ES3045382T3 - Process for optimising the service life of a bifacial multijunction photovoltaic module and photovoltaic module or panel suited to this process - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso para optimizar la vida útil de un módulo fotovoltaico bifacial que comprende al menos una pila multiunión. Una primera cara del módulo, bajo la cual se ubica una primera capa de uniones, está orientada al sol al inicio de su vida útil en una posición básica, denominada primera posición de vida útil, y una última capa de uniones de dicha pila bifacial está dispuesta bajo una segunda cara que recibe la luz dispersa y reflejada bajo el módulo, así como una parte de la luz que pasa a través de la pila. Dicho proceso comprende: - medir (110) la potencia de salida PMC del módulo completo; - calcular (130) la potencia de salida estimada PDC de dicha última capa de unión del módulo basándose en la primera irradiancia en una posición invertida del módulo, denominada segunda posición de vida útil, en la que la segunda cara del módulo se convierte en la cara superior y la primera en la cara inferior. - Comparar (140) la potencia de salida estimada PDC de la capa de unión final con la potencia de salida PMC del módulo completo, medida cuando la primera cara es la cara superior del módulo, para recomendar la inversión del módulo (150) cuando la potencia de salida PMC del módulo completo en la posición básica sea menor que la potencia de salida estimada PDC de la capa de unión final en la posición invertida del módulo. La invención también se refiere a un módulo adecuado para este proceso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento de optimización de la vida útil de un módulo fotovoltaico bifacial multiunión y módulo o panel fotovoltaico adaptado para este procedimiento

[0003] Sector de la técnica

[0004] La presente divulgación se refiere a un módulo fotovoltaico bifacial multiunión, es decir, un módulo que incluye celdas que incluyen un apilamiento de uniones, por ejemplo, un apilamiento que incluye una subcelda provista de unas primeras uniones apiladas, de las cuales, la última, colocada en la parte trasera, absorbe luz por la parte delantera y la trasera. El documento CN111865217A describe un procedimiento para dispositivos fotovoltaicos.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Hoy en día, las tecnologías de módulos multiunión que han alcanzado la fase industrial están reservadas para la industria espacial debido a sus elevados costes. Los módulos multiunión aún no están presentes en los mercados de instalaciones terrestres (en parques solares, en tejados, integrados a los edificios, etc.) que actualmente están realizados a base de celdas de silicio monocristalino, policristalinos o amorfos en módulos de una sola cara o bifaciales. Se están desarrollando muchos esfuerzos de investigación e industriales para hacer que las tecnologías multiunión sean accesibles y rentables para su uso corriente de aquí a dentro de unos años (campo fotovoltaico, particulares, etc.). Un aspecto importante para mejorar la rentabilidad de estas soluciones es incrementar su vida útil. Se estudian especialmente las celdas multiunión compuestas de uniones de perovskita y silicio por su buen desempeño. Ahora bien, las celdas de perovskita actualmente tienen una vida útil inferior a la de las celdas tradicionales de silicio con las que se pueden asociar para realizar estos módulos multiunión y los paneles que utilizan tales módulos no tienen una vida útil optimizada.

[0007] Problema técnico

[0008] En un módulo multiunión de este tipo, las dos uniones están conectadas en paralelo y enlazadas ópticamente. La luz absorbida por la unión inferior es filtrada por la unión superior. En consecuencia, cuando la unión superior se deteriora, esta sigue filtrando la unión inferior y además de tener un desempeño reducido, interrumpe la producción de esta última. Además, la unión superior puede perder su poder filtrante al deteriorarse y volverse cada vez más opaca, alterando aún más la unión inferior.

[0009] Asimismo, actualmente es posible, diseñar celdas que incluyan uniones que tengan altos índices de bifacialidad: la luz percibida en la parte trasera de la unión se convierte con un rendimiento casi tan bueno como la luz percibida en la parte delantera de esta unión.

[0010] Explicación de la invención

[0011] La presente divulgación propone un procedimiento que tiene por objetivo incrementar la vida útil de la multiunión y de los paneles que la comprenden y darles una segunda vida.

