precursora de revestimiento recién aplicada. Opcionalmente, la superficie puede no estar revestida, donde se puede realizar una medición para obtener datos de referencia de la reflectancia inicial para una comparación antes y después cuando se aplica un revestimiento. Los datos fotométricos brutos recogidos pueden proporcionar una medida de la reflectancia de la superficie del sustrato, como, por ejemplo, para medir la atenuación del porcentaje de reflexión después de la aplicación de un revestimiento antirreflejos.
Otra medida derivada de los datos fotométricos brutos puede ser el espesor y la calidad de cobertura de una capa nueva de solución precursora de revestimiento. Los datos fotométricos pueden estar en forma de datos de intensidad espectral. En este caso, el fotodetector puede incorporar un espectrómetro que puede escanear en un intervalo de longitudes de onda. En otras realizaciones, el fotodetector puede ser un fotodiodo o fototransistor simple que está adaptado para medir a través de un amplio espectro de luz, y puede usarse para medir la intensidad integrada en todo el espectro UV e IR cercano visible al que es sensible, o una parte del mismo, si, como ejemplo, se usa un filtro de paso de banda. Otro aspecto de la presente innovación es que esta información puede usarse para el control de retroalimentación en un bucle de control del procedimiento de revestimiento para el aparato de revestimiento. El aparato de revestimiento puede controlarse mediante un operador humano en un conjunto de realizaciones, por lo que el bucle de control es un bucle abierto, o puede controlarse mediante una máquina en otro conjunto de realizaciones, lo que requiere un bucle de control de retroalimentación cerrado.
Las señales se pueden utilizar para indicar el espesor de un revestimiento. Como ejemplo, una lectura de intensidad de reflectancia promedio relativamente alta y un cambio hacia la parte rojiza del espectro en la luz reflejada pueden indicar que un revestimiento de mejora del rendimiento sea demasiado grueso cuando se aplique. El operador o el sistema de control automático puede necesitar ajustar la velocidad del aplicador o disminuir la viscosidad de la solución precursora del revestimiento. Como el tamaño del punto es grande, las variaciones que se encuentran normalmente tanto en las irregularidades del revestimiento como en las variaciones en la superficie del sustrato subyacente, como el vidrio de la cubierta del panel fotovoltaico o la superficie de la célula fotovoltaica, se integran sobre el área del punto y son recogidas por el fotodetector. Por tanto, el fotodetector recibe un espectro de reflexión que se promedia sobre el tamaño del punto relativamente grande. Los datos de intensidad espectral se pueden promediar en un intervalo de longitudes de onda para determinar un componente predominante o una región espectral. Restando la lectura de un área medida antes del revestimiento de la lectura de la misma área después del revestimiento, se pueden anular variaciones distintas a las del revestimiento en sí.
Se pueden realizar múltiples lecturas, por ejemplo, en áreas muy grandes donde se pueden muestrear varias ubicaciones en la superficie del sustrato o múltiples superficies del sustrato. De esta forma, se puede evaluar la uniformidad de las características de la superficie. Como ejemplo, para un revestimiento antirreflectante, se puede cuantificar la uniformidad del espesor y la calidad del revestimiento. Esto es en particular ventajoso para aplicar nuevos revestimientos a un sustrato, como un panel fotovoltaico, o a múltiples sustratos, como una matriz de paneles solares. Un operador de un aparato de revestimiento puede utilizar el sensor de reflectancia portátil innovador para controlar la calidad del procedimiento de revestimiento midiendo las características espectrales de la luz reflejada. Como ejemplo de un procedimiento de uso, un operador del aparato de revestimiento puede primero tomar medidas de referencia en un panel fotovoltaico sin revestimiento, a continuación aplicar una película fina de solución líquida precursora que se endurecerá para formar un revestimiento terminado, como un revestimiento antirreflectante.
