ES2905357T3 - Procedimiento de encapsulación de células fotovoltaicas y módulos encapsulados - Google Patents

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Arrieta Sonia Garcia
Garcia Gorka Imbuluzqueta
Garcia Maider Machado
De Seoane Lopez De Goicoechea José María Vega
Erleaga Alexander Astigarraga
Escudero Olatz Ollo
Medina Eduardo Roman
Iranzo Francisco Jesús Cano
Alcorta Oihana Zubillaga
Murua Naiara Yurrita
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Abstract

Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico que comprende una o más células fotovoltaicas de silicio cristalino, comprendiendo el procedimiento: disponer un molde (1); disponer una o más células fotovoltaicas (3) en el molde; disponer fibras de refuerzo (2, 4) en el molde (1) tanto en la cara frontal de las células como en la cara posterior de las células; posicionar y sellar una bolsa (8) rodeando una cavidad del molde; crear un nivel de vacío en la bolsa (8); y infundir el molde con una resina debido al nivel de vacío creado, caracterizado por el hecho de que la creación del nivel de vacío en la bolsa comprende crear una presión negativa respecto a la presión exterior de un primer nivel a una velocidad de aproximadamente 0,1 bar/min, y aumentar gradualmente la presión negativa desde el primer nivel hasta alcanzar el nivel de vacío, en el que aumentar gradualmente la presión negativa del primer nivel hasta alcanzar el nivel de vacío comprende aumentar la presión negativa en más incrementos de entre 0,05 - 0,2 bar/min con períodos de espera después de alcanzar la presión negativa en el primer nivel y después de cada incremento hasta alcanzar el nivel de vacío, en el que el primer nivel es entre 0,6 y 0,85 bar.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de encapsulación de células fotovoltaicas y módulos encapsulados
La presente descripción se refiere a procedimientos de fabricación de células y módulos fotovoltaicos encapsulados. ANTECEDENTES
Los módulos fotovoltaicos pueden estar formados por células fotovoltaicas interconectadas dispuestas en un soporte estructural y de protección. Dichos módulos pueden colocarse en un entorno adecuado, por ejemplo, en el techo de un edificio, o en un campo abierto.
Los módulos y, en particular, sus soportes estructurales, pueden diseñarse para tener una durabilidad adecuada y proteger las células y las conexiones en condiciones ambientales variables incluyendo, por ejemplo, humedad, agua, radiación UV, abrasión de partículas, impacto de objetos u otros.
Al mismo tiempo, los materiales que forman el módulo fotovoltaico deben tener la suficiente capacidad estructural como para garantizar un correcto comportamiento mecánico del mismo, dotando al conjunto de rigidez y resistencia mecánica. Los módulos fotovoltaicos también deben fabricarse preferiblemente a un coste relativamente bajo. El peso es, además, una consideración importante.
Finalmente, es importante que el soporte estructural permita una conversión fotoeléctrica eficiente en las células fotovoltaicas. Los materiales de encapsulación deben tener suficiente transmitancia óptica y la transmitancia óptica debe mantenerse a lo largo del tiempo en un grado aceptable.
Las soluciones convencionales se basan en unos laminados que consisten en una lámina posterior, una lámina frontal y un material encapsulante que se incrusta en las células. La lámina posterior puede ser de vidrio, polímero, metal o laminados combinados. La lámina frontal suele ser de vidrio o puede ser una lámina polimérica transparente. El material encapsulante consiste generalmente en un polímero que fluye en el proceso de laminación incrustando las células y se adhiere a la lámina posterior y la lámina frontal.
Además, es conocido en la técnica el uso de materiales compuestos de resina termoendurecible reforzados con fibras como soporte. Sin embargo, la transmitancia óptica del módulo generalmente se ve comprometida, lo que da lugar a una eficiencia reducida de las células fotovoltaicas empleadas.
FR 2934418A1 describe un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
DESCRIPCIÓN
La presente invención presenta un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se exponen diversas realizaciones.
En un primer aspecto no reivindicado, la presente descripción presenta un módulo fotovoltaico que comprende una o más células fotovoltaicas encapsuladas en un material compuesto reforzado con fibras. Las células fotovoltaicas tienen un lado frontal a irradiar y un lado posterior. En el lado frontal de las células fotovoltaicas, el material compuesto reforzado con fibra comprende una resina sustancialmente transparente y fibras sustancialmente transparentes, en las que los índices de refracción de la resina y las fibras son sustancialmente iguales.