[0012] Más específicamente, la presente divulgación se refiere a un procedimiento de optimización de la vida útil de un módulo fotovoltaico bifacial que incluye al menos un apilamiento multiunión, para el que una primera cara del módulo, debajo de la cual se encuentra una primera capa de uniones de dicho apilamiento, está expuesta al sol al inicio de la vida del módulo en una posición base del módulo, denominada posición de primera vida, y para lo cual una última capa de uniones de dicho apilamiento multiunión, de tipo bifacial está dispuesta debajo de una segunda cara del módulo, no expuesta al sol, recibiendo una luz difusa y reflejada debajo del módulo, así como una parte de luz que pasa a través del apilamiento, incluyendo este procedimiento:

[0013] a. una medición de una primera irradiancia IR<sup>en la cara expuesta al sol del módulo y una segunda irradiancia IR<inf>en la cara no expuesta al sol del módulo, cuando la primera cara del módulo está expuesta al sol;

[0014] b. una medición de una potencia P<mc>de salida del módulo completo;

[0015] c. un cálculo de una potencia P<e>1 estimada de salida de cada capa de uniones del apilamiento multiunión tomada individualmente cuando la primera cara es la cara expuesta al sol;

[0016] d. un cálculo de una potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>del módulo en función de la primera irradiancia en una posición invertida del módulo, denominada posición de segunda vida, donde la segunda cara del módulo pasa a ser la cara expuesta al sol y la primera cara del módulo pasa a ser la cara no expuesta al sol;

[0017] e. una comparación de dicha potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>con la potencia de salida del módulo completo P<mc>medida cuando la primera cara es la cara expuesta al sol del módulo,

[0018] para emitir una recomendación de inversión del módulo cuando la potencia de salida del módulo completo P<mc>en la posición base pasa a ser inferior a la potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>en la posición invertida del módulo.

[0020] El procedimiento de la presente divulgación permite prolongar la vida de los paneles fotovoltaicos que incluyen unos módulos fotovoltaicos con al menos dos uniones apiladas, con una unión superior o un apilamiento de uniones superiores que dejan pasar una parte del espectro luminoso hacia una unión inferior de tipo bifacial, que se invierten cuando un deterioro de las uniones fotovoltaicas en la parte superior del módulo pasa a ser demasiado importante mientras que la unión inferior sigue siendo utilizable con un rendimiento suficiente.

[0022] Las características expuestas en los siguientes párrafos corresponden a unos modos de realización que pueden implementarse independientemente unos de otros o combinados entre sí:

[0024] El procedimiento puede incluir, en una posición base, una comparación de la potencia estimada de salida de dicho apilamiento de uniones P<api>con los datos de potencia de salida iniciales P<ini>de dicho apilamiento de uniones con una misma irradiancia IR<ref>para determinar un deterioro de dicho apilamiento de uniones.

[0026] Esto permite afinar la determinación del memento en el que es deseable una inversión.

[0028] Los datos de potencia de salida iniciales son pares de irradiancia/potencia IR<ref>/P<ini>que puede obtenerse durante una etapa preliminar de memorización de pares de irradiancia/potencia obtenidos para diversos valores de irradiancia de dichas uniones al inicio de la vida del módulo.

[0030] Esto permite determinar el rendimiento del módulo para diferentes irradiancias.

[0032] El procedimiento puede detenerse al generarse una alerta para un operador, pero puede incluir ventajosamente una etapa de inversión del módulo.

[0034] El procedimiento puede incluir además un periodo de vigilancia de la mejoría del rendimiento del módulo invertido y una etapa de validación o no de dicha inversión en función de si dicho rendimiento ha mejorado o no. Esto puede permitir, por ejemplo, probar la inversión en un primer módulo o panel antes de proceder a la inversión de otros paneles en un parque solar para limitar los costes de la operación.

[0036] La presente divulgación se refiere además a un módulo fotovoltaico multiunión adaptado para el procedimiento, que incluye un primer apilamiento de una primera capa de uniones debajo de una primera cara del módulo y una última capa de uniones bifaciales debajo de una segunda cara del módulo, dejando pasar dicha primera capa una parte del espectro luminoso hacia dicha segunda capa o que incluye un segundo apilamiento de una pluralidad de capas de uniones con intervalos de bandas prohibidas decrecientes a partir de dicha primera cara, cuya primera capa es una primera capa del módulo, dispuesta debajo de dicha primera cara, estando dicho segundo apilamiento dispuesto sobre una última capa de uniones bifaciales del módulo y dejando pasar una parte del espectro luminoso desde dicha primera capa hacia dicha última capa y que incluye un dispositivo de inhibición de al menos uno de los bornes de salida de las capas, a excepción de dicha última capa cuando el módulo está en posición invertida con dicha última capa expuesta al sol.

[0038] El dispositivo de inhibición es útil para evitar que las celdas que han perdido su eficiencia y que están situadas debajo del panel después de la inversión interrumpan el funcionamiento de las celdas que están cara al sol tras la inversión.

[0039] Las uniones de las diferentes capas pueden tener una superficie diferente o las capas pueden incluir un número diferente de uniones con el fin de equilibrar las tensiones de salida de las capas puestas en paralelo.

