ES2903153T3

ES2903153T3 - Módulo solar con soporte de módulo aislado eléctricamente, procedimiento para su fabricación y uso de una capa adhesiva para sujetar el soporte de módulo

Info

Publication number: ES2903153T3
Application number: ES14738820T
Authority: ES
Inventors: Peter Borowski; Oliver Schneider
Original assignee: CNBM Bengbu Design and Research Institute for Glass Industry Co Ltd
Current assignee: CNBM Bengbu Design and Research Institute for Glass Industry Co Ltd
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: CN105340082B; JP6401261B2; KR20160030229A; WO2015004244A1; EP3020073B1; EP3020073A1; CN105340082A; US20160155874A1; JP2016531537A

Abstract

Módulo solar (1), que comprende al menos - un sustrato (2) y una capa cobertora (30), entre los cuales se dispone una estructura de capas (23) para formar células solares (31), y - sobre una superficie de sustrato (3) opuesta a la estructura de capas (23) al menos un soporte de módulo (4) hecho de un material metálico para el refuerzo y/o montaje portante del módulo solar (1), que presenta al menos una superficie adhesiva (19) que está adherida mediante al menos una capa adhesiva (20) a la superficie de sustrato (3), caracterizado por que la capa adhesiva (20) contiene un adhesivo curado, eléctricamente altamente aislante (35), en el que el adhesivo (35) presenta una resistencia específica de >=1500 GOhm*cm, preferentemente >4000 GOhm*cm, de forma particularmente preferente de 5000 GOhm*cm a 15000 GOhm*cm, en el que el espesor (d) de la capa adhesiva (20) es de 1 mm a 3 mm, en el que el módulo solar que no presenta un marco metálico y está provisto de una puesta a tierra solamente a través del al menos un soporte de módulo (4).

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo solar con soporte de módulo aislado eléctricamente, procedimiento para su fabricación y uso de una capa adhesiva para sujetar el soporte de módulo

La invención se refiere a un módulo solar con un soporte de módulo aislado eléctricamente y un procedimiento para su fabricación y el uso de una capa adhesiva para sujetar el soporte de módulo.

Los sistemas de capas fotovoltaicas para la conversión directa de la luz solar en energía eléctrica son bien conocidos. Estos se denominan comúnmente "células solares", en los que el término "células solares de capa delgada" se refiere a sistemas de capas con un espesor de sólo unos pocos micrómetros que requieren sustratos (soportes) para una resistencia mecánica suficiente. Los sustratos conocidos incluyen vidrio inorgánico, plásticos (polímeros) o metales, en particular aleaciones metálicas, y se pueden configurar como placas rígidas o láminas flexibles, dependiendo del espesor de capa respectivo y las propiedades específicas del material.

En términos de manejabilidad tecnológica y eficiencia, las células solares de capa delgada con una capa semiconductora de silicio amorfo, micromorfo o policristalino, telururo de cadmio (CdTe), arseniuro de galio (GaAs) o un compuesto de calcopirita, en particular disulfuro/diseleniuro de cobre-indio/galio, abreviadas por la fórmula Cu(In,Ga)(S,Se)², han demostrado ser ventajosos. En particular, el seleniuro de cobre-indio (CuInSe²o CIS) se caracteriza por un coeficiente de absorción particularmente alto debido a su banda prohibida, que se adapta al espectro de la luz solar.

Con células solares individuales, típicamente solo se pueden alcanzar niveles de voltaje de menos de 1 voltio. Para obtener un voltaje de salida técnicamente utilizable, un gran número de células solares en un módulo solar se conectan entre sí en serie. Aquí, los módulos solares de capa delgada ofrecen la ventaja particular de que las células solares ya se pueden conectar de forma integrada mientras se producen las capas. Los módulos solares de capa delgada ya se han descrito varias veces en la bibliografía de patentes. Se hace referencia a los documentos DE 4324318 C1 y EP 2200097 A1 meramente a modo de ejemplo.

En la práctica, los módulos solares se montan en los techos de los edificios (montaje sobre el techo) o forman parte del revestimiento del techo (montaje en el techo). También se conoce el uso de módulos solares como elementos de fachada o de pared, en particular en forma de estructuras de vidrio autónomas o autoportantes (sin soportes).

El montaje en el techo de los módulos solares se realiza, por lo general, en paralelo al techo en un sujetador de módulo anclado al techo o una subestructura del techo. Un sujetador de módulo de este tipo comprende habitualmente un sistema de raíles con raíles de soporte paralelos, por ejemplo, raíles de aluminio, que se sujetan mediante anclajes de acero en tejados de tejas o tornillos en tejados de chapa ondulada o chapa trapezoidal.

Es una práctica común dotar al módulo solar de un marco de módulo de aluminio, que, por un lado, efectúa un refuerzo mecánico y, por otro lado, se puede utilizar para montar el módulo solar en el sujetador de módulo.

Más recientemente, se han producido cada vez más módulos solares sin marco que tienen un peso de módulo reducido y se pueden fabricar con costes de producción reducidos. Por lo general, los módulos solares sin marco están provistos en su lado posterior de soportes de módulo de acero o aluminio, que se pegan al lado posterior del módulo. Al igual que el marco de módulo, los soportes de módulo tienen un efecto de refuerzo mecánico y se pueden utilizar para sujetar el módulo solar al sujetador de módulo. En ambos casos, los soportes de módulo se denominan a menudo puntales de refuerzo o rieles traseros "Backrails". En la bibliografía de patentes, los rieles traseros se describen, por ejemplo, en los documentos DE 102009057937 A1 y US 2009/0205703 A1.

