ES2955549T3 - Módulo fotovoltaico ligero y flexible mejorado - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un módulo fotovoltaico (1) que comprende: - una primera capa transparente (2) que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico (1); - una pluralidad de células fotovoltaicas (4) dispuestas una al lado de otra y conectadas eléctricamente; - un conjunto encapsulador (3) fabricado en polímero capaz de encapsular la pluralidad de células fotovoltaicas (4) entre una parte inferior (3b) y una parte superior (3a); - una segunda capa (5) de un material compuesto a base de resina polimérica y de fibras, estando situados el conjunto encapsulante y las células fotovoltaicas entre la primera y segunda capas, definiendo al menos la primera y segunda capas los bordes (1A, 1B). , 1C, 1D) del módulo fotovoltaico (1); estando la pluralidad de células fotovoltaicas espaciadas por una distancia DA distinta de cero de al menos un borde (1A) del módulo fotovoltaico; el módulo fotovoltaico comprende además una tercera capa (15) de un material compuesto a base de resina polimérica y fibras, ubicada por debajo de la pluralidad de células fotovoltaicas y por encima de la parte inferior del conjunto encapsulando y formando al menos una tira periférica (15A) que se extiende desde al menos un borde hacia el centro de dicho módulo, cuyo ancho (L15A) es mayor o igual a la distancia DA. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico ligero y flexible mejorado
Ámbito técnico de la invención
La presente invención se refiere al campo de los módulos fotovoltaicos, que comprenden un conjunto de células fotovoltaicas conectadas eléctricamente entre sí, y preferentemente las denominadas células fotovoltaicas "cristalinas", es decir, basadas en silicio monocristalino o multicristalino.
Más concretamente, la presente invención se refiere al campo de los módulos fotovoltaicos ultraligeros (peso por unidad de superficie inferior a 1 kg/m2 o incluso inferior a 800 g/m2o incluso inferior a 600 g/m2) y flexibles.
La invención puede utilizarse para numerosas aplicaciones, por ejemplo aplicaciones autónomas y/o embarcadas, y se refiere en particular a aplicaciones que requieren la utilización de módulos fotovoltaicos flexibles, sin vidrio y ultraligeros, en particular con un peso por unidad de superficie inferior a 1 kg/m2, y en particular inferior a 800 g/m2, o incluso inferior a 600 g/m2, y con un espesor reducido, en particular inferior a 1 mm. Por consiguiente, puede utilizarse para edificios como viviendas o locales industriales (terciarios, comerciales, etc.), por ejemplo para la construcción de sus techos, para el diseño de mobiliario urbano, por ejemplo para el alumbrado público, la señalización vial o la recarga de coches eléctricos, y también para aplicaciones móviles, en particular para su integración en objetos voladores, coches, autobuses o barcos, entre otros.
Estado de la técnica
Un módulo fotovoltaico es un ensamblaje de células fotovoltaicas dispuestas una al lado de la otra entre una primera capa que forma una cara frontal del módulo fotovoltaico y una segunda capa que forma una cara posterior del módulo fotovoltaico. La primera capa que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico es transparente para permitir que las células fotovoltaicas reciban un flujo luminoso.
Las células fotovoltaicas pueden conectarse eléctricamente entre sí mediante elementos de contacto eléctrico delanteros y traseros, denominados conductores de conexión, y formados, por ejemplo, por bandas de cobre estañado, colocados respectivamente en las caras frontal (caras orientadas hacia la cara frontal del módulo fotovoltaico destinado a recibir un flujo luminoso) y posterior (caras orientadas hacia la cara posterior del módulo fotovoltaico) de cada una de las células fotovoltaicas, o alternativamente sólo en la cara posterior en el caso de células fotovoltaicas de tipo IBC (por “ Interdigitated Back Contact” en inglés).
Además, las células fotovoltaicas, situadas entre las capas primera y segunda que forman las caras frontal y posterior del módulo fotovoltaico respectivamente, pueden estar encapsuladas.
La solicitud de patente WO2019224458A1 describe un módulo fotovoltaico ultraligero mostrado en la Figura 1. Comprendiendo el módulo fotovoltaico 1:
• una primera capa transparente 2, que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico, que comprende al menos un material polimérico y tiene un espesor e2 inferior a 50 μm ;
• la segunda capa 5, que puede formar la cara posterior del módulo fotovoltaico, que comprende al menos un material composite de tipo preimpregnado a base de resina polimérica y fibras, y que tiene un peso por unidad de superficie inferior a 150 g/m2 ;
• una pluralidad de células fotovoltaicas 4 dispuestas una al lado de la otra y conectadas eléctricamente entre sí mediante elementos de contacto eléctrico en forma de cintas de interconexión,
• un conjunto 3 (formado por dos capas 3a y 3b) que encapsula la pluralidad de células fotovoltaicas y tiene un espesor máximo e3 inferior a 150 μm; el conjunto de encapsulación y la pluralidad de células fotovoltaicas están situados entre la primera y la segunda capas.
La flecha corresponde a la radiación luminosa que llega a la primera capa transparente 2, que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico.
La realización del módulo fotovoltaico 1 se produce en una sola etapa de laminación en caliente, a una temperatura comprendida entre 130°C y 170°C y durante un tiempo de ciclo de laminación de al menos 10 minutos, de las capas constituyentes 2, 3, 4, 5 que forman el módulo fotovoltaico 1.
Como se ilustra en la figura 2, en la práctica, las capas primera y segunda y el conjunto que encapsula las células fotovoltaicas tienen un saliente D con respecto a las células fotovoltaicas en al menos un borde 1A de dicho módulo fotovoltaico 1.
En otras palabras, las células fotovoltaicas están a una distancia de los bordes del módulo formado por las capas primera y segunda y por el conjunto que encapsula las células fotovoltaicas (una distancia igual al valor del
voladizo D). El módulo fotovoltaico también incluye una capa adicional 10 en la cara posterior, hecha del mismo material que la primera capa 2 que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico 1.