El sensor de reflectancia portátil innovador puede incluir circuitos de procesamiento de señales que comprenden un microprocesador y una memoria integrados, donde se pueden almacenar uno o más algoritmos y/o tablas de consulta para la correlación de las medidas con las características conocidas de la película. Como ejemplo, el sensor portátil puede incluir un espectrómetro que está programado para escanear un intervalo de longitudes de onda y registrar intensidades espectrales. Los datos pueden digitalizarse y almacenarse como datos binarios en la memoria integrada, donde el microprocesador puede comparar los datos de intensidad reflejados por el revestimiento líquido recién aplicado con los datos de referencia tomados de la superficie desnuda (sin revestimiento) del panel fotovoltaico. En otra realización, los datos también pueden descargarse a un sistema externo de almacenamiento y recuperación de datos, al que se accede mediante el sensor portátil utilizando medios con cables o inalámbricos.
Como ejemplo de control de procedimiento mediante el uso del sensor portátil innovador, el algoritmo de comparación puede revelar que las intensidades espectrales de reflexión son más altas de lo esperado para un revestimiento antirreflectante y, además, las intensidades son más fuertes en el extremo rojo del espectro medido, donde han sido desplazadas al rojo en comparación con el espectro reflejado esperado (por ejemplo, en comparación con un porcentaje de película de coincidencia de índice de espesor de onda). Estas características espectrales indicarían que el revestimiento es demasiado grueso. En este ejemplo, puede ser más grueso que el espesor de longitud de onda de porcentaje necesario para cancelar reflejos en longitudes de onda más centralizadas, por lo que se desafina y permite que se reflejen longitudes de onda más largas que en el caso de una película con el porcentaje de espesor de longitud de onda adecuado.
Otro aspecto de la innovación puede ser la inclusión de un algoritmo para presentar recomendaciones al operador en cuanto a las etapas necesarias para ajustar el procedimiento de revestimiento para optimizar el revestimiento. Aquí, el espesor del revestimiento puede ser una función de la velocidad del aplicador y la viscosidad de la solución líquida precursora del revestimiento. El procedimiento de revestimiento se puede ajustar, por ejemplo, cambiando la velocidad del aplicador o cambiando la viscosidad de la solución. Además, el espesor del revestimiento puede corregirse, si se encuentra fuera de especificación mediante mediciones tomadas con el innovador sensor portátil, mediante la aplicación de un revestimiento de composición.
En otras realizaciones de la innovación, las mediciones de la temperatura del aire y las temperaturas de la superficie del sustrato se pueden incorporar en el diseño y algoritmos del sistema de sensor portátil. Las mediciones térmicas pueden usarse para optimizar aún más el procedimiento de revestimiento, ya que el algoritmo de optimización puede tomar en consideración las tasas de evaporación y endurecimiento, preferentemente almacenadas en la memoria integrada y ejecutadas por un microprocesador integrado, de manera que se ajusten las recomendaciones al operador en cuanto a la velocidad de revestimiento óptima y la viscosidad de la solución, por ejemplo. En realizaciones adicionales, los sensores de humedad también pueden ser parte de la matriz de sensores para refinar aún más el procedimiento de revestimiento, si, por ejemplo, la humedad relativa afecta la tasa de evaporación del disolvente utilizado en la solución precursora, o si la humedad afecta a (o es necesaria para iniciar) la química de endurecimiento del revestimiento.
En otras realizaciones de la presente innovación, un sistema de control automatizado puede reemplazar al operador del aparato de revestimiento como receptor de la retroalimentación del innovador circuito de procesamiento de señales del sensor portátil. El sistema de control automatizado puede adaptarse para responder directamente a la retroalimentación que emite el innovador circuito de procesamiento de señales del sensor portátil. En un ejemplo, el sensor portátil innovador puede montarse en un aparato de revestimiento y configurarse para medir de forma continua o intermitente las características de la superficie mediante espectrometría de reflexión. En este ejemplo, el sensor portátil está dirigido a la superficie del sustrato detrás del aparato, de modo que se pueda medir la superficie recién revestida. Se pueden evaluar las características del revestimiento recién aplicado, y la velocidad del aparato de revestimiento se puede controlar mediante un circuito de retroalimentación cerrado. En otras realizaciones, un sensor portátil puede estar situado de tal manera que mida la reflexión del sustrato antes del revestimiento y otro sensor portátil puede estar situado para medir la reflexión del sustrato después del revestimiento, donde la diferencia en las mediciones de reflexión se utiliza para notificar el procedimiento de revestimiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Fig. 1a. Representación esquemática de los componentes del innovador sensor portátil, donde se muestra una realización que comprende un fotodetector.