Se sabe que, debido a los diferentes potenciales eléctricos entre el potencial de tierra en las inmediaciones del módulo solar y la estructura de capas fotovoltaicas, se establece un alto voltaje del sistema eléctrico de hasta 1500 V. La puesta a tierra del soporte de módulo típicamente significa que el área alrededor del módulo solar está a potencial de tierra. El alto voltaje del sistema conduce a altas intensidades de campo eléctrico entre los soportes de módulo y la estructura de capas fotovoltaicas. Como resultado, pueden ocurrir transitorios eléctricos o iones como los iones de sodio pueden salir del vidrio hacia o fuera de las capas delgadas de la estructura de capas fotovoltaicas. La corrosión o delaminación de las células fotovoltaicas conduce a una degradación permanente (inducida por potencial) del rendimiento o al fallo de los módulos solares.

Para alimentar energía eléctrica a la red de suministro público, los sistemas fotovoltaicos requieren la conmutación de módulos solares e inversores para convertir el voltaje continuo en voltaje alterno.

A partir del documento DE 102007050554 A1 se conocen sistemas fotovoltaicos con aumento de potencial para reducir la degradación del rendimiento en el uso a largo plazo. El potencial del polo positivo del circuito del módulo solar se desplaza contra el potencial de tierra en el inversor de modo que no se produzcan descargas eléctricas incontroladas del módulo solar a tierra.

Además, también se conocen inversores para sistemas fotovoltaicos que separan galvánicamente los módulos solares del potencial a tierra mediante un transformador aislante para evitar descargas incontroladas del sistema fotovoltaico a tierra. En este caso, sin embargo, es necesario utilizar inversores que se adapten laboriosamente a los módulos solares y que presenten una baja eficiencia eléctrica.

El documento DE 102009 044 142 A1 divulga un componente de capa delgada y, por ejemplo, un módulo solar sobre vidrio con un dispositivo de protección eléctricamente conductor. De este modo, la deriva de iones del cristal y/o las descargas eléctricas provocadas por un campo eléctrico se desplazan desde la estructura de capas funcional al dispositivo de protección eléctricamente conductor. La introducción del dispositivo de protección eléctricamente conductor como componente eléctrico adicional complica el proceso de fabricación del componente de capa delgada.

El documento FUKAE K ET AL.: "Proposal of unique PV system for large-scale photovoltaic power generation system", PROCEEDINGS OF THE 3RD WORLD CONFERENCE ON PHOTOVOL TAIC ENERGY CONVERSION: JOINT CONFERENCE OF 13TH PV SCIENCE & ENGINEERING CONFERENCE, 30TH IEEE PV SPECIALISTS CONFERENCE, 18TH EUROPEAN PV SOLAR ENERGY CONFERENCE; OSAKA INTERNATIONAL CONGRESS CENT, 18 de mayo de 2003 (2003-05-18), página 2815, XP031987909, ISBN: 978-4-9901816-0-4 muestra un módulo solar que se pega a una subestructura de hormigón mediante un adhesivo de silicona.

El documento WO 2013079375 A2 muestra un módulo solar sin marco con puntales de refuerzo metálicos, que se pegan al lado posterior del módulo solar mediante un adhesivo curable.

El objetivo de la presente invención es desarrollar un módulo solar con soportes de módulo (Backrails) de manera ventajosa, que esté protegido contra la degradación de rendimiento inducida por potencial independientemente de inversores y componentes eléctricos adicionales.

Estos y otros objetivos se consiguen de acuerdo con la propuesta de la invención mediante un módulo solar, así como un procedimiento de fabricación de un módulo solar y el uso de una capa adhesiva para la sujeción de un soporte de módulo en el módulo solar con las características de las reivindicaciones independientes. Configuraciones ventajosas de la invención están especificadas mediante las características de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, se muestra un módulo solar que presenta un sustrato y una capa cobertora, entre los cuales se encuentra una estructura de capas para formar células solares. El sustrato y la capa cobertora consisten, por ejemplo, en vidrio inorgánico, polímeros o aleaciones metálicas y están configurados, por ejemplo, como placas rígidas que se unen entre sí en lo que se conoce como estructura de panel laminado.

El módulo solar es, preferentemente, un módulo solar de capa delgada con células solares de capa delgada conectadas en serie, preferentemente de forma integrada. La estructura de capas comprende típicamente una capa de electrodo posterior, una capa de electrodo frontal, así como un absorbedor. El absorbedor comprende preferentemente una capa semiconductora de un compuesto de calcopirita, que puede ser, por ejemplo, un semiconductor I-III-VI del grupo disulfuro/diseleniuro de cobre-indio/galio-(Cu(In,Ga)(S,Se)²), por ejemplo, diseleniuro de cobre e indio (CuInSe²o CIS) o compuestos relacionados.

En la superficie de sustrato posterior, opuesta a la estructura de capas, se sujeta mediante encolado al menos un soporte de módulo para el refuerzo y/o montaje portante del módulo solar en un sujetador de módulo anclado de forma fija, como un sistema de riel. El soporte de módulo se extiende, preferentemente, a lo largo de los lados longitudinales de un módulo solar que es rectangular en vista en planta.