La figura 2 muestra un único borde, pero generalmente existe un saliente en todos los bordes del módulo y generalmente tiene la misma anchura en todos los bordes.
En general, el conjunto de encapsulación debe tener un saliente de al menos 16 mm (desde el borde del último conductor eléctrico, célula o cinta de interconexión) o incluso más, para garantizar el aislamiento eléctrico cuando se realiza la operación de laminación, si el módulo está sometido a una tensión de funcionamiento de 1000 V. Este voladizo también garantiza la estanqueidad del módulo al agua y a los productos químicos. La primera y la segunda capa siguen las dimensiones del conjunto de encapsulación. Este voladizo puede ser menor si los materiales utilizados tienen una rigidez eléctrica muy alta, si la tensión de funcionamiento del módulo es menor o si las condiciones ambientales en las que se utiliza el módulo no requieren un alto nivel de estanqueidad al agua o a los productos químicos. En todos los casos, para facilitar el procesamiento, el voladizo suele ser de al menos 5 mm. Además, ciertas aplicaciones de estos módulos fotovoltaicos ultraligeros (por ejemplo, para su integración en un objeto volador) implican a menudo su fijación a un objeto por medio de medios de fijación dispuestos en los bordes del módulo, y no por medio de la cara posterior como puede ser el caso de otros módulos fotovoltaicos y/u otras aplicaciones.
Sin embargo, los inventores han constatado que para un módulo fotovoltaico ultraligero como el descrito anteriormente, las tensiones internas tras la laminación, ligadas a la asimetría de la estructura obtenida, provocan una curvatura en los bordes del módulo. Las curvaturas pueden entonces complicar, dificultar o incluso impedir el uso de las sujeciones mencionadas. Las curvas también pueden presentar riesgos de enganches o problemas de resistencia al viento, o incluso defectos estéticos incompatibles con determinadas aplicaciones.
La invención pretende superar los inconvenientes antes mencionados de la técnica anterior.
Más particularmente, la invención tiene por objeto proporcionar un módulo fotovoltaico ultraligero y flexible cuyos bordes tienen poca o ninguna curvatura, al tiempo que tienen propiedades mecánicas y un rendimiento eléctrico al menos equivalentes a los de los módulos fotovoltaicos ultraligeros y flexibles de la técnica anterior. En otras palabras, la invención pretende obtener módulos fotovoltaicos ultraligeros y flexibles que sean lo más planos posible. El documento RU178429U1 da un ejemplo conocido de bandas de refuerzo dispuestas alrededor de la periferia del módulo fotovoltaico (referencia 8 en la figura 1 de este documento).
Descripción de la invención
Un primer objeto de la invención que permite remediar estos inconvenientes es un módulo fotovoltaico que comprende:
• una primera capa transparente que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico, destinada a recibir un flujo luminoso,
• una pluralidad de células fotovoltaicas dispuestas una al lado de la otra e interconectadas eléctricamente, • un conjunto de encapsulación capaz de encapsular la pluralidad de células fotovoltaicas, que tiene una parte inferior y una parte superior, siendo el conjunto de encapsulación preferentemente de polímero, • una segunda capa que comprende al menos un material composite a base de resina polimérica y fibras, estando el conjunto de encapsulación y la pluralidad de células fotovoltaicas situados entre la primera y la segunda capa,
al menos la primera capa y la segunda capa definen bordes del módulo fotovoltaico; caracterizado porque la pluralidad de células fotovoltaicas está separada una distancia no nula Da de al menos un borde del módulo fotovoltaico, y porque el módulo fotovoltaico comprende además una tercera capa, o capa de refuerzo, situada por debajo de la pluralidad de células fotovoltaicas y por encima de la parte inferior del conjunto de encapsulación, dicha tercera capa formando al menos una banda periférica que se extiende desde el al menos un borde hacia el centro de dicho módulo y cuya anchura es mayor o igual que la distancia Da ; dicha tercera capa comprende al menos un material composite a base de resina polimérica y fibras.
Preferiblemente, la diferencia entre la anchura de la al menos una banda periférica y la distancia Da entre la pluralidad de células fotovoltaicas y el al menos un borde es inferior o igual a 30 mm, incluso más preferiblemente inferior o igual a 20 mm.
Preferiblemente, la anchura de la al menos una banda periférica de la tercera capa es estrictamente mayor que la al menos una distancia entre las células fotovoltaicas y el al menos un borde
Preferiblemente, la segunda capa está hecha de un preimpregnado a base de resina polimérica y fibras.
Preferiblemente, la tercera capa está hecha de un preimpregnado a base de resina polimérica y fibras.
Por "banda" se entiende un elemento que se extiende longitudinalmente en la dirección del borde y cuya anchura se define perpendicularmente a la dirección del borde en el plano del módulo fotovoltaico.
Se dice que una banda es "periférica" en el sentido de que está dispuesta en un borde del módulo fotovoltaico. De este modo, una banda periférica se dispone a partir de un borde de la célula fotovoltaica y alcanza, o incluso sobresale por debajo, de la célula o células fotovoltaicas más cercanas al borde.
La "distancia" entre un borde y la pluralidad de células fotovoltaicas implica la distancia más corta entre dicho borde y la(s) célula(s) fotovoltaica(s) más cercana(s) al borde.
Las distancias entre todos los bordes del módulo fotovoltaico y la pluralidad de células fotovoltaicas pueden ser todas idénticas. En este caso, las anchuras de banda perimetrales pueden ser todas idénticas.
Los espesores de las células y de las distintas capas, en particular de las bandas periféricas, se definen en la dirección perpendicular al plano del módulo fotovoltaico.