Fig. 1b. Representación esquemática de los componentes del innovador sensor portátil, donde se muestra una realización que comprende un espectrómetro.
Fig. 2a. Esquema operativo del innovador sensor portátil.
Fig. 2b. Vista ampliada de una parte iluminada de la superficie de un sustrato (revestida o no revestida), que muestra irregularidades y no uniformidades de la superficie
Fig. 3. Ejemplo de aparato de revestimiento móvil desplegado en un panel fotovoltaico, donde el sensor portátil innovador está montado en el chasis del aparato.
Fig. 4. Una vista en sección lateral de una realización del sensor portátil innovador montado en un aparato de revestimiento.
Fig. 5. Diagrama esquemático de una realización de un sistema de control electrónico para controlar un aparato de revestimiento móvil.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN
La figura 1a detalla un esquema de la innovación instantánea como se describe. El sistema de sensor portátil (100) se muestra en despliegue activo como un dispositivo portátil, donde está dispuesto sobre una superficie de sustrato, donde se está midiendo el sustrato (101). La fuente de luz incidente (102) emite luz, que puede ser sustancialmente luz de banda ancha (luz «blanca») o luz de color de banda estrecha, que emana de una variedad de fuentes de luz. Por ejemplo, se pueden usar fuentes de luz incandescentes que tengan revestimientos que produzcan distintos espectros visibles y de IR, o temperaturas de cuerpo negro, como está disponible comercialmente con bombillas incandescentes. También se pueden utilizar otras fuentes, como lámparas de mercurio, fuentes de descarga luminiscente de gas inerte (cátodo frío y calentado), fuentes de láser o LED. Además, se pueden emplear fuentes de luz «blanca» que utilicen filtros de paso de banda o de corte. La elección puede depender del intervalo espectral deseado de la luz incidente. Los rayos de luz se muestran incidentes sobre el sustrato (101) y se reflejan de forma especular al fotodetector (103).
Las realizaciones adicionales de esta innovación pueden incluir múltiples fuentes de luz del mismo o distinto tipo y múltiples fotodetectores del mismo o distinto tipo. Los distintos tipos pueden usarse para detectar con mayor precisión las longitudes de onda particulares de interés. Por ejemplo, una fuente de luz y/o fotodetector sintonizado para identificar con mayor precisión las longitudes de onda azules junto con una fuente de luz y/o fotodetector sintonizado para identificar con mayor precisión las longitudes de onda verdes o rojas puede proporcionar información precisa sobre las características del revestimiento sin tener que integrarse en todo el espectro. Tales fuentes de luz especialmente sintonizadas y/o fotodetectores pueden operar en paralelo o secuencialmente entre sí en el procedimiento de medición.
Esto se muestra en la figura 1a, donde el fotodetector secundario (104) está posicionado para recoger la luz periférica que emana de la fuente (102). Las señales de los fotodetectores (103) y (104) se envían a la placa de procesamiento de señales (105) a través de cables (106). La placa (105) también está en comunicación electrónica o eléctrica con la fuente de luz (102) a través de un cable (106). Además, la placa (105) está en comunicación electrónica con la pantalla (107). Un puerto de salida adicional (113) se muestra en la placa (105) donde el puerto de salida puede ser un puerto USB, un puerto RS232 o un puerto paralelo para el intercambio de datos con un dispositivo informático externo. En otras realizaciones, también se puede incluir un CI de comunicación inalámbrica, como un CI de Bluetooth, celular o wifi, para la comunicación inalámbrica con un dispositivo informático externo o Internet.