En este aspecto, las características mecánicas beneficiosas de los materiales compuestos reforzados con fibra se aprovechan al combinar un peso sustancialmente bajo con una resistencia y una rigidez suficientes. Al mismo tiempo, al elegir una resina y fibras sustancialmente transparentes, y al hacer coincidir los índices de refracción (es decir, obtener unos índices de refracción que sean iguales o sustancialmente iguales) tanto de las fibras como de la resina, se reduce la difusión de la luz dentro del encapsulado compuesto. Esto permite, de este modo, una mayor eficiencia del módulo fotovoltaico.
La transparencia (para fibras y resina), tal como se utiliza aquí, puede entenderse como una transmitancia de luz de preferiblemente un 80% o más o más preferiblemente un 90% o más en una región de longitud de onda de luz de 300 nm a 2000 nm.
La coincidencia de los índices de refracción puede entenderse aquí como que los índices de refracción difieren menos de un 2 % entre sí, y preferiblemente menos de un 1 %, y más preferiblemente menos de un 0,5 %.
Las células fotovoltaicas pueden estar completamente incrustadas en el material compuesto. El módulo fotovoltaico, tal como se describe en los ejemplos de la presente descripción, combina aspectos de capacidad estructural, transmitancia óptica, adaptabilidad a geometrías no planas, protección, peso y reducción de etapas en el proceso de fabricación, respecto a técnicas conocidas.
Aquí, un lado frontal puede considerarse como el lado de las células fotoeléctricas que debe ser irradiado por el sol. Y un lado posterior puede considerarse como el lado opuesto. En algunos ejemplos, el sol también puede irradiar una parte posterior, por ejemplo, cuando se utilizan células solares bifaciales.
Las células y sus conexiones pueden quedar incrustadas completamente dentro del material compuesto. Se elimina la necesidad de utilizar materiales adicionales como lámina posterior, lámina frontal, o marco.
En algunos ejemplos, en un lado frontal de las células fotovoltaicas, puede disponerse una combinación de resina y fibras que se haya seleccionado para lograr un bajo contenido de vacíos. Es importante una buena adherencia de fibras y resina con el fin de reducir o eliminar los vacíos en el compuesto. Una reducción de vacíos puede reducir la difusión de la luz y, por lo tanto, puede aumentar potencialmente la eficiencia de conversión del módulo.
Un bajo contenido de vacíos puede entenderse aquí, en general, como un contenido de vacíos de menos de un 2%, y preferiblemente menos de un 1%.
En algunos ejemplos, puede utilizarse una resina epoxi y puede combinarse opcionalmente con fibras de vidrio tratadas con agentes de acoplamiento de silano. Los silanos tienen la capacidad de unir materiales inorgánicos tales como vidrio, rellenos cargas minerales, metales y óxidos metálicos a resinas orgánicas.
Los agentes de acoplamiento de silano pueden mejorar notablemente la unión entre la fibra y la resina. Además, el tratamiento de las fibras de vidrio con los agentes de acoplamiento de silano puede permitir una igualación del índice de refracción de las fibras y la resina.
Otros factores a tener en cuenta para seleccionar una resina adecuada incluyen:
-viscosidad y tiempo de utilización que permiten la incrustación completa del módulo
- propiedades mecánicas adecuadas y resistencia térmica
- resistencia UV (posiblemente con aditivos)
- adhesión a las células fotovoltaicas y sus conexiones
En algunos ejemplos, el material compuesto reforzado con fibra para el lado frontal de los módulos fotovoltaicos puede ser diferente del material compuesto reforzado con fibra para el lado posterior de los módulos fotovoltaicos. En estos ejemplos, el material compuesto y, en particular, las fibras pueden optimizarse para, por ejemplo, transmitancia óptica en una cara frontal de las células fotovoltaicas donde, en una cara posterior de las células fotovoltaicas, el material puede optimizarse en cuanto a coste, relación resistencia/peso u otros.
Opcionalmente, en estos ejemplos, las fibras son diferentes (en un lado frontal respecto a un lado posterior de las células fotovoltaicas) y la resina es igual. Esto permite una fácil fabricación y ofrece la posibilidad de acelerar los procesos de fabricación. Dado que las fibras en la parte posterior de las células fotovoltaicas generalmente no son críticas desde el punto de vista de la transmitancia, hay una mayor libertad en cuanto a la elección de las fibras. Por ejemplo, pueden elegirse también capas de fibras con mayor peso superficial, de modo que se requiera un número reducido de capas.
En ejemplos alternativos, particularmente para facilitar la fabricación, los materiales compuestos (tanto resina como fibras) pueden ser iguales para el lado frontal y el lado posterior de las células fotovoltaicas.