El término "transparente" significa que el material de la primera capa que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico es al menos parcialmente transparente a la luz visible, permitiendo el paso de al menos aproximadamente el 80% de esta luz.
La "cara frontal" del módulo fotovoltaico corresponde a la cara destinada a recibir un flujo luminoso. Esto puede denominarse la "cara superior". La "cara posterior" corresponde al lado opuesto del módulo. Esto puede denominarse la "cara inferior". Los términos "debajo" e "inferior" deben entenderse referidos a la cara posterior del módulo fotovoltaico. Por el contrario, los términos "encima" y "superior" deben entenderse referidos a la cara frontal del módulo fotovoltaico.
Además, por el término "encapsulación" o "encapsulado", debe entenderse que la pluralidad de células fotovoltaicas está dispuesta en un volumen, por ejemplo herméticamente cerrado a los líquidos, formado al menos en parte por al menos dos capas de material de encapsulación, unidas entre sí después de la laminación para formar el conjunto de encapsulación.
Inicialmente, es decir, antes de cualquier operación de laminación, el conjunto de encapsulación consta de al menos dos capas de material(es) de encapsulación, conocidas como capas de núcleo, entre las que se encapsula la pluralidad de células fotovoltaicas. Sin embargo, durante el proceso de laminación de las capas, las capas de material de encapsulación se funden para formar una única capa solidificada (o conjunto) en la que se incrustan las células fotovoltaicas.
La invención pretende así mejorar la simetría de los materiales en las zonas sin células fotovoltaicas y eventualmente sin cintas de interconexión, añadiendo una o varias bandas periféricas (capa de refuerzo) únicamente en estas zonas y/o modificando otras capas constituyentes del módulo. Esto evita que los bordes del módulo fotovoltaico se curven.
Estas bandas periféricas pueden estar hechas de materiales que componen las capas ya presentes en el módulo fotovoltaico, como el material composite a base de resina polimérica y fibras de la segunda capa. El objetivo de estas bandas periféricas situadas en los bordes es simetrizar la estructura del módulo fotovoltaico en los bordes y, en el mejor de los casos, mejorar su simetría, respetando al mismo tiempo otras limitaciones en función de la aplicación prevista del módulo fotovoltaico.
Una solución obvia hubiera sido, partiendo del módulo fotovoltaico de la figura 2, colocar otra capa de material composite tipo preimpregnado a base de resina polimérica y fibras (como segunda capa) entre la primera capa transparente y la capa superior de encapsulación, para restablecer la simetría entre las diferentes capas. La invención se diferencia de tal solución por situar una tercera capa o capa de refuerzo entre la pluralidad de células fotovoltaicas y la parte inferior del conjunto de encapsulación y por dar a dicha tercera capa una forma de banda periférica (o de marco periférico si todos los bordes están provistos de una banda de la tercera capa). Por un lado, esto protege la tercera capa de los rayos de luz (queda por debajo de las células), y evita una pérdida de rendimiento (antes de llegar a las células, los rayos no tienen que atravesar una capa adicional). El procedimiento de fabricación del módulo según la invención es tan sencillo como el del módulo fotovoltaico ultraligero de la técnica anterior. Además, la colocación de una banda sólo en los bordes y no en una capa entera ahorra material, lo que puede ser muy ventajoso para módulos fotovoltaicos de gran tamaño. Por último, así se evita añadir demasiado peso al módulo fotovoltaico.
Estas bandas periféricas permiten así formar un módulo fotovoltaico ultraligero y plano, sin curvatura, facilitando el uso de un sistema de fijación del módulo fotovoltaico, sin aumentar considerablemente el peso por unidad de superficie y el precio de coste de dicho módulo.
El módulo fotovoltaico según la invención puede comprender además una o más de las siguientes características tomadas aisladamente o en cualquier combinación técnica posible. En otras palabras, las realizaciones indicadas a continuación pueden combinarse entre sí, excepto cuando se trate explícitamente de una realización alternativa a otra.
Según una realización, la tercera capa y/o la segunda capa están hechas de material composite a base de polímero y fibras, siendo el polímero preferentemente de poliéster, epoxi y/o acrílico; y/o las fibras preferentemente de vidrio, carbono y/o aramida.
Según una realización preferente, la tercera capa está hecha del mismo material composite que la segunda capa. Según una realización particular, la tercera capa forma varias bandas periféricas, preferentemente al menos dos bandas opuestas, y aún más preferentemente cuatro bandas, extendiéndose cada banda periférica desde un borde del módulo fotovoltaico hacia el centro de dicho módulo, siendo la anchura de cada banda periférica mayor o igual que la distancia Da, Db,
Las distancias Dc, Dd entre dicho borde y la pluralidad de células fotovoltaicas. Preferentemente, la diferencia entre la anchura de cada banda periférica y la distancia Da, Db, Dc, Dd es inferior o igual a 30 mm, y aún más preferentemente inferior o igual a 20 mm.
Preferiblemente, la anchura de cada banda periférica de la tercera capa es estrictamente mayor que la distancia Da, Db, Dc, Dd.
Según una realización, el conjunto de encapsulación se extiende hasta los bordes del módulo fotovoltaico.
Según una realización alternativa a la realización precedente, la parte superior del conjunto de encapsulación está separada una distancia D3A de al menos un borde del módulo fotovoltaico, siendo la distancia D3A distinta de cero y menor que la distancia Da entre dicho al menos un borde y la pluralidad de células fotovoltaicas, siendo la diferencia entre dichas distancias Da y D3A preferiblemente menor o igual a 10 mm. En particular, la parte superior del conjunto de encapsulación puede estar separada una distancia no nula D3A, D3B, D3C, D3D de cada borde del módulo fotovoltaico, siendo la diferencia entre la distancia D3A, D3B, D3C, D3D y la distancia Da, Db, Dc, Dd entre dicho borde y la pluralidad de células fotovoltaicas preferentemente menor o igual a 10 mm.