En otra realización de esta innovación, se pueden usar uno o más fotodetectores secundarios (104) junto con el fotodetector primario para medir y monitorizar la salida de luz de una o más fuentes de luz, y retroalimentar los datos al microprocesador para corregir las fluctuaciones de la fuente de luz o la deriva de la fuente de luz que pueden cambiar las medidas de reflexión. En la figura 1b, el fotodetector (103) se reemplaza por la lente (108). La lente (108) recoge la luz reflejada y la enfoca hacia la entrada de un acoplador de fibra óptica (109). A continuación, la luz se guía a través de la fibra óptica (110) al espectrómetro o espectrofotómetro (111), que se muestra conectado a la placa (105) mediante un cable (106). La placa (105) puede comprender un microprocesador que lee los datos espectrales del espectrómetro (111) al recibir una orden. Otras realizaciones de la presente innovación pueden comprender una combinación de espectrómetro (111) y fotodetector (103). Un ejemplo de un espectrómetro en miniatura adecuado para cumplir esta función es un Avantes AvaSpec Micro, el microspectrómetro STS de Ocean Optics, por nombrar algunos de los dispositivos adecuados.
En la figura 2a, se muestra nuevamente el esquema básico del innovador sensor portátil, con el sustrato (201) iluminado por la fuente de luz (202) y reflejando la luz al fotodetector (203) que alimenta su señal a la placa de procesamiento de señales (204 ). Según la innovación, el área de la sección transversal del tamaño de punto es de al menos 1 cm2 de área. En la figura 2b, se muestra una vista ampliada de la región iluminada por la luz incidente. La región iluminada tiene una pluralidad de irregularidades en una porción de sustrato revestido, donde están presentes una pluralidad de pequeñas asperezas y áreas delgadas, lo que da como resultado microvariaciones del espesor del revestimiento. En esta realización, el fotodetector (203) no está adaptado para resolver espacialmente la luz que incide sobre él. Los rayos de luz individuales reflejados de la totalidad de estas microvariaciones pueden integrarse cuando se recogen en el fotodetector (203) de modo que las variaciones de intensidad en los rayos de luz individuales se promedien espacialmente como para un solo nivel de señal. El fotodetector (203) puede comprender un espectrómetro, adaptado para resolver la intensidad de la luz en función de la longitud de onda. Alternativamente, el fotodetector puede comprender un fotodiodo o fototransistor adaptado para producir un nivel de voltaje correspondiente a la intensidad de luz promediada de la luz reflejada. Además, pueden usarse filtros, tales como filtros de paso de banda o de corte, para bloquear partes del espectro de luz junto con un fotodiodo o detectores de fototransistor para aproximarse a un espectrómetro.
Con referencia de nuevo a la figura 2a, la señal generada por el fotodetector (203) se alimenta al circuito de procesamiento de señales (204) que está en comunicación electrónica con el fotodetector (203). En la figura 3, un aparato de revestimiento (300) del tipo descrito en la solicitud de patente en tramitación de los EE.UU. 14/668.956 se muestra moviéndose a lo largo del sustrato (301). La velocidad y trayectoria del aparato de revestimiento (300) pueden controlarse de forma totalmente manual mediante un operador humano, o controlarse de forma totalmente automática, o pueden controlarse al menos parcialmente de forma automática, con algún grado de guía o manipulación por parte de un operador humano. El aparato de revestimiento (300) comprende cabezales de revestimiento (302) y una realización montada de la innovación instantánea (303). Una flecha muestra la dirección de desplazamiento del aparato (300). La innovación instantánea (sensor portátil) (303) se muestra montada en el chasis (304) del aparato de revestimiento (300) donde se extiende sobre la parte trasera o de atrás.
En la figura 4 se muestra una vista en sección lateral detallada del innovador sensor portátil (400) basado en la realización montada (203) de la figura (2). El sensor portátil (300) como se describe en la presente descripción se muestra montado en el lado trasero del chasis (401) del aparato de revestimiento móvil. También se muestra fijado al chasis (401) el cabezal de revestimiento (402) y el motor (403) que está acoplado a la rueda (404). El sensor portátil (400) se muestra como una vista en sección lateral, que revela los componentes internos. Estos componentes comprenden la fuente de luz (405) y el fotodetector (406), donde la fuente (405) ilumina un haz de luz amplio que forma un tamaño de punto con un área de sección transversal de al menos 1 cm2 sobre la superficie del sustrato (409). La luz se refleja desde el sustrato (409) al fotodetector (406).