En una configuración ventajosa, el módulo solar de acuerdo con la invención presenta dos o cuatro soportes de módulo. Como resultado, el módulo solar se puede sujetar de forma segura con una buena distribución de la carga (por ejemplo, carga de viento) y un gasto mínimo de material. Por lo general, el soporte de módulo está hecho de un material diferente al, por ejemplo, el sustrato (soporte) de vidrio, en el que de acuerdo con la invención consiste en un material metálico, por ejemplo, aluminio o acero. Para la sujeción al sustrato, el soporte de módulo presenta al menos una superficie adhesiva, que está pegada a la superficie de sustrato posterior mediante una capa adhesiva hecha de un adhesivo curado.

Aquí es esencial que la capa adhesiva contenga o consista en un adhesivo eléctricamente altamente aislante, al menos en el estado curado. El efecto ventajoso del adhesivo eléctricamente altamente aislante puede entenderse en un modelo simple porque el adhesivo eléctricamente altamente aislante reduce significativamente o casi evita por completo la difusión de átomos extraños desde el sustrato al interior de la estructura de capas. Esto también se aplica a las altas diferencias de voltaje entre el soporte de módulo y la estructura de capas. Por lo tanto, hay muy poca o ninguna degradación de rendimiento inducida por potencial del módulo solar.

En el módulo solar de acuerdo con la invención, el adhesivo presenta una resistencia específica de >1500 GOhm*cm, preferentemente >4000 GOhm*cm y de forma particularmente preferente de 5000 GOhm*cm a 15000 GOhm*cm. En este caso, es particularmente ventajoso que el adhesivo presente esta resistencia específica en todo su ámbito de uso, es decir, con una diferencia de voltaje de hasta 1000 V entre la estructura de capas y el soporte de módulo, hasta 95 °C y hasta el 85 % humedad relativa. Dichos adhesivos eléctricamente altamente aislantes aíslan el soporte de módulo del sustrato y la estructura de capas fotovoltaicas de una manera particularmente favorable y son particularmente efectivos para prevenir la degradación de rendimiento inducida por potencial.

Los adhesivos ventajosos de acuerdo con la invención contienen adhesivos de silicona, poliuretanos, (poli)acrilatos o resinas epoxi. Los adhesivos particularmente ventajosos de acuerdo con la invención contienen adhesivos de silicona de uno o dos componentes. Dichos adhesivos son particularmente adecuados porque tienen propiedades altamente aislantes eléctricamente de acuerdo con la invención, así como buena procesabilidad y suficiente resistencia y resistencia a la intemperie.

En el módulo solar de acuerdo con la invención, el espesor d de la capa adhesiva, y en particular el espesor mínimo de la capa adhesiva es de 1 mm a 3 mm y de forma particularmente preferente de 1,5 mm a 2,5 mm. Dichos espesores de aíslan el soporte de módulo de la estructura de capas de una manera particularmente favorable y son particularmente efectivos para prevenir la degradación de rendimiento inducida por potencial.

En otra configuración ventajosa de un módulo solar de acuerdo con la invención, la superficie adhesiva es del 5 % al 20 % y preferentemente del 5 % al 10 % de la superficie de sustrato. Esto tiene la ventaja particular de que el flujo de corriente eléctrica, que puede provocar la migración de sodio, permanece limitado a un área pequeña.

Se ha demostrado que la degradación de rendimiento inducida por potencial depende en particular de la diferencia de voltaje entre la estructura de capas y el soporte de módulo. La reducción de la degradación de rendimiento de acuerdo con la invención es tanto más eficaz cuanto mayor es la diferencia de voltaje máxima. Es particularmente ventajoso que la diferencia de voltaje máxima sea superior o igual a 900 V, preferentemente de 900 V a 2000 V y de forma particularmente preferente de 1400 V a 1600 V.

En una configuración ventajosa de un módulo solar de acuerdo con la invención, la estructura de capas está dispuesta sobre el sustrato y unida a la capa cobertora con una capa intermedia. Con esta denominada configuración de sustrato, la degradación de rendimiento inducida por potencial en módulos solares de acuerdo con los antecedentes de la técnica sin adhesivo eléctricamente altamente aislado, debido a la proximidad espacial de la estructura de la capa fotovoltaica al soporte de módulo y las intensidades de campo eléctrico aumentadas resultantes, es particularmente grande. Sorprendentemente, mediante el uso de un adhesivo eléctricamente altamente aislante, la degradación de rendimiento inducida por potencial se puede reducir de manera particularmente eficaz.

En una configuración ventajosa de un módulo solar de acuerdo con la invención, el sustrato contiene o consiste en vidrio, preferentemente vidrio sodocálcico, de forma particularmente preferente con un contenido mínimo del 11 % en peso de Na²O. En un modelo simple, se puede entender la degradación de rendimiento inducida por potencial debido a la migración de iones de sodio desde el sustrato a la estructura de capas fotovoltaicas. El dopaje de sodio modificado de la estructura de capas, que se desvía del contenido óptimo, reduce el rendimiento del módulo solar. Mediante el adhesivo eléctricamente altamente aislante se reduce la intensidad del campo eléctrico y, por lo tanto, también la migración de iones extraños, como iones de sodio, desde el sustrato a la estructura de capas o dentro de la estructura de capas, y se mantiene el rendimiento del módulo solar.