Según una realización, el módulo fotovoltaico comprende además una quinta capa, preferiblemente de polímero, situada debajo de la segunda capa, dicha quinta capa formando al menos una banda periférica que se extiende desde el al menos un borde hacia el centro de dicho módulo y cuya anchura es mayor o igual que la distancia Da entre dicho al menos un borde y la pluralidad de células fotovoltaicas. Preferiblemente, la diferencia entre dicha anchura y dicha distancia es inferior o igual a 30 mm, y aún más preferiblemente inferior o igual a 20 mm.
Según una realización particular, la quinta capa forma una pluralidad de bandas periféricas, preferiblemente al menos dos bandas opuestas, y aún más preferiblemente cuatro bandas, cada banda periférica se extiende desde un borde del módulo fotovoltaico hacia el centro de dicho módulo y la anchura de cada banda periférica es mayor o igual que la distancia Da, Db, Dc, Dd entre dicho borde y la pluralidad de células fotovoltaicas. Preferentemente, la diferencia entre la anchura de cada banda periférica y la distancia Da, Db, Dc, Dd es inferior o igual a 30 mm, y aún más preferentemente inferior o igual a 20 mm.
Preferiblemente, la anchura de cada banda periférica de la quinta capa es estrictamente mayor que la distancia Da, Db, Dc, Dd.
Dicha quinta capa está hecha preferentemente del mismo polímero que el material del conjunto de encapsulación, o al menos de un polímero que tenga las mismas propiedades termomecánicas.
Según una realización particular, las dimensiones de la quinta capa son sustancialmente iguales a las dimensiones de la tercera capa.
Según una realización, el módulo fotovoltaico comprende además:
• una cuarta capa que forma la cara posterior del módulo fotovoltaico, estando la segunda capa situada entre el conjunto de encapsulación y dicha cuarta capa, estando dicha cuarta capa hecha del mismo material que el que constituye la primera capa, y teniendo un espesor menor o igual que el de la primera capa.
El módulo fotovoltaico puede tener además las siguientes características adicionales tomadas solas o en combinación entre sí, así como con una o más de las características precedentes:
• la primera capa está hecha de un material polimérico;
• la primera capa tiene un espesor igual o inferior a 50 μm;
• el conjunto de encapsulación tiene un espesor máximo inferior a 150 μm;
• la segunda capa tiene un peso por unidad de superficie inferior a 150 g/m2 ;
• el conjunto de encapsulación comprende una capa de encapsulación superior dispuesta entre la primera capa y la pluralidad de células fotovoltaicas y una capa de encapsulación inferior dispuesta entre la pluralidad de células fotovoltaicas y la segunda capa.
Un segundo objeto de la invención es un procedimiento para producir un módulo fotovoltaico de este tipo que comprende al menos una etapa de laminación en caliente, a una temperatura comprendida entre 130°C y 170°C, en particular del orden de 150°C, y durante una duración del ciclo de laminación de al menos 10 minutos, en particular de entre 10 y 20 minutos, de las capas constitutivas del módulo fotovoltaico.
El módulo fotovoltaico y el método de realización según la invención pueden comprender cualquiera de las características mencionadas, tomadas aisladamente o en cualquier combinación técnicamente posible con otras características.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción, que se da a modo de ilustración y no es limitativa, con referencia a las figuras adjuntas, entre las que
la [Fig.1] muestra un módulo fotovoltaico del estado de la técnica.
la [Fig.2] muestra un módulo fotovoltaico particular del estado de la técnica.
la [Fig.3] ilustra, en sección transversal y en despiece, una primera realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
la [Fig. 4] ilustra, visto desde arriba, un ejemplo de realización particular de la primera realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
la [Fig.5] ilustra, en sección transversal y en despiece, una variante de la primera realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
la [Fig.6] ilustra, en sección transversal y vista en despiece, una segunda realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
la [Fig.7] ilustra, en sección transversal y vista en despiece, una tercera realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
la [Fig. 8] ilustra, visto desde abajo, un ejemplo de realización particular de la tercera realización de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención.
A lo largo de estas figuras, referencias idénticas pueden designar elementos idénticos o similares.
Además, las distintas partes que aparecen en las figuras no se muestran necesariamente a una escala uniforme, para facilitar la lectura de las figuras.
Descripción detallada de la invención
Las figuras 1 y 2 ya se han descrito en la sección sobre el estado de la técnica.
En todas las figuras transversales, la flecha corresponde al haz de luz.
Cabe señalar que las figuras 3, 5, 6 y 7 corresponden a secciones XZ en despiece de tres modos y una realización alternativa de un módulo fotovoltaico antes de la etapa de laminación del procedimiento de fabricación según la invención. Una vez realizada la etapa de laminación, que garantiza el prensado en caliente al vacío, las distintas capas se superponen realmente en un plano principal XY
La figura 4 es una vista superior XY de un ejemplo particular de la primera realización.
La figura 8 muestra una vista superior XY de un ejemplo particular de la tercera realización.
A lo largo de las Figuras 3 a 8, y más generalmente dentro del ámbito de la invención, el módulo fotovoltaico puede comprender una o más de las siguientes características.
Preferiblemente, la primera capa 2, y la cuarta capa 12 si procede, comprenden al menos un material polimérico. El material polimérico de la primera capa 2 (y de la cuarta capa 12 si procede) puede elegirse entre: policarbonato (PC), polimetacrilato de metilo (PMMA), tereftalato de polietileno (PET), poliamida (PA), un polímero fluorado, en particular fluoruro de polivinilo (PVF) o fluoruro de polivinilideno (PVDF) etileno tetrafluoroetileno (ETFE), etileno
clorotrifluoroetileno (ECTFE), politetrafluoroetileno (PTFE), policlorotrifluoroetileno (PCTFE) y/o etileno propileno fluorado (FEP).