Como se especificó anteriormente, el fotodetector (406) puede ser un espectrómetro adaptado para escanear en un intervalo de longitudes de onda, o un fotodiodo o fototransistor que integra intensidades de luz en un amplio intervalo de longitudes de onda. Como se describió anteriormente, la señal sin procesar del fotodetector (406) se alimenta a la placa de procesamiento de señales (407) que comprende un microprocesador y una memoria integrada. El microprocesador puede ejecutar algoritmos almacenados en la memoria interna que digitalizan la señal analógica en datos binarios, a continuación analizan los datos como mediciones fotométricas como datos espectrales o datos de reflectancia general para mostrar cambios en la reflectancia de la superficie antes y después de la aplicación de una solución de revestimiento por el aparato de revestimiento. Las rutinas de análisis pueden requerir datos de referencia para la comparación, lo que requiere una medición del sustrato sin revestir o de un sustrato previamente revestido. Se pueden comparar los datos antes y después, y los cambios en las características espectrales o los valores de reflectancia pueden correlacionarse con las características del revestimiento, como el espesor de la película.
Para esta conclusión, el microprocesador puede utilizar una tabla de consulta o fórmulas de cálculo como parte del algoritmo. Por ejemplo, un desplazamiento hacia el rojo en el espectro de reflectancia puede indicar que la película es demasiado gruesa. A continuación, los algoritmos pueden generar datos de control de retroalimentación que pueden enviarse como valores legibles por humanos o como señales de comando a la electrónica de accionamiento del motor, de manera que se forma un bucle de control cerrado con el accionamiento del motor. Con referencia a la figura 4, la placa de procesamiento de señales (407) se muestra en comunicación electrónica con la electrónica de accionamiento del motor (403) a través del cable de señal (408). Las señales de comando pueden ordenar al motor que se desacelere, ya que el espesor de la película disminuye a velocidades más lentas del aparato de revestimiento móvil.
Una realización de la descripción anterior se muestra más explícitamente en el diagrama de la figura 5 que muestra un sistema de control (500) para un aparato de revestimiento móvil, por ejemplo, como se describe en la solicitud de patente en tramitación de los EE. UU. 14/668.956.
El sistema de control del aparato de revestimiento móvil ejemplar (500) puede estar gobernado parcial o totalmente por un microprocesador (501) que puede estar incorporado físicamente en la placa de procesamiento de señales (502).
Se muestra que el microprocesador (501) está en comunicación electrónica con el fotodetector/espectrómetro (503) y la placa electrónica del controlador del motor (504). Señales analógicas de tensión o corriente procedentes del fotodetector/espectrómetro (503) pueden digitalizarse a código binario mediante una unidad de convertidor analógico a digital (ADC) que reside en el propio fotodetector (503), o por un ADC integrado en el chip del microprocesador, o por una unidad de ADC separada que reside en la placa de procesamiento de señales (502). Señales analógicas sin procesar generadas por el fotodetector/espectrómetro (503) pueden constituir datos fotométricos, donde los datos fotométricos pueden comprender información espectral, o al menos información integrada sobre la intensidad de la luz. Los datos fotométricos, a su vez, relacionan características del revestimiento, en estado no endurecido o endurecido, como reflectancia total, reflectancia espectral y medidas indirectas como espesor y rugosidad de la película. La conversión de las señales del fotodetector en formato binario puede constituir datos fotométricos, leídos por el microprocesador (501).
En consecuencia, el microprocesador (501) puede emitir comandos de control del motor generados por uno o más algoritmos incorporados en software almacenados en una RAM o ROM accesible por el microprocesador (501), donde los algoritmos procesan la salida de datos fotométricos del fotodetector/espectrómetro (503) . Los comandos emitidos por el microprocesador (501) puede recibirlos la placa electrónica de control del motor (504) en forma de niveles de voltaje analógico continuo o pulsos de voltaje para impulsar un motor paso a paso o un motor de corriente continua, cualquiera de los tipos mostrados esquemáticamente por el motor (505). Tanto la dirección como la velocidad del motor pueden controlarse mediante la placa electrónica de control del motor (504). El circuito de control constituye una realización de circuito cerrado del sistema de control del aparato de revestimiento móvil, que es un control automático basado en decisiones tomadas por algoritmos incorporados en el software ejecutado por el microprocesador (501).