El módulo solar de acuerdo con la invención no presenta un marco metálico que se utilice para estabilización o sujeción. Dichos módulos solares sin marco, también llamados laminados, están provistos de un sistema de puesta a tierra solamente a través del soporte de módulo. Dado que los soportes de módulo están dispuestos muy cerca y, sobre un área más grande, debajo de la estructura de capas fotovoltaicas, la degradación de rendimiento inducida por potencial en módulos solares de acuerdo con los antecedentes de la técnica sin un adhesivo eléctricamente altamente aislante es particularmente grande. El uso de acuerdo con la invención de un adhesivo eléctricamente altamente aislante es particularmente efectivo y previene o reduce la degradación de rendimiento particularmente bien.

Se ha demostrado que la adhesión de soportes de módulo al sustrato mediante adhesivos de curado en la producción en serie industrial se asocia a menudo con una cierta variabilidad con respecto a la distancia entre el soporte de módulo y la superficie de sustrato posterior. La razón de esto es la deformabilidad plástica del adhesivo (aún no curado) al unir el soporte de módulo y el sustrato. En una configuración ventajosa del módulo solar de acuerdo con la invención, la capa adhesiva contiene uno o más espaciadores, cada uno de los cuales está conformado para mantener la superficie adhesiva del soporte de módulo a una distancia mínima predeterminable de la superficie de sustrato posterior cuando el adhesivo (todavía) no está curado cuando el soporte de módulo se suministra a la superficie de sustrato posterior para unir el soporte de módulo a la superficie posterior del sustrato a través de la capa adhesiva. En este caso, es particularmente ventajoso que los espaciadores presenten una resistencia eléctrica específica del orden de magnitud del adhesivo eléctricamente altamente aislante o superior.

En una configuración particularmente ventajosa del módulo solar de acuerdo con la invención, el módulo solar no presenta un marco en sus bordes exteriores, sino que solo está reforzado, estabilizado y sujeto mediante el soporte de módulo en el lado posterior del módulo. Estos módulos solares sin marco son particularmente sencillos y económicos de fabricar.

En otra configuración ventajosa del módulo solar de acuerdo con la invención, que está conformado en forma rectangular, el al menos un soporte de módulo se extiende, por ejemplo, en forma de un puntal de refuerzo alargado a lo largo de los lados longitudinales (del módulo) y la al menos una capa adhesiva está conformada en forma de una capa adhesiva (cordón adhesivo) que también se extiende a lo largo de los lados longitudinales (del módulo). Dado que los módulos solares en las líneas de producción de la producción en serie industrial se mueven típicamente a lo largo de los lados longitudinales, esta medida evita ventajosamente el desplazamiento lateral de los espaciadores (en la dirección transversal del módulo). Por tanto, el movimiento de los espaciadores fuera de la capa adhesiva puede evitarse de forma fiable y segura moviendo los módulos solares.

La invención también se extiende a un procedimiento para la fabricación de un módulo solar, en particular un módulo solar de capa delgada, que comprende las siguientes etapas:

- proporcionar un sustrato y una capa cobertora, entre los cuales se encuentra una estructura de capas para formar células solares,

- proporcionar al menos un soporte de módulo para refuerzo y/o montaje portante del módulo solar,

- aplicar una capa adhesiva de un adhesivo curable eléctricamente altamente aislante a al menos una superficie adhesiva del soporte de módulo y/o una superficie de sustrato opuesta a la estructura de capas,

- unir el soporte de módulo a la superficie de sustrato mediante la al menos una capa adhesiva,

-(dejar) curar el adhesivo de la capa adhesiva para la sujeción adhesiva del soporte de módulo al sustrato. Mediante el procedimiento de acuerdo con la invención, se puede producir un módulo solar de una manera técnicamente simple y rentable, reduciendo o evitando de forma segura y fiable la degradación de rendimiento inducida por potencial.

En una configuración preferente del procedimiento de acuerdo con la invención, se introducen uno o más espaciadores en el adhesivo aún sin curar. Cada uno de los espaciadores está conformado para mantener la superficie adhesiva a una distancia mínima predeterminable de la superficie de sustrato cuando el adhesivo de la capa adhesiva no está curado. Como resultado, se puede producir un módulo solar de una manera técnicamente simple y rentable, en el que se asegura que los soportes de módulo estén dispuestos desde la superficie de sustrato posterior a una distancia mínima predeterminable por los espaciadores.

Desde el punto de vista del procedimiento, puede resultar ventajoso que los espaciadores se introduzcan en la al menos una capa adhesiva ya aplicada sobre la superficie adhesiva del soporte de módulo y/o la superficie de sustrato posterior. Esta medida permite pulverizar o rociar de forma sencilla el adhesivo desde una boquilla convencional, no teniendo que adaptarse la boquilla a las dimensiones de los espaciadores. Los espaciadores se introducen, preferentemente, en la capa adhesiva porque los espaciadores se insuflan neumáticamente mediante un aumento de presión, lo que se puede realizar técnicamente de una manera particularmente simple y rentable. Además, los espaciadores se pueden situar específicamente dentro de la capa adhesiva en ubicaciones predeterminables.

Además, la invención se extiende al uso de al menos una capa adhesiva hecha de un adhesivo curable y, en el estado curado, altamente aislante eléctricamente para sujetar un soporte de módulo a una superficie de sustrato posterior de un módulo solar, en particular un módulo solar capa delgada, en particular el adhesivo eléctricamente altamente aislante que reduce o previene de manera fiable la degradación de rendimiento inducida por potencial del módulo solar.