La primera capa 2 (y la cuarta capa 12 si procede) tiene un espesor inferior a 50 μm, y ventajosamente entre 5 μm y 25 μm.
El conjunto de encapsulación 3 (y la quinta capa 13 si procede) puede estar hecho de al menos un material polimérico seleccionado entre : copolímeros ácidos, ionómeros, poli(etileno vinil acetato) (EVA), acetales de vinilo, tales como butirales de polivinilo (PVB), poliuretanos, cloruros de polivinilo, polietilenos, tales como polietilenos lineales de baja densidad, poliolefinas elastoméricas de copolímeros, copolímeros de a-olefinas y a-, p-ácido carboxílico a ésteres etilénicos, como copolímeros de etileno-acrilato de metilo y copolímeros de etileno-acrilato de butilo, elastómeros de silicona y/o resinas epoxídicas.
El conjunto de encapsulación 3 tiene un espesor total e3 inferior o igual a 150 μm , y preferiblemente entre 20 y 100 μm, y aún más preferiblemente entre 50 μm y 75 μm.
En particular, el conjunto de encapsulación 3 puede estar formado por dos capas de material polimérico 3a (capa de encapsulación superior) y 3b (capa de encapsulación inferior). Puede tratarse de dos capas de poli(etileno vinil acetato) (EVA) o de dos capas de ionómero, entre las que se disponen las células fotovoltaicas 4. Cada capa 3a, 3b puede tener un espesor e3a, e3b inferior o igual a 75 μm, y preferentemente inferior o igual a 50 μm. Estas capas 3a y 3b, aunque de naturaleza preferentemente idéntica, pueden tener propiedades ópticas diferentes.
Las células fotovoltaicas 4 pueden seleccionarse entre : células fotovoltaicas de homojunción o heterojunción basadas en silicio monocristalino (c-Si) y/o multicristalino (mc-Si), y/o células fotovoltaicas de tipo IBC, y/o células fotovoltaicas que comprendan al menos un material de entre silicio amorfo (a-Si) silicio microcristalino (jC-Si), teluro de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre e indio (CIS) y diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), o células multiunión (IIVV). Su espesor está comprendido entre 1 y 300μm, y en particular entre 1 y 200μm.
Las células fotovoltaicas 4 pueden tener un espesor e4 comprendido entre 1 y 300 μm, en particular entre 1 y 250 μm, o incluso entre 1 y 200 μm, y ventajosamente entre 70 μm y 150 μm.
Además, el espaciado entre dos células fotovoltaicas vecinas, o consecutivas o adyacentes, puede ser mayor o igual a 0,5 mm, en particular entre 1 y 30 mm, y preferentemente igual a 2 mm.
Además, las células fotovoltaicas 4 pueden interconectarse mediante cintas de cobre estañado soldadas. El grosor de las cintas de interconexión de células fotovoltaicas está adaptado para ser compatible con el proceso de laminación y el bajo grosor del conjunto de encapsulación. Las cintas de interconexión de células pueden tener menos de 100 μm de grosor y 3 mm de ancho.
La segunda capa 5 comprende un material composite de tipo preimpregnado a base de resina polimérica y fibras con un peso por unidad de superficie inferior a 150 g/m2, ventajosamente entre 50 g/m2y 115 g/m2. Por ejemplo, puede estar hecha de al menos un material composite. La trama del tejido del preimpregnado puede tener un peso inferior o igual a 50 g/m2, y la tasa de impregnación de resina polimérica puede estar comprendida entre el 30 y el 70% en masa.
El material composite de la segunda capa 5 puede ser un preimpregnado a base de resina polimérica y fibras, eligiéndose el polímero entre poliéster, epoxi y/o acrílico, y las fibras entre vidrio, carbono y/o aramida.
En particular, la segunda capa 5 puede tener un espesor e5 inferior o igual a 100 μm, en particular entre 50 μm y 80 μm.
En las realizaciones mostradas, la tercera capa 15 (o capa de refuerzo) también está hecha de un material composite del tipo preimpregnado a base de resina polimérica y fibras. Puede ser uno de los materiales enumerados anteriormente, en referencia a la segunda capa 5.
Según una realización preferente, la tercera capa 15 es del mismo material que la segunda capa 5.
La tercera capa 15 puede en particular tener un peso comprendido entre 50 g/m2 y 150 g/m2 La tercera capa puede en particular tener un espesor e15 inferior o igual a 100 μm, en particular comprendido entre 50 μm y 80 μm.
Cabe señalar que la primera capa y/o la segunda capa del módulo fotovoltaico pueden estar formadas en una o más partes, es decir, pueden ser monocapa o multicapa.
La figura 3 ilustra, en sección transversal y vista en despiece, una primera realización de un módulo fotovoltaico 1 que comprende :
• una primera capa transparente 2 que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico destinada a recibir un flujo luminoso,
• una pluralidad de células fotovoltaicas 4 dispuestas una al lado de la otra e interconectadas eléctricamente, • un conjunto de encapsulación 3 que comprende una capa de encapsulación superior 3a dispuesta por encima de la pluralidad de células fotovoltaicas 4 y una capa de encapsulación inferior 3b dispuesta por debajo de la pluralidad de células fotovoltaicas 4, siendo el conjunto adecuado para encapsular la pluralidad de células fotovoltaicas,
• una segunda capa 5 que comprende al menos un material composite de tipo preimpregnado a base de resina polimérica y fibras,
el conjunto de encapsulación 3 y la pluralidad de células fotovoltaicas 4 situadas entre las capas primera y segunda. La primera capa 2 y la segunda capa 5 definen los bordes del módulo fotovoltaico 1, así como el conjunto de encapsulación que se extiende hasta los bordes del módulo.