En algunos ejemplos, los módulos pueden ser bifaciales, es decir, las células fotovoltaicas pueden irradiarse desde dos lados. Por lo tanto, tanto el lado frontal como el posterior pueden irradiarse y es deseable optimizar la transmisión de luz en ambos lados. También pueden considerarse módulos que incluyan células esféricas que puedan ser irradiadas en toda su superficie.
De acuerdo con la invención, se dispone un procedimiento de fabricación de módulos fotovoltaicos que comprenden una o más células fotovoltaicas de silicio cristalino. El procedimiento comprende disponer un molde, disponer una o más células fotovoltaicas en el molde y disponer fibras de refuerzo en el molde tanto en la cara frontal de las células como en la cara posterior de las células. Puede disponerse una bolsa para rodear la cavidad del molde y puede crearse un vacío en la bolsa. Después, se infunde una resina dentro de la bolsa de vacío debido al vacío creado. La creación del vacío en la bolsa se realiza de manera gradual.
De acuerdo con este aspecto, se dispone un procedimiento de fabricación de módulos fotovoltaicos particularmente adecuado para células fotovoltaicas de silicio cristalino. La infusión con bolsa de vacío es bien conocida en la técnica de fabricación de productos compuestos. Los inventores han descubierto, en relación con la creación de una encapsulación de células fotovoltaicas de silicio cristalino, que es necesario un proceso de infusión de bolsa de vacío modificado. En particular, se encontró que las células de silicio cristalino pueden romperse si el vacío no se suministra de manera suficientemente gradual.
De acuerdo con la invención, la creación de un vacío en la bolsa comprende crear una presión negativa de un primer nivel con relativa rapidez y aumentar gradualmente la presión negativa del primer nivel hasta alcanzar un vacío sustancial. De este modo, puede mantenerse la velocidad de fabricación, mientras que pueden reducirse o eliminarse los residuos o la caída de células rotas durante la fabricación.
De acuerdo con la invención, el primer nivel se encuentra entre 0,6 y 0,85 bar de presión negativa, preferiblemente entre 0,6 - 0,8 bar de presión negativa. Los inventores han descubierto que el agrietamiento o rotura de las células fotovoltaicas de silicio cristalino se produce con unas presiones negativas bruscas aplicadas por encima del valor de vacío de 0,8 bar, en particular más de 0,85 bar. Es decir, si la presión exterior es de 1 bar, la presión en la cavidad del molde será inferior a 0,2 o 0,15 bar. Al aumentar gradualmente la presión negativa más allá de estos valores límite, pueden reducirse sustancialmente o evitarse por completo las grietas y roturas.
En algunos ejemplos, disponer fibras de refuerzo en el molde en la cara frontal de las células puede comprender disponer por lo menos cuatro capas de fibras y, opcionalmente, se colocan seis capas de fibras en la cara frontal de las células fotovoltaicas. Los inventores han descubierto que el número de capas de fibras también influye en el agrietamiento de las células fotovoltaicas. En particular, se encontró que es beneficioso por lo menos cuatro capas de fibras en una cara frontal para evitar el agrietamiento de las células. Se encontró que, si se utilizan fibras de menor peso por área, en algunos casos para células fotovoltaicas de silicio, se requerían por lo menos seis capas de fibras. En general, puede decirse que, aumentando el número de capas, las células quedan en cierto modo mejor protegidas y, por lo tanto, también puede aumentarse la velocidad de aplicación del vacío sin dañar las células.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán unos ejemplos particulares no limitativos de la presente descripción con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es una representación esquemática de un ejemplo de módulo fotovoltaico de acuerdo con una implementación;
Las figuras 2a y 2b ilustran esquemáticamente un ejemplo de un procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico de acuerdo con una implementación;
La figura 3a muestra una foto de un módulo y la figura 3b muestra una imagen fotográfica de un análisis de electroluminiscencia de un módulo fotovoltaico obtenido de acuerdo con un ejemplo de un procedimiento de fabricación aquí descrito; y
La figura 4 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de un módulo fotovoltaico de acuerdo con otra implementación. DESCRIPCIÓN DETALLADA
La figura 1 es una representación esquemática de un ejemplo de un módulo fotovoltaico de acuerdo con una implementación. El módulo fotovoltaico del ejemplo puede fabricarse en un único proceso, en el que el material compuesto actúa, al mismo tiempo, de base y revestimiento.
Un módulo encapsulado en un material compuesto puede obtenerse incrustando las células fotovoltaicas 13 y sus conexiones 12 en un compuesto reforzado con fibras. En este ejemplo, se dispone una pluralidad de células fotovoltaicas en un módulo. Estas células están interconectadas. En un borde del módulo, se disponen unos conectores eléctricos.