La invención se explica ahora más en detalle mediante un ejemplo de modo de realización, en el que se hace referencia a las figuras adjuntas. Muestran:

La figura 1, a partir de una representación esquemática en sección (parcial), la adhesión de un soporte de módulo a la superficie de sustrato posterior de un módulo solar;

La figura 2 una vista esquemática en planta del lado posterior del módulo solar de la figura 1;

La figura 3 una representación esquemática en sección a través del módulo solar de la figura 1;

Las figuras 4A-4B representaciones esquemáticas en perspectiva del soporte de módulo del módulo solar de la figura 1;

La figura 5 una vista en planta esquemática del lado posterior de un módulo solar alternativo;

La figura 6 un diagrama de flujo del procedimiento de acuerdo con la invención, y

La figura 7 un diagrama de la degradación de rendimiento inducida por potencial dependiendo de la resistencia eléctrica específica del adhesivo.

En primer lugar, se hace referencia a la figura 2 y la figura 3. La figura 2 muestra una vista esquemática del lado posterior del módulo ("lado IV") de un módulo solar 1, designado globalmente con el número de referencia 1, utilizando el ejemplo de un módulo solar de capa delgada. Como es habitual, el módulo solar 1 está conformado en forma de cuerpo plano, rectangular en planta, con dos lados longitudinales paralelos 5 y lados transversales 6 perpendiculares al mismo. La figura 3 muestra una representación en sección a través del módulo solar 1.

Como puede verse en la figura 3, el módulo solar 1 tiene una estructura correspondiente a la denominada configuración de sustrato. Es decir, tiene un sustrato (de soporte) 2 eléctricamente aislante con una estructura de capas 23 hecha de capas delgadas aplicadas a él, que está dispuesta sobre una entrada de luz o una superficie de sustrato anterior 24 ("lado III") del sustrato 2. El sustrato 2 se compone aquí, por ejemplo, de vidrio y en particular de vidrio sodocálcico, con una permeabilidad a la luz relativamente baja, en el que es posible utilizar otros materiales aislantes con suficiente resistencia, así como comportamiento inerte frente a las etapas de proceso realizadas.

Específicamente, la estructura de capas 23 comprende una capa de electrodo posterior 25 dispuesta en la superficie de sustrato anterior 24, que consiste, por ejemplo, en un metal opaco como molibdeno (Mo) y se puede aplicar al sustrato 2 mediante depósito por vapor, por ejemplo. La capa de electrodo posterior 25 tiene, por ejemplo, un espesor de capa de aproximadamente 1 pm. Una capa semiconductora 26 está depositada sobre la capa de electrodo posterior 25 y contiene un semiconductor cuya banda prohibida es, preferentemente, capaz de absorber la mayor proporción de luz solar posible. La capa semiconductora 26 consiste, por ejemplo, en un semiconductor de calcopirita p-conductor, por ejemplo, un compuesto del grupo Cu(In,Ga)(S,Se)², en particular diseleniuro de indio y cobre dopado con sodio (Na) (CInSe²). La capa semiconductora 26 tiene, por ejemplo, un espesor de capa que está en el intervalo de 1-5 pm y en particular es de aproximadamente 2 pm. Una capa tampón 27 está depositada sobre la capa semiconductora 26, que aquí está hecha, por ejemplo, de una capa individual de sulfuro de cadmio (CdS) y una capa individual de óxido de zinc intrínseco (i-ZnO), lo que no está representado con más detalle en las figuras. La capa tampón 27 tiene un espesor de capa menor que la capa semiconductora 26, por ejemplo. Una capa de electrodo frontal 28 está aplicada sobre la capa tampón 27, por ejemplo, mediante depósito por vapor. La capa de electrodo frontal 28 es transparente a la radiación en el intervalo espectral visible ("capa de ventana") con el fin de asegurar solo un ligero debilitamiento de la luz solar incidente. La capa de electrodo frontal transparente 28, que generalmente se puede denominar capa de TCO (TCO = Transparent Conductive Oxide), se basa en un óxido metálico dopado, por ejemplo, óxido de zinc dopado con aluminio (Al), n-conductor (ZnO). Mediante la capa de electrodo frontal 28, junto con la capa tampón 27 y la capa semiconductora 26, se forma una heterounión (es decir, una secuencia de capas del tipo de conductividad opuesta). El espesor de capa de la capa de electrodo frontal 28 es de aprox. 300 nm, por ejemplo.

Para proteger contra las influencias ambientales, se aplica una capa intermedia 29 que consiste, por ejemplo, en polivinil butiral (PVB) o etileno acetato de vinilo (EVA) a la capa de electrodo frontal 28, que está adherida a una capa cobertora 30 que es transparente a la luz solar y consiste, por ejemplo, en vidrio extrablanco con bajo contenido en hierro.