En otra realización, el sistema de control del aparato de revestimiento móvil puede ser un sistema de control de bucle abierto. El microprocesador (501) también se muestra en comunicación electrónica con la pantalla legible por humanos (506) mientras que la placa electrónica de control del motor (502) también se muestra en comunicación electrónica con la consola de control manual del motor (507). En el esquema de control de bucle abierto, un operador humano puede leer la salida mostrada en la pantalla legible por humanos (506) que puede ser una pantalla LCD de entrada en serie o en paralelo. En el ejemplo mostrado en la figura 5, se proporciona un interruptor de selección (508) para seleccionar entre control manual o control por microprocesador de la electrónica del controlador del motor. Para facilitar el control manual del procedimiento de revestimiento, los algoritmos de análisis incorporados por el software almacenado en una RAM o ROM accesible al microprocesador (501) pueden adaptarse para comunicar recomendaciones de optimización del procedimiento que se muestran electrónicamente al operador humano, utilizando una pantalla legible por humanos (506) dispuesta en un sensor portátil innovador de mano o montada en un aparato, por ejemplo. El microprocesador (501) también puede estar en comunicación electrónica con una interfaz de red inalámbrica (no mostrada) adaptada para transmitir datos a través de Internet de forma inalámbrica en algunas realizaciones para su visualización en un dispositivo informático.
La salida de caracteres del microprocesador (501) a la pantalla legible por humanos (506) puede estar en un formato comprensible para el operador humano e indicar, por ejemplo, recomendaciones de velocidad del motor y/o el operador humano puede controlar la dirección, con el fin de mantener una calidad de revestimiento optimizada. La decisión sobre a qué velocidad deberá moverse el aparato a lo largo del sustrato, por ejemplo, puede basarse en datos fotométricos generados por el fotodetector/espectrómetro (503). A modo de ejemplo, los datos fotométricos pueden indicar el espesor del revestimiento, que puede depender de la velocidad del aparato. Estas recomendaciones también pueden incluir exhortaciones para disminuir la viscosidad de la solución de revestimiento o cambiar el revestimiento de maquillaje para optimizar el rendimiento del revestimiento. En la realización de control de bucle abierto, los datos de control se envían al operador humano por medio de una pantalla legible por humanos (506). El operador humano puede leer e interpretar los datos de control y controlar la velocidad y dirección del motor (505) por medio de la consola de control manual del motor (507). El control de velocidad manual giratorio (509) puede comprender un potenciómetro o un codificador giratorio. Se pueden usar otras formas de control manual, como un potenciómetro deslizante lineal. El interruptor de doble tiro (510) puede manipularse para controlar la dirección del motor, lo que hace que el aparato de revestimiento móvil avance en la dirección de avance o retroceso.
EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE USO
A continuación se describirá un ejemplo de cómo se emplea la innovación instantánea. Un sustrato, como un panel fotovoltaico, puede desplegarse en una matriz o individualmente en un entorno al aire libre. Se desea reequipar el panel con un revestimiento antirreflectante, para el que se proporciona un aparato de revestimiento del tipo descrito en solicitud de patente en tramitación de los EE. UU. 14/668.956. Este dispositivo de revestimiento puede comprender ruedas y cabezales de revestimiento de manera que se pueda desplegar para rodar sobre un panel fotovoltaico y depositar una solución líquida precursora de revestimiento que se endurecerá después de la aplicación.
Un operador equipado con una versión portátil del innovador sensor de reflectancia de luz portátil puede desplegarlo en la superficie del panel antes de aplicar el revestimiento, para obtener una medida de referencia del porcentaje de reflexión de la luz incidente como datos fotométricos. Después de la medición de la línea de base, el revestimiento se aplica mediante el aparato de revestimiento. A continuación se toma una segunda medida de reflexión porcentual. El circuito de procesamiento de señales digitaliza los datos de ambas mediciones y se almacenan en una memoria integrada.