Puede disponerse una resina transparente tal como, por ejemplo, una resina de poliéster, resina epoxi, resina viniléster u otras transparentes. También puede seleccionarse una fibra transparente adecuada para igualar el índice de refracción después de la unión con la resina. La fibra transparente puede someterse a un tratamiento para obtener unos índices de refracción que sean coincidentes con los de la resina. Como resultado de tal tratamiento, la fibra puede ser transparente o no. Después de unirse con la resina, la fibra será (nuevamente) sustancialmente transparente.
Haciendo coincidir el índice de refracción de las fibras con el índice de refracción de la resina, puede reducirse significativamente la difusión de la luz dentro del módulo y puede mejorarse la eficiencia del módulo fotovoltaico resultante. Existen varias opciones para hacer coincidir los índices de refracción de fibras y resinas, incluyendo tratamientos químicos de fibras e inclusión de compuestos de tamaño nanométrico en la resina.
En un ejemplo, puede crearse un laminado de fibra de vidrio 14, en el que el refuerzo de fibra ha sido sometido a un tratamiento previo con agentes de acoplamiento de silano, por lo menos en la parte frontal de la célula o conjunto de células interconectadas (es decir, la parte que queda orientada hacia la radiación solar cuando la célula se encuentra en funcionamiento). La superficie de la fibra de vidrio se modifica con compuestos de aminosilano unidos covalentemente a la fibra.
Los grupos o compuestos aminosilano, tal como se utiliza aquí, pueden entenderse como un silano que contiene por lo menos un grupo amino.
Una resina epoxi puede estar compuesta por diglicidil éter de bisfenol A y bisfenol F. Debido a los agentes de acoplamiento de aminosilano, los grupos amino presentes en la superficie de la fibra pueden reaccionar químicamente con los grupos oxirano de la resina epoxi sin curar.
Después de esta reacción, los índices de refracción de la fibra de refuerzo y la resina pueden ser sustancialmente iguales. Además, la reacción da como resultado un enlace covalente de la resina a la fibra, con un bajo porcentaje de vacíos. También pueden evitarse otros fenómenos de interfaz que afecten a la transmitancia óptica.
La resina puede curarse térmicamente a través de un catalizador de amina cicloalifática. Un ejemplo de este catalizador es el 4,4' diaminociclohexil metano. Ventajosamente, ni los componentes de resina ni el catalizador reaccionan sustancialmente con las células fotovoltaicas o los materiales y uniones de conexión eléctrica en el sentido de que los materiales y uniones de conexión eléctrica no se ven dañados en el proceso.
Un acabado superficial pulido de baja rugosidad de la cara frontal del módulo fotovoltaico puede reducir la difusión de la luz y, por lo tanto, aumentar todavía más la eficiencia de las células fotovoltaicas integradas. Esta superficie de baja rugosidad puede obtenerse utilizando un molde pulido. El módulo fotovoltaico también puede incorporar una capa de acabado en la cara frontal y/o posterior, a base de "gel-coat" o "top-coat", para la mejora de las propiedades superficiales del módulo, tales como resistencia a la abrasión y al desgaste, dureza superficial, envejecimiento contra agentes ambientales, u otros.
La resina puede contener uno o varios aditivos para funcionalidades adicionales, tales como mejora de la resistencia a agentes ambientales, coloración, filtrado y conversión de las longitudes de onda de la radiación incidente, u otras. Puede crearse otro laminado 15 en el lado posterior de las células fotoeléctricas, es decir, en el lado que no ha de irradiarse por el sol. En algunos ejemplos, se utiliza la misma resina tanto en el lado frontal como en el lado posterior, pero el tipo de fibra puede variar, por ejemplo, puede utilizarse otro tipo de fibra de vidrio, u otro tipo de fibras tales como fibras de aramida, fibras de carbono, etc.
Una vez procesado, este conjunto formará el módulo fotovoltaico 11. Cabe destacar que, dependiendo de la aplicación, puede no ser necesario ningún soporte estructural adicional (ya sea un marco metálico o no).
De acuerdo con la invención, el proceso de moldeo se realiza mediante la infusión de la resina en una bolsa de vacío. Los elementos de refuerzo pueden ser fibras secas. Antes del moldeo con resina, pueden colocarse fibras adicionales (por ejemplo, fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de boro o una combinación de las mismas) en la cara posterior de la célula o células.
El módulo así producido comprende por lo menos una célula fotovoltaica y sus correspondientes conexiones eléctricas, y un material compuesto que comprende una matriz de resina polimérica termoendurecible.