Además, la pluralidad de células fotovoltaicas 4 está separada una distancia Da de un borde 1A del módulo fotovoltaico 1.
El módulo fotovoltaico 1 también comprende una tercera capa 15, o capa de refuerzo, situada por debajo de la pluralidad de células fotovoltaicas 4 y por encima de la capa de encapsulación inferior 3b. Esta tercera capa forma una banda periférica 15A que se extiende desde el borde 1A y sobresale por debajo de la célula fotovoltaica 41 (o células) más próxima al borde 1A. La anchura L15A de esta banda perimetral es, por tanto, mayor que la distancia Da. A modo de ejemplo, la distancia Da puede ser igual a 50 mm y la anchura L15A de la banda periférica 15A igual a 70 mm. Más generalmente, la diferencia entre la anchura L15A y la distancia Da es inferior o igual a 30 mm, preferiblemente inferior o igual a 20 mm, y aún más preferiblemente entre 10 y 20 mm.
La figura 4 es una vista superior de un ejemplo de la realización mostrada en la figura 3.
Se puede observar que las células fotovoltaicas están separadas de todos los bordes 1A, 1B, 1C, 1D del módulo fotovoltaico 1 por una distancia Da, Db, Dc, Dd. Se muestran cuatro células fotovoltaicas 41, 42, 43, 44, pero este número no es limitativo, y podría haber más, o menos.
La tercera capa 15 forma así cuatro bandas periféricas 15A, 15B, 15C, 15D, una por borde 1A, 1B, 1C, 1D, formando así un marco. Cada banda periférica se extiende desde un borde y se solapa por debajo de las dos células fotovoltaicas más cercanas al borde. La anchura L15A (resp. L15B, L15C, L15D) de cada banda periférica ilustrada es mayor que la distancia Da (resp. Db, Dc, Dd) entre el borde paralelo a dicha banda y la pluralidad de células fotovoltaicas (4).
En el modo simplificado ilustrado en la figura 4, todas las distancias son sustancialmente equivalentes, al igual que las anchuras de las bandas, lo que no siempre es el caso.
Por ejemplo, las distancias Da, Db, Dc, Dd pueden ser iguales a 50 mm y las anchuras L15A, L15B, L15C, L15D de las bandas periféricas 15A, 15B, 15C, 15D iguales a 70 mm.
Más generalmente, la diferencia entre la anchura L15A (resp. L15B, L15C, L15D) de la banda de la tercera capa 15 y la distancia Da (resp. Db, Dc, Dd) entre el borde paralelo a dicha banda y las células es inferior o igual a 30 mm, preferentemente inferior o igual a 20 mm, y aún más preferentemente entre 10 y 20 mm.
Por otra parte, las longitudes de las bandas periféricas no son necesariamente iguales para cubrir todos los bordes sin solaparse y formar así un marco (de lo contrario, es posible prever que cada banda periférica tenga la forma de un trapecio isósceles con un ángulo de 45°). Alternativamente, el marco puede ser de una sola pieza.
La figura 5 muestra una sección transversal y una vista en despiece de una variante de la primera realización.
Este módulo fotovoltaico de la figura 5 puede comprender todas o algunas de las características descritas anteriormente, y en particular las relativas a las figuras 3 a 4, que por lo tanto no se describirán de nuevo. Sin embargo, en esta variante, el módulo fotovoltaico 1 comprende una cuarta capa 12 que forma la cara posterior del módulo fotovoltaico 1, estando la segunda capa 5 situada entre la cuarta capa 12 y el conjunto de encapsulación 3. Esta cuarta capa 12 está hecha del mismo material que la primera capa 2 que forma la cara frontal del módulo fotovoltaico 1. Ventajosamente, este material es clorotrifluoroetileno de etileno (ECTFE), también conocido como Halar®.
Además, la cuarta capa 12 tiene un espesor e12 inferior o igual, en esta variante de la figura 5, al espesor e2 de la primera capa 2.
La cuarta capa 12 proporciona ventajosamente aislamiento dieléctrico y químico para el módulo 1.
La cuarta capa 12 que forma la cara posterior también se muestra en las Figuras 6 y 7. Sin embargo, podría omitirse.
La figura 6 ilustra, en sección transversal y vista en despiece, una segunda realización de un módulo fotovoltaico. Este módulo fotovoltaico de la figura 6 puede comprender todas o algunas de las características descritas anteriormente, y en particular las relativas a las figuras 3 a 5, que por lo tanto no se describirán de nuevo.
Sin embargo, en este segundo modo, la capa de encapsulación superior (3a) está separada una distancia D3 del borde 1A del módulo fotovoltaico. Esta distancia D3 es inferior a la distancia Da para que la capa de encapsulación superior (3a) pueda seguir protegiendo las células fotovoltaicas.
La capa de encapsulación superior (3a) puede estar separada de todos los bordes del módulo fotovoltaico, y en particular puede estar separada la misma distancia D3 de todos los bordes del módulo fotovoltaico, como por ejemplo en una configuración del tipo de las Figuras 4 y 8.
A modo de ejemplo, la distancia Da puede ser igual a 50 mm, la anchura L15A de la banda periférica 15A igual a 70 mm y la distancia D3 igual a 30 mm.
Más generalmente, la diferencia entre la anchura L15A (resp.L15B, L15C, L15D) y la distancia DA(resp.DB, Dc, Dd) es inferior o igual a 30 mm, preferiblemente inferior o igual a 20 mm, y aún más preferiblemente entre 10 y 20 mm, y la diferencia entre Da (resp. Db, Dc, Dd) y D3 es inferior o igual a 10 mm.
La figura 7 ilustra, en sección transversal y despiece, una tercera realización de un módulo fotovoltaico.