A continuación los circuitos de procesamiento de señales a bordo del sensor portátil instantáneo procesan los datos, como se describió anteriormente, donde se comparan las dos mediciones. Se obtuvo un cambio en el porcentaje de reflexión, con los datos de la segunda medición correlacionados con el estado de la solución de revestimiento recién aplicada. A continuación, el circuito de procesamiento de señales muestra la información al operador. Si el revestimiento es demasiado grueso o fino, se muestran instrucciones o recomendaciones al operador como un procedimiento de retroalimentación al operador en control para ajustar la velocidad del aparato de revestimiento o para alterar la viscosidad de la solución de revestimiento. La información también se puede transmitir mediante la conexión a un ordenador portátil, o de forma inalámbrica a un teléfono inteligente en posesión del operador en el sitio, o al personal en un sitio remoto.
Las realizaciones de la innovación descritas anteriormente son ejemplares, y de ninguna manera se pretende que se interpreten como limitantes de la innovación. Los expertos en la materia reconocen que son posibles otras variaciones sin apartarse del alcance de la innovación, como se reivindica en las reivindicaciones siguientes.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) adaptado para aplicar una solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento a sustratos grandes (101, 201, 301,409) formados por paneles fotovoltaicos, donde dicho sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) puede moverse a lo largo de dicho sustrato (101, 201, 301, 409), que comprende:
un aparato de revestimiento de sustrato que tiene un medio (302, 402) para aplicar la solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento al sustrato (101, 201, 301, 409), caracterizado por:
un sensor portátil (303) montado en un chasis (304, 401) del sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) que comprende:
una fuente de luz (102) adaptada para iluminar una región de un sustrato (101,201, 301,409) con un área de sección transversal de punto de al menos 1 cm2, en la superficie del sustrato; y
un fotodetector (203, 406) adaptado para recoger al menos una parte de la luz que emana de dicha fuente de luz (202, 405) que se refleja desde dicha superficie del sustrato;
un circuito de procesamiento de señales (105) en comunicación electrónica con el fotodetector (406), donde dicho circuito de procesamiento (105) está adaptado para leer y procesar la señal electrónica emitida por el fotodetector (103) para generar datos fotométricos; y
medios (407, 501) para controlar el aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) en base al análisis de dichos datos fotométricos.
2. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 1, donde el circuito de procesamiento de señales es parte de un circuito de retroalimentación para controlar la velocidad del aparato de revestimiento de sustrato (302, 402).
3. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde el sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) se puede mover a lo largo de dicho sustrato (101,201,301,409) mediante ruedas accionadas por motor (404).
4. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 3, donde el circuito de procesamiento de señales (105) está adaptado para ordenar al motor que impulsa las ruedas que disminuyan la velocidad, lo que reduce la velocidad del aparato de revestimiento móvil (302, 304) a través de el sustrato (101, 201, 301,409) si se determina que el revestimiento es demasiado grueso.
5. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de cualquier reivindicación anterior, donde los datos fotométricos son datos de medición de la intensidad de reflexión de la superficie del sustrato (101).
6. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde los datos fotométricos son datos de medición de la intensidad espectral promediada en un intervalo de longitud de onda desde la superficie del sustrato (101).
7. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 5 o la reivindicación 6, donde el sensor portátil (303) está adaptado para determinar la intensidad de reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta del espectro de luz, utilizando un filtro de paso de banda o filtro de corte o la intensidad de reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta, o integrando la luz recibida en al menos uno de estos intervalos desde dicha región del sustrato.
8. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 7, donde el sensor portátil (303) está adaptado para determinar dicha intensidad de reflexión de la luz de una región no revestida del sustrato.
9. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 7, donde el sensor portátil (303) está adaptado para determinar dicha intensidad de reflexión de la luz de una región revestida del sustrato.