El proceso utilizado para tal fin de acuerdo con la invención es la infusión en bolsa al vacío. Este proceso se describe brevemente a continuación:
Infusión en bolsa de vacío: este proceso consiste generalmente en moldear compuestos mediante la introducción de resina en una cavidad que se ha creado previamente entre un molde y una bolsa de vacío sellando la propia cavidad respecto al exterior. La resina entra por la acción de una presión de vacío en el interior de esta cavidad. Antes de la infusión de la resina, las fibras así como las células interconectadas y otras conexiones eléctricas (o la célula y sus conexiones si el módulo está compuesto por una sola célula) se colocan en la cavidad. Las fibras pueden disponerse tanto en el lado frontal como en el posterior de las células fotovoltaicas. La resina, que puede pre-mezclarse y desgasificarse en un recipiente externo, puede infundirse y llenar la cavidad, fluyendo a través del refuerzo de fibra y alrededor de las células. Una vez llena la cavidad puede mantenerse el vacío el tiempo necesario para el curado y solidificación de la resina. Una vez curado, el módulo puede desmoldearse. Si la resina no está completamente curada en el molde, puede someterse a más ciclos de curado o post-curado.
Las figuras 2a y 2b ilustran esquemáticamente un ejemplo de un procedimiento de fabricación particularmente adecuado para células solares de silicio cristalino. Dichos procedimientos también pueden utilizarse para otros tipos de células.
Puede disponerse un molde 1 con una forma adecuada para el módulo fotovoltaico resultante. Las capas de refuerzo de fibra 2 (por ejemplo, capas de fibra de vidrio) pueden colocarse sobre la superficie del molde 1. Estas capas se colocarán en la parte frontal del módulo resultante final. Es importante una buena adaptación de las fibras al molde, para conseguir una buena compactación y evitar posteriores vacíos indeseables en la pieza. Para lograr una buena adaptación de las fibras al molde, los inventores han encontrado que puede ser beneficioso utilizar materiales de fibra más delgados (más ligeros). Por ejemplo, pueden utilizarse fibras de vidrio con un peso de 162 g/m2
Las capas de fibra 2 en la cara frontal del módulo son las capas que protegen las células solares (por ejemplo, células de silicio) de daños por el molde. Estas fibras deben permitir cierta deformación y adaptación de las células a la superficie del molde cuando se aplica vacío, evitando la rotura de las células.
Las células solares 3 pueden colocarse, de acuerdo con la configuración y disposición deseada, sobre las capas de fibra. Si se dispone una pluralidad de células solares o cadenas de células, las células solares o cadenas pueden interconectarse entonces de acuerdo con el esquema y la configuración eléctrica deseados.
El resto de las capas de fibras de refuerzo 4 pueden colocarse entonces sobre las células interconectadas (que resultarán ser el lado posterior de las células), de modo que se consiga el grosor (y la resistencia) deseado de la pieza. Tal como se ha indicado anteriormente, las fibras utilizadas en la parte posterior de las células solares pueden ser diferentes en algunos ejemplos de las fibras utilizadas en la parte frontal.
Puede colocarse una tela desprendible 5, que eventualmente ayudará a eliminar el material auxiliar después de la infusión de resina. Una tela desprendible puede servir, además, para conseguir un mejor acabado del reverso. Pueden colocarse adecuadamente puntos de vacío con válvulas 7 y puntos de entrada de resina y canales 9. Los puntos y canales de entrada se colocan para garantizar que la resina fluya y llene toda el área del módulo antes del curado, manteniendo una viscosidad adecuada para fluir y humedecer las fibras. Quedará claro que el número de puntos de entrada, canales y su ubicación exacta pueden variar de acuerdo con, por ejemplo, el tamaño del módulo, aspectos geométricos y estrategia del proceso. Pueden utilizarse válvulas de mariposa.
Puede montarse una bolsa de vacío 8 y la bolsa puede sellarse con la cinta selladora 6 a lo largo del perímetro del molde. Antes de iniciar la infusión de resina, todos los elementos auxiliares, incluyendo, por ejemplo, los canales de resina, pueden sellarse adecuadamente. Además, los conectores eléctricos o conexiones a las células fotovoltaicas y que sobresalen del molde pueden sellarse adecuadamente, de modo que, una vez que se crea una presión negativa, esta presión negativa se mantiene tanto como sea posible sin fugas.
Después, se aplica un vacío gradualmente. El vacío puede aplicarse a partir de un nivel de presión negativa equivalente a 0,6 bar (presión manométrica).