Para aumentar el voltaje total del módulo, la superficie de módulo del módulo solar de capa delgada 1 se divide en una pluralidad de células solares 31 individuales que están conectadas entre sí en serie. Para este propósito, la estructura de capas 23 se estructura utilizando una tecnología de estructuración adecuada, por ejemplo, escritura láser o procesamiento mecánico (por ejemplo, elevación o rayado). Una estructuración de este tipo comprende típicamente tres etapas de estructuración para cada célula solar 31, que se abrevian con los acrónimos P1, P2, P3. En una primera etapa de estructuración P1, la capa de electrodo posterior 25 se interrumpe creando una primera zanja 32, que se realiza antes de la aplicación de la capa semiconductora 26, de manera que la primera zanja 32 se llena con el material semiconductor de esta capa. En una segunda etapa de estructuración P2, la capa semiconductora 26 y la capa tampón 27 se interrumpen creando una segunda zanja 33, que se realiza antes de que se aplique la capa de electrodo frontal 28, de modo que la segunda zanja 33 se llene con el material eléctricamente conductor de esta capa. En una tercera etapa de estructuración P3, la capa de electrodo frontal 28, la capa tampón 27 y la capa semiconductora 26 se interrumpen creando una tercera zanja 34, que se realiza antes de la aplicación de la capa intermedia 29, de modo que la tercera zanja 34 se llana con el material aislante de esta capa. De forma alternativa, sería concebible que la tercera zanja 34 se extienda hasta el sustrato 2. Mediante las etapas de estructuración descritas P1, P2, P3 se forman células solares 31 conectadas entre sí en serie. El módulo solar 1 tiene, por ejemplo, un voltaje terminal, típicamente, de 60 V. Al conectar varios módulos solares 1 en serie en un sistema fotovoltaico, dependiendo de la posición en la conexión en serie, se producen voltajes entre la estructura de capas de un módulo solar individual y una conexión a tierra de referencia de más de 1000 V.

Como se puede ver en la figura 2, dos soportes de módulo alargados 4 están unidos al lado posterior del módulo, es decir, a la superficie de sustrato posterior 3 del sustrato 2, que está dirigida opuesta a la estructura de capas 23 para formar las células solares. Los soportes de módulo 4 se extienden cada uno a lo largo de los lados longitudinales 5 del módulo solar 1 y están dispuestos, por ejemplo, a ambos lados de un plano mediano longitudinal 7 y simétricamente al plano mediano transversal 8 del módulo solar 1 cerca del borde longitudinal de módulo 9. Cada uno de ellos termina justo antes del borde transversal de módulo 10.

Se puede conseguir un refuerzo mecánico del módulo solar 1 mediante los dos soportes de módulo alargados 4. Por otro lado, los soportes de módulo 4 se utilizan para montar el módulo solar 1 sujetándolo a un sujetador de módulo fijo, anclado, que típicamente comprende una pluralidad de rieles de soporte hechos de aluminio, por ejemplo. Los dos soportes de módulo 4 consisten en un material metálico, por ejemplo, aluminio o acero. Aunque en la figura 2 se muestran dos soportes de módulo 4, no hace falta decir que el módulo solar 1 puede presentar igualmente un número mayor o menor de soportes de módulo 4.

En las figuras 4A y 4B se representa con más detalle un único soporte de módulo 4, en las que la figura 4A muestra una vista superior en perspectiva del lado frontal 11 del soporte de módulo 4 que se unirá a la superficie de sustrato posterior 3, y la figura 4B una vista en perspectiva del lado anterior 13 y posterior 12 del soporte de módulo 4.

En consecuencia, el soporte de módulo 4 está conformado como una pieza perfilada y se fabrica a partir de una placa de metal, por ejemplo, mediante un proceso de conformación de metal. El soporte de módulo 4 se puede dividir al menos conceptualmente en dos secciones 14, 16 con un perfil en forma de V. El soporte de módulo 4 comprende así una primera sección en forma de V 14 con dos patas 15, 15' que están dispuestas en ángulo agudo entre sí y que están unidas entre sí por un listón posterior 17. Cada una de las dos patas 15, 15' está conectada a un listón anterior 18 que se extiende a lo largo de los lados longitudinales 5 y que está doblado lateralmente desde la pata 15, 15'. Los dos listones anteriores 18 proporcionan superficies adhesivas 19 para sujetar el soporte de módulo 4 al sustrato 2. Uno de los dos listones anterior 18 está conectado a una pata adicional 15", que está colocada en un ángulo agudo con la pata adyacente 15', con lo que junto con la pata adyacente 15' se forma una segunda sección en forma de V 16, que está orientada opuesta a la primera sección en forma de V14. En esta pata de 15" se encuentra otro listón posterior 17. El módulo solar 1 se puede reforzar de forma muy eficaz mediante la estructura del soporte de módulo 4, que tiene un perfil en ángulo.

Como se ilustra en las figuras 4A y 4B, se aplica un cordón adhesivo 20 a cada una de las dos superficies adhesivas 19 del soporte de módulo 4, que se utiliza para adherir el soporte de módulo 4 a la superficie de sustrato posterior 3. Los cordones adhesivos 20 se extienden sustancialmente por toda la longitud de las superficies adhesivas 19. Típicamente, el adhesivo 35 es, en el estado no curado, blando o plásticamente deformable y, como resultado del curado, cambia a un estado duro, posiblemente deformable elásticamente hasta cierto punto, en el que el soporte de módulo 4 está firmemente unido al sustrato 2.

Ahora se hace referencia a la figura 1, en la que se ilustra la adhesión de un soporte de módulo 4 a la superficie de sustrato posterior 3 del módulo solar 1 usando una vista en sección esquemática (parcial) a lo largo de los lados longitudinales 5 del módulo solar 1 de la figura 2. El corte se realiza a través de un cordón adhesivo 20 hecho de un adhesivo 35.

La capa adhesiva 20 consiste en un adhesivo 35 curable o, en estado unido, curado eléctricamente altamente aislante, que presenta una alta resistencia eléctrica específica de, por ejemplo, 6000 GOhm*cm. El espesor d de la capa adhesiva 20 corresponde a la distancia mostrada entre el soporte de módulo 4 y el sustrato 2 y es, por ejemplo, 2 mm.