10. El sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) de la reivindicación 8 y la reivindicación 9, donde la luz recibida comprende reflejos de luz no uniformes reflejados desde al menos uno de los siguientes:
falta de uniformidad en al menos uno o más cubreobjetos de paneles solares,
falta de uniformidad en la superficie de una célula fotovoltaica, o
falta de uniformidad en el revestimiento de uno o más paneles solares; y donde el circuito de procesamiento de señales (105) está adaptado para determinar si el revestimiento es demasiado grueso mediante:
el análisis de cómo la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta del espectro de luz o la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta recibida del área revestida del sustrato se desplaza con respecto a dicha intensidad de reflexión de la luz desde el área no revestida,
o la comparación de la intensidad de la reflexión de la luz a través del espectro tanto del área revestida como del área no revestida con la reflexión espectral esperada, como el espectro reflejado de % de una película de coincidencia de índice de espesor de onda.
11. Un procedimiento de uso de un sensor (400) para determinar las características de una solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento durante la aplicación de dicha solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento a sustratos grandes (101, 201, 301, 409) formados por paneles fotovoltaicos, donde el procedimiento comprende las etapas de:
proporcionar una superficie de sustrato (409) adaptada para recibir la solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento; donde el procedimiento se caracteriza por:
proporcionar un sistema de revestimiento de sustrato (300, 400) que se pueda mover a lo largo de dicho sustrato (101, 201,301,409), donde dicho sistema de revestimiento de sustrato comprende: un aparato de revestimiento de sustrato que tiene un medio (302, 402) para aplicar la solución líquida precursora de revestimiento que mejora el rendimiento al sustrato (101, 201, 301, 409); un sensor portátil (303) que comprende un fotodetector (406) montado en un chasis (304, 401) del sistema de revestimiento de sustrato (300, 400); y una fuente de luz (405)
usar la fuente de luz (405) para iluminar una región del sustrato (409) con un área de sección transversal de punto de al menos 1 cm2 en la superficie del sustrato;
usar el fotodetector (406) para recoger al menos una parte de la luz que emana de dicha fuente de luz (405) que se refleja desde dicha superficie de sustrato (409);
usar un circuito de procesamiento de señales (407) en comunicación con el fotodetector (406) para leer y procesar una señal electrónica emitida por el fotodetector (406) para generar datos fotométricos; y
controlar el aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) en base al análisis de dichos datos fotométricos.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende las etapas de:
determinar la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta del espectro de luz utilizando un filtro de paso de banda o filtro de corte o la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta mediante la integración de la luz recibida en al menos uno de estos intervalos de dicha región del sustrato antes de la aplicación de la solución líquida precursora del revestimiento que mejora el rendimiento y después de la aplicación de la solución líquida precursora del revestimiento que mejora el rendimiento
analizar la luz que emana de dicha fuente de luz (405) que se refleja desde dicha superficie de sustrato (409) ya que comprende reflejos de luz no uniformes reflejados desde al menos uno de los siguientes: falta de uniformidad en al menos uno o más vidrios de cobertura de los paneles solares, falta de uniformidad en la superficie de una célula fotovoltaica o falta de uniformidad en el revestimiento de uno o más paneles solares; y
utilizar el circuito de procesamiento de señales (105) para determinar si el revestimiento es demasiado grueso mediante:
el análisis de cómo la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta del espectro de luz o la intensidad de la reflexión de la luz en al menos parte del intervalo infrarrojo, visible o ultravioleta recibida del área revestida del sustrato se desplaza con respecto a dicha intensidad de reflexión de la luz desde el área no revestida,
o la comparación de la intensidad de la reflexión de la luz a través del espectro tanto del área revestida como del área no revestida con la reflexión espectral esperada, como el espectro reflejado de % de una película de coincidencia de índice de espesor de onda.
13. El procedimiento de la reivindicación 12, donde la etapa de controlar dicho aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) comprende leer, por un operador humano, los datos mostrados en un dispositivo de visualización (506) a dicho operador humano, donde el operador humano ajusta manualmente parámetros de control para controlar dicho aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) según los datos presentados.
14. El procedimiento de la reivindicación 12, donde la etapa de controlar dicho aparato de revestimiento de sustrato (302, 402) comprende hacer ajustes a la velocidad de deposición de la solución de revestimiento desde el aparato de revestimiento de sustrato para optimizar las propiedades de mejora del rendimiento del revestimiento.
15. Sistema o procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho revestimiento es un revestimiento antirreflejos.
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