Posteriormente, en un ejemplo, el nivel de vacío 2, se eleva a una velocidad sustancialmente de 0,1 bar/min. hasta alcanzar una presión negativa de 0,7 bar. Después se utiliza un período de espera durante el cual la presión puede mantenerse constante, por ejemplo, durante 2 minutos. Posteriormente, la presión en la bolsa puede reducirse todavía más hasta una presión negativa de 0,8 bar al mismo ritmo que antes. Una vez más, se introduce un período de espera. Continuando con el mismo procedimiento, nuevamente puede aumentarse la presión negativa a 0,9 bar a la misma velocidad de 0,1 bar/min que antes. Después de otro período de espera, finalmente puede obtenerse el vacío.
En otros ejemplos, una presión negativa en una primera etapa puede alcanzar un nivel más elevado, por ejemplo, 0,7 o 0,8 bar en lugar de los 0,6 bar mencionados anteriormente. Después de alcanzar este nivel, se introduce un período de espera. Por otra parte, la presión negativa puede aumentarse a razón de 0,05 bar/min - 0,15 bar/min, en particular 0,1 bar/min. Se introducen más períodos de espera.
Por ejemplo, los períodos de espera se introducen después de incrementos de entre 0,05 y 0,2 bar, opcionalmente de aproximadamente 0,1 bar.
Los inventores han descubierto que, aplicando vacío de manera gradual, las células solares no se agrietan más. Las células fotovoltaicas, en particular las células cristalinas de silicio, están formadas por un material muy frágil y, a menudo, ya presentan microfisuras antes de la inyección de resina. Sin limitarse a ninguna teoría, se cree que la reducción gradual de la presión da tiempo a que las células se adapten a la deformación requerida. Si la velocidad de deformación es menor, el límite de deformabilidad de las células es mayor y se evita su rotura.
Se ha encontrado que el agrietamiento se produce particularmente a presiones negativas bruscas superiores a 0,8 o 0,85 bar. Por lo tanto, en ejemplos preferidos, la primer etapa del proceso de varias etapas tiene un límite de presión negativa por debajo de estos valores. Posteriormente, la velocidad de reducción de presión se reduce a, por ejemplo, 0,1 bar/min o inferior, incluyendo períodos de espera.
Los inventores han descubierto, además, que el grosor de mallas o tejidos de fibra y el número de capas de mallas o tejidos de fibra también influyen. En algunos ejemplos, se disponen por lo menos seis capas de fibra de vidrio de 162 g/m2 en una superficie frontal de las células fotovoltaicas (es decir, entre el molde y las células). En otros ejemplos pueden utilizarse cuatro o cinco capas de 300 g/m2. Las fibras protegen hasta cierto punto las células del agrietamiento durante el proceso de fabricación. El número de capas de fibra y su peso también puede ser menor si el vacío se aplica de una manera suficientemente gradual.
Durante la infusión de resina, el vacío puede controlarse continuamente. Si el vacío se pierde a un ritmo relativamente alto (por ejemplo, más de 0,02 bar en 15 minutos), puede volverse a aplicar vacío y las fugas de aire pueden comprobarse y sellarse correctamente. Después de la infusión de resina, el módulo puede dejarse curar, por ejemplo, en un horno.
Puede ilustrarse otro ejemplo de un módulo fotovoltaico con referencia a la figura 3.
Un módulo fotovoltaico puede obtenerse de la siguiente manera: se dispone un molde y se aplica en primer lugar un agente desmoldeante en el interior del molde. El objetivo del agente desmoldeante es facilitar la eliminación o "liberación" de la superficie del molde.
Después, pueden colocarse en el molde seis capas de tela tejida de fibra de vidrio previamente cortada con sarga 2/2 y tratada con un agente de acoplamiento de aminosilano. La tela tejida de fibra de vidrio puede tener un peso superficial de 162 g/m2. Estas seis capas de tela eventualmente formarán la superficie frontal del módulo fotovoltaico. Estas capas también sirven como una especie de protección para las células fotovoltaicas cuando se aplica vacío y durante la infusión de resina.
Encima de estas capas de fibra pueden colocarse células solares fotovoltaicas. En este caso, se colocan dos filas de cinco células. Después, las células se interconectan y se disponen dos terminales de salida para que "sobresalgan" del módulo.
Después, encima de las células fotovoltaicas, pueden colocarse más capas de refuerzo de fibra. En este ejemplo particular, se colocan 14 capas más de la misma composición en la parte posterior de las células fotovoltaicas. El grosor del módulo resultante es de aproximadamente 3 mm.