Este módulo fotovoltaico de la figura 7 puede comprender todas o algunas de las características descritas anteriormente, y en particular las relativas a las figuras 3 a 5, que por lo tanto no se describirán de nuevo. Sin embargo, en esta tercera modalidad, el módulo fotovoltaico comprende una quinta capa 13 situada por debajo de la segunda capa 5 y por encima de la cuarta capa 12.
Esta quinta capa forma al menos una banda periférica 13A que se extiende desde un borde 1A y sobresale por debajo de la célula fotovoltaica 41 (o células fotovoltaicas) más cercana al borde 1A. La anchura L13A de esta banda perimetral es mayor que la distancia Da.
Esta quinta capa 13 está hecha preferentemente del mismo material que el conjunto de encapsulación 3. Alternativamente, la quinta capa está hecha de un material diferente al conjunto de encapsulación, pero debe tener al menos las mismas propiedades termomecánicas.
La ventaja de esta quinta capa es simetrizar el borde y/o los bordes.
A modo de ejemplo, la distancia Da puede ser igual a 50 mm, la anchura L15A de la banda periférica 15A igual a 70 mm y la anchura L13A de la banda periférica 13A igual a 70 mm.
Más generalmente, la diferencia entre la anchura L13A y la distancia Da es menor o igual a 30 mm, preferiblemente menor o igual a 20 mm y aún más preferiblemente entre 10 y 20 mm.
Preferiblemente, la anchura L13A es igual a la anchura L15A.
La figura 8 corresponde a una vista desde abajo de un ejemplo particular de la tercera realización, en la que sólo se muestran la cuarta capa 12 (desde abajo), la quinta capa 13 y cuatro células fotovoltaicas 41, 42, 43, 44 (las capas 5, 3b, 15 que se encuentran entre la capa 13 y las células no se muestran, aunque están presentes, para hacer la figura más legible, al igual que las capas situadas por encima de las células).
Se puede observar que las células fotovoltaicas están separadas de todos los bordes 1A, 1B, 1C, 1D del módulo fotovoltaico 1 por una distancia Da, Db, Dc, Dd. Se representan cuatro células, pero este número no es limitativo, y podría haber más, o menos.
De este modo, la quinta capa 13 puede formar cuatro bandas periféricas, una por borde, como se muestra por ejemplo en la configuración de la figura 8, formando así también un marco. El marco puede ser de una sola pieza. En el modo simplificado ilustrado en la figura 8, todas las distancias son sustancialmente equivalentes, al igual que las anchuras de las bandas, lo que no siempre es el caso.
A modo de ejemplo, las distancias Da, Db, Dc, Dd pueden ser iguales a 50 mm, y las anchuras L13A, L13B, L13C, L13D de las bandas periféricas 13A, 13B, 13C, 13D iguales a 70 mm.
Más generalmente, la diferencia entre la anchura de banda L13A (resp. L13B, L13C, L13D) de la quinta capa y la distancia Da (resp. Db, Dc, Dd) es inferior o igual a 30 mm, preferiblemente inferior o igual a 20 mm y aún más preferiblemente entre 10 y 20 mm.
Preferentemente, la anchura L13A, (resp L13B, L13C, Li 3d) de la banda de la quinta capa 13 es igual a la anchura L15A, (resp L15B, L15C, L15D) de la banda de la tercera capa 15.
La quinta capa 13 tiene preferentemente la misma forma geométrica que la tercera capa 15, de modo que puedan superponerse.
En particular, la quinta capa 13 puede tener un espesor e13 inferior o igual a 150 μm, o incluso inferior o igual a 100 μm.
A modo de ejemplo, y para cualquiera o cada una de las modalidades presentadas anteriormente :
• el material de la segunda capa 5, y el de la tercera capa 15, puede ser una película de composite preimpregnada del tipo de tejido de vidrio impregnado con una resina epoxi como Hexply M77 de Hexcel;
• la primera capa 2 que forma la cara frontal puede ser una película de etileno clorotrifluoroetileno (ECTFE) (conocida con el nombre de "Halar") del tipo ECT 020 de la empresa Rayotec, con un espesor del orden de 20 μm ;
• las capas de encapsulación 3a y 3b pueden ser películas de ionómero obtenidas de la gama Jurasol™ comercializada por la empresa Juraplast, con un espesor del orden de 50 μm; de igual modo para la quinta capa 13 cuando está incluida;
• las células fotovoltaicas 4 pueden ser células de heterounión a base de silicio amorfo y monocristalino con un espesor del orden de 115 μm, o células de tipo IBC con un espesor del orden de 160 μm.
La realización de un módulo fotovoltaico 1 se efectúa en una sola etapa de laminación en caliente, a una temperatura comprendida entre 130°C y 170°C, y en particular del orden de 150°C, y para una duración de ciclo de laminación de al menos 10 minutos, y en particular de entre 10 y 20 minutos, de las capas constituyentes que forman el módulo fotovoltaico 1.
Las diversas realizaciones mostradas pueden combinarse entre sí.
Además, la presente invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente, sino que se extiende a cualquier realización comprendida en el alcance de las reivindicaciones.
Claims (18)
1. Módulo fotovoltaico (1) que comprende :
- una primera capa transparente (2) que constituye la cara frontal del módulo fotovoltaico (1) destinada a recibir un flujo luminoso,
- una pluralidad de células fotovoltaicas (4) dispuestas una al lado de la otra y conectadas eléctricamente entre sí,
- un conjunto de encapsulación (3) capaz de encapsular la pluralidad de células fotovoltaicas (4), que tiene una parte inferior (3b) y una parte superior (3a), siendo el conjunto de encapsulación preferentemente de polímero, - una segunda capa (5) que comprende al menos un material composite a base de resina polimérica y fibras, estando el conjunto de encapsulación (3) y la pluralidad de células fotovoltaicas (4) situados entre las capas primera (2) y segunda (5),
definiendo al menos la primera capa (2) y la segunda capa (5) los bordes (1A, 1B, 1C, 1D) del módulo fotovoltaico (1);
caracterizado porque la pluralidad de células fotovoltaicas (4) está separada una distancia no nula Da de al menos un borde (1A) del módulo fotovoltaico (1), y porque el módulo fotovoltaico (1) comprende además una tercera capa (15), o capa de refuerzo, situada por debajo de la pluralidad de células fotovoltaicas (4) y por encima de la parte inferior (3b) del conjunto de encapsulación (3), formando dicha tercera capa al menos una banda periférica (15A) que se extiende desde el al menos un borde (1A) hacia el centro de dicho módulo y cuya anchura (L|5a) es mayor o igual que la distancia Da ; comprendiendo dicha tercera capa al menos un material composite a base de resina polimérica y fibras.