En la figura 1, se representa un espaciador 21 en forma de esfera en una configuración opcional en la capa adhesiva 20. No hace falta decir que la capa adhesiva 20 también puede presentar varios espaciadores 21, que también pueden presentar otras formas, por ejemplo, forma de barra, cuboide o trapezoidal. Mediante el diámetro igual de los espaciadores 21, se puede especificar una distancia mínima entre las dos superficies adhesivas 19 del soporte de módulo 4 y la superficie de sustrato posterior 3 cuando el soporte de módulo 4 se presiona contra el sustrato 2 para adherirlos. El espaciador 21 consiste aquí, por ejemplo, en un plástico elásticamente deformable, por ejemplo, EPDM (caucho de etileno propileno dieno) con una dureza Shore de 85 o POM (polioximetileno) con una dureza Shore de 80. Para evitar que la corriente local fluya a través de los espaciadores, es particularmente ventajoso que los espaciadores presenten una resistencia eléctrica específica del orden de magnitud del adhesivo 35 eléctricamente altamente aislante o superior. Los espaciadores 21 son, preferentemente, más duros que el adhesivo 35 sin curar para poder cumplir la función espaciadora. Sin embargo, no son “demasiado duros”, de modo que se pueden evitar los daños causados por cargas puntuales locales sobre el sustrato 2 de vidrio. En general, la dureza de los espaciadores 21 es menor que la del sustrato 2. Además, la dureza de los espaciadores 21 corresponde, como máximo, a la del adhesivo curado para evitar cargas puntuales de los espaciadores 21 en el caso de que se apliquen en la práctica fuerzas fuertes, por ejemplo, de nieve o cargas de presión del viento.

La figura 5 muestra un ejemplo de configuración de la superficie de sustrato posterior 3 de un módulo solar 1 alternativo. Como se puede ver en la figura 5, cuatro soportes de módulo 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 están unidos al lado posterior del módulo, es decir, a la superficie de sustrato posterior 3 del sustrato 2, que está dirigida opuesta a la estructura de capas 23 para formar las células solares. Mediante el uso de los soportes de módulo 4.1, 4.2, 4.3 y 4.4 se permite una sujeción segura con una buena distribución de la carga y un menor gasto de material en comparación con el ejemplo de la figura 2.

En la figura 6 se representa un diagrama de flujo del procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación de un módulo solar 1 con un soporte de módulo 4 eléctricamente altamente aislado.

La degradación inducida por potencial se midió en experimentos en condiciones de prueba estandarizadas. La prueba se llevó a cabo en una cámara climática durante un período de 500 horas, en la que los módulos solares 1 se expusieron a una temperatura de 95 °C con una humedad relativa del 85 % y los módulos solares 1 se enfriaron a -40 °C una vez al día.

Los módulos solares 1 se almacenaron en la cámara climática eléctricamente aislados. Los módulos solares 1 se conectaron a tierra en todos los lugares previstos y, en el caso de los módulos solares M3-M6, en los soportes de módulo 4 en el lado de sustrato posterior 3 del sustrato 2. Los módulos solares M1 y M2 sirvieron como referencia y no presentaban ningún soporte de módulo pegado 4. Los módulos solares M1-M6 tenían un área de 30 cm x 30 cm. La estructura de capas interior 23 de los módulos solares 1 correspondía a la estructura mostrada en la figura 3 y descrita anteriormente de un módulo solar de capa delgada basado en un semiconductor de calcopirita.

Para los módulos solares M3-M6, durante las pruebas, se aplicó un voltaje de -1000 V entre las conexiones del módulo en cortocircuito y la puesta a tierra. Los módulos solares M1 y m 2 se dejaron sin el soporte de módulo 4 sobre la superficie de sustrato posterior 3 y sin estar expuestos a voltaje durante 500 horas en el armario climático y sirven como referencia.

Los adhesivos A y B son adhesivos de silicona de un componente reticulados mediante grupos alcoxi y con una resistencia específica de 6000 GOhm*cm y 1500 GOhm*cm, respectivamente. El adhesivo C es un adhesivo y sellador de un componente pulverizable, a base de polímeros modificados con silano, que reacciona con la humedad para reticularse (curarse) para formar un producto elástico con una resistencia eléctrica específica de 5 GOhm*cm.

Los resultados de los experimentos se representan en la tabla 1 y en la figura 7. La degradación de rendimiento especificada es la diferencia entre el rendimiento medido en simuladores solares después del remojo antes y después de la prueba en relación con el rendimiento antes de la prueba.

Se muestra una clara reducción de la degradación de rendimiento dependiendo de la resistencia eléctrica específica del adhesivo 35 con el que se sujeta el soporte de módulo 4 a la superficie de sustrato posterior 3 de los módulos solares M3-M6. En el caso del adhesivo A con una resistencia específica de 6000 GOhm*cm, la degradación de rendimiento es del 4,4 % y del 7,8 %. En el caso del adhesivo B con una resistencia específica de 1500 GOhm*cm, la degradación de rendimiento es del 14,0 %. En el caso del adhesivo C de acuerdo con los antecedentes de la técnica con una resistencia específica de 5 GOhm*cm, la degradación de rendimiento es del 32,3 %. De este modo se muestra una disminución inesperada y drástica de la degradación de rendimiento de los adhesivos A, B de acuerdo con la invención con resistencias específicas superiores o iguales a 1500 GOhm*cm en comparación con los adhesivos C de acuerdo con los antecedentes de la técnica con una resistencia específica de 5 GOhm*cm.