Posteriormente, puede colocarse una capa de tela desprendible, unos canales de alimentación de resina, unas válvulas de entrada de resina y unos puntos de vacío, etc. Después, el molde puede sellarse utilizando una cinta de sellado y una bolsa de vacío. Para ello, puede haberse dejado un borde del molde libre de agente desmoldeante. En este ejemplo particular, se utilizó una bolsa de vacío de 50 micras de grosor.
Los terminales de salida del módulo deben pasar a través de las capas de refuerzo de fibra y la bolsa de vacío. La salida de estos terminales debe estar lo suficientemente sellada para que se asegure la hermeticidad y pueda lograrse un valor de vacío máximo.
De acuerdo con los procedimientos descritos anteriormente, se aplica un vacío gradualmente, de entre 0 y 1 bar, para evitar la rotura de las células fotovoltaicas.
Una vez aplicado y comprobado el vacío, la resina y el endurecedor pueden mezclarse en un recipiente limpio y en las proporciones de mezcla adecuadas que, en este ejemplo específico, fueron tal como sigue: una mezcla de resina epoxi diglicidil éter de bisfenol A y bisfenol F, con cicloalifático catalizador de amina como endurecedor en una proporción de 100/17.
Posteriormente, puede llevarse a cabo una desgasificación de la mezcla de resina. Posteriormente, puede iniciarse una infusión de resina. Después de la infusión completa, la pieza puede dejarse curar a temperatura ambiente dentro del molde hasta la solidificación, y después se desmoldea.
Una vez desmoldeada, la pieza puede introducirse en un horno a 110 °C durante 5 horas para su posterior curado. El módulo resultante se muestra en una fotografía en la figura 3a. En este ejemplo particular, 10 células de silicio policristalino dispuestas en dos cadenas o filas de 5 células cada una. Las células comprenden 3 barras conductoras y tienen unas dimensiones de 156 x 156 mm. Las dimensiones del módulo resultante son aproximadamente 930 x 470 x 3 mm.
Tal como se ha explicado anteriormente, el vacío puede aplicarse de manera gradual. Como tal, pueden evitarse daños en las células fotovoltaicas. Esto puede verificarse con una imagen de análisis de electroluminiscencia tal como se muestra en la figura 3b.
El rendimiento eléctrico del módulo en condiciones estándar de AM 1,5 y 1000 W/m2 puede resumirse en la siguiente tabla.
Figure imgf000008_0002
Aquí, P se refiere a potencia, Isc se refiere a la corriente de cortocircuito, Voc se refiere a la tensión de circuito abierto, Vmáx se refiere a la tensión a potencia máxima y Imáx se refiere a la corriente a potencia máxima. En los otros ejemplos que se dan a continuación se utilizan los mismos acrónimos y signos.
También se probó la posible degradación del rendimiento eléctrico bajo carga mecánica para el módulo fotovoltaico específico.
El módulo se probó bajo una carga mecánica uniforme. Se aplicaron 3 ciclos de carga de 2400 Pa, cada uno en el lado frontal y en el lado posterior, y de manera alternativa. La duración de cada ciclo fue de 1 hora. La deformación máxima medida bajo esta carga fue de 2,2 cm. Posteriormente se aplicó una carga de 5400 Pa y se midió una deformación máxima de 3,3 cm.
El rendimiento eléctrico después de la prueba de carga mecánica puede resumirse en la siguiente tabla:
Figure imgf000008_0001
Tal como puede apreciarse en la tabla anterior, el rendimiento eléctrico no se vio afectado de manera significativa. Una imagen de electroluminiscencia no mostró daño a las células después de la prueba de carga mecánica.
Por lo tanto, puede concluirse que el módulo fotovoltaico tal como se describe aquí, y fabricado de acuerdo con los principios explicados aquí, funciona bien mecánicamente sin necesidad de ningún refuerzo adicional, tal como una placa de vidrio o un marco de metal. El módulo también funciona bien eléctricamente.
Otro ejemplo no reivindicado de un módulo fotovoltaico obtenido con los procedimientos descritos aquí puede explicarse con referencia a la figura 4. En este ejemplo, se dispone un monomódulo (un módulo con una sola célula) compuesto curvo de una célula CIGS flexible.
El proceso de fabricación es sustancialmente similar al proceso explicado anteriormente con referencia a la figura 3. Sin embargo, en este ejemplo, el vacío no se aplicó gradualmente. A diferencia de las células de silicio cristalino, las células CIGS pueden soportar una aplicación de vacío no gradual. De este modo, el proceso de fabricación puede acortarse.
En el lado posterior de las células fotovoltaicas se colocaron 14 capas de fibra de vidrio tejida (sarga 2/2) con 162g/m2, mientras que, en el lado frontal, se colocaron solamente dos capas de las mismas fibras. Se utilizó resina epoxi y se empleó un molde de aluminio curvo con acabado superficial pulido.