2. Módulo fotovoltaico (1) según la reivindicación 1, en el que la diferencia entre la anchura (L|5a) de la al menos una banda periférica (15A) y la distancia Da entre la pluralidad de células fotovoltaicas (4) y el al menos un borde (1A) es menor o igual a 30 mm, preferentemente menor o igual a 20 mm.
3. Módulo fotovoltaico (1) según reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que la tercera capa (15) y/o la segunda capa (5) son de un material composite a base de polímeros y fibras,
- el polímero se selecciona preferentemente entre poliéster, epoxi y/o acrílico; y/o
- las fibras se seleccionan preferentemente entre fibras de vidrio, carbono y/o aramida.
4. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la tercera capa (15) es del mismo material composite que la segunda capa (5).
5. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la tercera capa (15) forma una pluralidad de bandas periféricas (15A, 15B, 15C, 15D), preferentemente al menos dos bandas opuestas, y aún más preferentemente cuatro bandas, extendiéndose cada banda periférica desde un borde (1A, 1B, 1C, 1D) del módulo fotovoltaico (1) hacia el centro de dicho módulo, siendo la anchura (L15A, Lub, Luc, Lud) de cada banda periférica superior o igual a la distancia Da, Db, Dc, Dd entre dicho borde y la pluralidad de células fotovoltaicas (4), siendo la diferencia entre la anchura de cada banda periférica y la distancia Da, Db, Dc, Dd preferentemente inferior o igual a 30 mm, y aún más preferentemente inferior o igual a 20 mm.
6. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el conjunto de encapsulación (3) se extiende hasta los bordes (1A, 1B, 1C, 1D) del módulo fotovoltaico (1).
7. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la parte superior (3a) del conjunto de encapsulación (3) está separada una distancia D3A del al menos un borde (1A) del módulo fotovoltaico (1), siendo la distancia D3A distinta de cero y menor que la distancia Da entre dicho al menos un borde y la pluralidad de células fotovoltaicas, siendo la diferencia entre dichas distancias Da y D3A preferentemente menor o igual a 10 mm.
8. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una quinta capa (13), preferentemente de polímero, situada por debajo de la segunda capa (5), formando dicha quinta capa al menos una banda periférica (13A) que se extiende desde el al menos un borde (1A) hacia el centro de dicho módulo y cuya anchura (L13A) es mayor o igual que la distancia Da entre dicho al menos un borde y la pluralidad de células fotovoltaicas, siendo la diferencia entre dicha anchura y dicha distancia preferiblemente menor o igual a 30 mm, y aún más preferiblemente menor o igual a 20 mm.
9. Módulo fotovoltaico (1) según la reivindicación 8, en el que la quinta capa (13) forma varias bandas periféricas (13A, 13B, 13C, 13D), preferentemente al menos dos bandas opuestas, y aún más preferentemente cuatro bandas, extendiéndose cada banda periférica desde un borde (1A, 1B, 1C, 1D) del módulo fotovoltaico (1) hacia el centro de dicho módulo y siendo la anchura (Lúa, Lub, Luc, Lud) de cada banda periférica superior o igual a la distancia Da, Db, Dc, Dd entre dicho borde y la pluralidad de células fotovoltaicas (4), siendo la diferencia entre dicha anchura y dicha distancia preferentemente inferior o igual a 30 mm, y aún más preferentemente inferior o igual a 20 mm.
10. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que la quinta capa (13) es de un material con las mismas características termomecánicas que el material del conjunto de encapsulación, preferentemente del mismo material que el conjunto de encapsulación (3).
11. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que las dimensiones de la quinta capa (13) son sustancialmente iguales a las dimensiones de la tercera capa (15).
12. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además :
- una cuarta capa (12) que forma la cara posterior del módulo fotovoltaico (1), estando la segunda capa (5) situada entre el conjunto de encapsulación (3) y la cuarta capa (12), estando dicha cuarta capa constituida por el mismo material que el que constituye la primera capa (2), y teniendo un espesor inferior o igual al de la primera capa (2).
13. Módulo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera capa (2) es de un material polimérico.
14. Módulo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera capa (2) tiene un espesor (e2) inferior o igual a 50 μm.
15. Módulo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de encapsulación (3) un espesor máximo (e3) inferior a 150 μm.
16. Módulo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la segunda capa (5) un peso por unidad de superficie inferior a 150 g/m2.
17. Módulo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de encapsulación (3) comprende una capa de encapsulación superior (3a) dispuesta entre la primera capa (2) y la pluralidad de células fotovoltaicas (4) y una capa de encapsulación inferior (3b) dispuesta entre la pluralidad de células fotovoltaicas (4) y la segunda capa (5).
18. Procedimiento de realización de un módulo fotovoltaico (1) seleccionado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque comprende una etapa de laminación en caliente, a una temperatura de entre 130°C y 170°C, en particular del orden de 150°C, y durante una duración del ciclo de laminación de al menos 10 minutos, en particular de entre 10 y 20 minutos, de las capas constituyentes del módulo fotovoltaico (1).
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