Tabla 1: Degradación de rendimiento dependiendo de diferentes adhesivos

Como puede verse a partir de la descripción anterior, la invención proporciona un módulo solar 1 que permite pegar de forma sencilla, fiable y económica los soportes de módulo 4 para la estabilización o sujeción portante a un sujetador de módulo. El uso de acuerdo con la invención de un adhesivo 35 eléctricamente altamente aislante reduce significativamente la degradación de rendimiento del módulo inducida por potencial. Esto fue inesperado y sorprendente para el experto en la técnica.

Lista de referencias

1 Módulo solar

2 Sustrato

3 Superficie de sustrato posterior

4, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 Soporte de módulo

5 Lado longitudinal

6 Lado transversal

7 Plano mediano longitudinal

8 Plano mediano transversal

9 Borde longitudinal de módulo

10 Borde transversal de módulo

11 Lado frontal

12 Lado posterior

13 Lado anterior

14 Primera sección en forma de V

15, 15', 15" Pata

16 Segunda sección en forma de V

17 Listón posterior

18 Listón anterior

19 Superficie adhesiva

20 Capa adhesiva

21 Espaciador

22 Estructura de capas

23 Superficie de sustrato anterior

24 Capa de electrodo posterior

25 Capa semiconductora

26 Capa tampón

27 Capa de electrodo frontal

28 Capa intermedia

29 Capa cobertora

30 Célula solar

31 Primera zanja

32 Segunda zanja

33 Tercera zanja

34 Adhesivo

d Espesor de la capa adhesiva 20

Claims

REIVINDICACIONES

1. Módulo solar (1), que comprende al menos

- un sustrato (2) y una capa cobertora (30), entre los cuales se dispone una estructura de capas (23) para formar células solares (31), y

- sobre una superficie de sustrato (3) opuesta a la estructura de capas (23) al menos un soporte de módulo (4) hecho de un material metálico para el refuerzo y/o montaje portante del módulo solar (1), que presenta al menos una superficie adhesiva (19) que está adherida mediante al menos una capa adhesiva (20) a la superficie de sustrato (3), caracterizado por que la capa adhesiva (20) contiene un adhesivo curado, eléctricamente altamente aislante (35), en el que el adhesivo (35) presenta una resistencia específica de >1500 GOhm*cm, preferentemente >4000 GOhm*cm, de forma particularmente preferente de 5000 GOhm*cm a 15000 GOhm*cm, en el que el espesor (d) de la capa adhesiva (20) es de 1 mm a 3 mm, en el que el módulo solar que no presenta un marco metálico y está provisto de una puesta a tierra solamente a través del al menos un soporte de módulo (4).

2. Módulo solar (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el adhesivo (35) contiene un adhesivo de silicona y, preferentemente, un adhesivo de silicona de un componente o de dos componentes.

3. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el espesor (d) de la capa adhesiva (20) es de 1,5 mm a 2,5 mm.

4. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la superficie adhesiva (19) es del 5 % al 20 % y preferentemente del 5 % al 10 % de la superficie de sustrato (3).

5. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la diferencia de voltaje máxima entre la estructura de capas (23) y el soporte de módulo (4) es superior o igual a 900 V, preferentemente de 900 V a 2000 V y de forma particularmente preferente de 1400 V a 1600 V.

6. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el sustrato (2) contiene vidrio sodocálcico, preferentemente con un contenido mínimo del 11 % en peso de Na²O.

7. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la estructura de capas (23) está dispuesta sobre el sustrato (2) y está unida a la capa cobertora (30) mediante una capa intermedia (29).

8. Módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa adhesiva (20) contiene uno o más espaciadores (21) que están conformados, cada uno, para mantener la superficie adhesiva (19) de la capa adhesiva (20), cuando el adhesivo (35) no está curado, a una distancia mínima predeterminable de la superficie de sustrato (3).

9. Procedimiento para la fabricación de un módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, con las siguientes etapas:

- proporcionar un sustrato (2) y una capa cobertora (30), entre los cuales se encuentra una estructura de capas (23) para formar células solares (31),

- proporcionar al menos un soporte de módulo (4) para refuerzo y/o montaje portante del módulo solar (1), - aplicar una capa adhesiva (20) hecha de un adhesivo curable a al menos una superficie adhesiva (19) del soporte de módulo (4) y/o una superficie de sustrato (3) opuesta a la estructura de capas (23),

- unir el soporte de módulo (4) a la superficie de sustrato (3) mediante la al menos una capa adhesiva (20), - curar el adhesivo de la capa adhesiva (20) para la sujeción adhesiva del soporte de módulo (4) al sustrato (2).

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que uno o más espaciadores (21) se introducen en el adhesivo aún no curado, en el que cada uno de los espaciadores (21) está conformado para mantener la superficie adhesiva (19) de la capa adhesiva (20), cuando el adhesivo no está curado, a una distancia mínima predeterminable de la superficie de sustrato (3).

11. Uso de al menos una capa adhesiva (20) de adhesivo (35), eléctricamente altamente aislante en estado curado, para la sujeción de un soporte de módulo (4) a una superficie de sustrato posterior (3) de un módulo solar (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en particular un módulo solar de capa delgada, para la reducción de una degradación de rendimiento inducida por potencial del módulo solar (1).