Las dimensiones del módulo (con referencia a la figura 4) y el rendimiento eléctrico pueden resumirse en la siguiente tabla. El rendimiento eléctrico se probó en condiciones estándar de espectro de 1,5 AM y una irradiación de 1000 W/m2.
Figure imgf000009_0003
Aquí, FF se refiere al factor de llenado y Ef. a la eficiencia del módulo.
A continuación, se resumen algunos resultados de pruebas adicionales. Se probaron varios ejemplos de monomódulos con diferente número de capas de fibra y diferente peso por unidad de área de estas capas.
Siguiendo de manera general el mismo procedimiento descrito con referencia a la figura 3, se encapsularon células de silicio cristalino. Las capas de fibra de vidrio en todos los ejemplos eran capas de fibra de vidrio tejidas, tratadas con un agente de aminosilano y sarga 2/2. En cada ejemplo, se colocaron 14 capas de fibra de 162 g/m2 en el lado posterior de las células y se utilizó la misma resina epoxi en todos los ejemplos.
En cada ejemplo, se colocó un número diferente de capas de fibra y fibras con diferente peso por unidad de área en el lado frontal de las células. Las diferentes composiciones se resumen en la siguiente tabla:
Figure imgf000009_0001
El rendimiento eléctrico se probó en condiciones estándar de espectro de 1,5 AM y 1000 W/m2 de irradiación y se comparó el rendimiento de las células antes y después de la encapsulación.
Rendimiento eléctrico antes y después del encapsulado:
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0004
Puede apreciarse que, para todos estos ejemplos, los módulos funcionan bien eléctricamente después del encapsulado. La coincidencia de los índices de refracción de las fibras y la resina permite así un muy buen rendimiento de los módulos fotovoltaicos.
Aunque solo se han descrito aquí varios ejemplos, son posibles otras alternativas, modificaciones, usos y/o equivalentes de los mismos. Por lo tanto, el alcance de la presente descripción no debe limitarse a ejemplos particulares, sino que debe determinarse únicamente mediante una lectura adecuada de las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de fabricación de un módulo fotovoltaico que comprende una o más células fotovoltaicas de silicio cristalino, comprendiendo el procedimiento:
disponer un molde (1);
disponer una o más células fotovoltaicas (3) en el molde;
disponer fibras de refuerzo (2, 4) en el molde (1) tanto en la cara frontal de las células como en la cara posterior de las células;
posicionar y sellar una bolsa (8) rodeando una cavidad del molde;
crear un nivel de vacío en la bolsa (8); y
infundir el molde con una resina debido al nivel de vacío creado, caracterizado por el hecho de que la creación del nivel de vacío en la bolsa comprende crear una presión negativa respecto a la presión exterior de un primer nivel a una velocidad de aproximadamente 0,1 bar/min, y aumentar gradualmente la presión negativa desde el primer nivel hasta alcanzar el nivel de vacío, en el que aumentar gradualmente la presión negativa del primer nivel hasta alcanzar el nivel de vacío comprende aumentar la presión negativa en más incrementos de entre 0,05 - 0,2 bar/min con períodos de espera después de alcanzar la presión negativa en el primer nivel y después de cada incremento hasta alcanzar el nivel de vacío, en el que el primer nivel es entre 0,6 y 0,85 bar.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que aumentar gradualmente la presión negativa del primer nivel hasta alcanzar el nivel de vacío comprende aumentar la presión negativa a una velocidad de aproximadamente 0,1 bar/min o menos.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la presión negativa se incrementa para cada incremento a una velocidad de menos de 0,2 bar/min.
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que la presión negativa se incrementa para cada incremento a una velocidad de sustancialmente 0,1 bar/min.
5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado por el hecho de que comprende, además, curar la resina.
6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado por el hecho de que disponer fibras de refuerzo (2, 4) en el molde (1) en la cara frontal de las células comprende disponer por lo menos cuatro capas de fibras colocadas en la cara frontal de la células fotovoltaicas.
7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado por el hecho de que las fibras de refuerzo (2, 4) son fibras de vidrio.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que disponer fibras de refuerzo (2, 4) en el molde (1) en la cara frontal de las células comprende disponer por lo menos seis capas de fibras de vidrio de 162 g/m2.
9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que disponer fibras de refuerzo (2, 4) en el molde (1) en la cara frontal de las células comprende disponer cuatro o cinco capas de fibras de vidrio de 300 g/m2.
10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, caracterizado por el hecho de que comprende, además, verificar sustancialmente de manera continua el vacío durante la infusión de resina.
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