[0041] Las uniones de cada una de las capas se pueden conectar según unas redes en serie o en serie/paralelo para formar redes con dos bornes de salida por capa, estando dichas redes en serie/paralelo adaptadas para equilibrar las tensiones de cada una de las capas cuando dichas redes están conectadas en paralelo y cuando la primera capa está expuesta al sol y la última capa no está expuesta al sol.

[0043] El dispositivo de inhibición puede estar constituido por un diodo intercalado entre un borne de salida de la red de la última capa y los bornes de salida de la o de otras capas del apilamiento multiunión. Este diodo está orientado de manera que bloquea el paso de una corriente desde la última capa en una posición cara al sol hacia las demás capas que se encuentran en este caso debajo de la última capa.

[0045] El dispositivo de inhibición también puede estar constituido por una correa amovible o un interruptor dispuesto entre un borne de salida de la última capa y un grupo de salidas de las otras capas. La correa se retirará o el interruptor se pondrá en posición abierta cuando se invierta el módulo o panel que lo comprende.

[0047] El módulo es preferiblemente tal que las características de envejecimiento relativas entre las capas del módulo sean tales que la última capa esté adaptada, por inversión del módulo, para suministrar una potencia nominal superior al módulo entero cuando la curva de rendimiento en función del tiempo del módulo entero pasa a ser inferior al rendimiento de la última capa en una posición cara al sol.

[0048] La presente divulgación se refiere además a un panel fotovoltaico que incluye al menos un módulo fotovoltaico tal como se ha definido anteriormente y que incluye terminales o contactos de salida para las redes del módulo o módulos tanto en la cara superior como en la cara inferior del módulo. Esto simplifica la conexión del panel en los dos sentidos de montaje.

[0049] El panel puede incluir un marco que rodea el módulo, estando el marco provisto de un perfil simétrico provisto de unas aletas que se extienden a ambos lados del espesor del módulo, para realizar un marco de perfil bajo que limita la sombra proyectada por el marco tanto cuando el panel está en la posición base como cuando el panel está en la posición invertida. De esta manera las aletas del marco no crean más sombra cuando el panel está en la posición invertida que en la posición inicial.

[0050] Las aletas del marco pueden ventajosamente estar provistas de espacios de recepción de una caja de unión adaptada para conectarse tanto a los terminales o contactos de salida en la cara superior del módulo como a los terminales o contactos de salida en la cara inferior del módulo para limitar un recubrimiento de una parte de la superficie del panel que incluye las uniones por dicha caja de unión. Esto limita aún más los fenómenos de sombra tanto en la posición invertida como en la posición base.

[0051] El panel puede incluir ventajosamente un par de sensores de irradiancia en cada lado de un plano del panel.

[0052] El par de sensores de irradiancia puede estar situado en un brazo sobre un lado externo del panel.

[0053] La presente invención también se refiere a un programa informático que incluye instrucciones para la implementación del procedimiento cuando este programa es ejecutado por un procesador.

[0054] La presente divulgación se refiere por último a un medio de grabación no transitorio legible por un ordenador en el que se graba un programa para implementar el procedimiento.

[0055] Breve descripción de los dibujos

[0056] Otras características, detalles y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la siguiente descripción detallada de ejemplos de realización no limitativos, y con el análisis de los dibujos adjuntos, en los que:

[0057] [Fig. 1A], [Fig. 1B], [Fig. 1C] muestran un detalle de un módulo en sección perpendicular a un plano del módulo según tres fases de vida útil y un primer modo de realización;

[0058] [Fig. 1D] muestra un detalle de un módulo en sección según un segundo modo de realización de un módulo en una primera posición;

[0059] [Fig. 2A] muestra un primer diagrama lógico de las etapas del procedimiento según la divulgación;

[0060] [Fig. 2B] muestra un segundo diagrama lógico de las etapas del procedimiento según la divulgación.

[0061] [Fig. 3] muestra un primer ejemplo de apilamiento de capas de uniones fotovoltaicas;

[0062] [Fig. 4] muestra un segundo ejemplo de apilamiento de capas de uniones fotovoltaicas;

[0063] [Fig. 5] muestra una primera realización del panel;

[0064] [Fig. 6] muestra una segunda realización del panel y su conexión.

[0065] Descripción de los modos de realización

[0066] Los dibujos y la siguiente descripción contienen elementos que no solo pueden servir para comprender mejor la presente invención, sino también contribuir a su definición, llegado el caso.

[0067] Un módulo fotovoltaico multiunión es un módulo fotovoltaico que incluye celdas que incluyen, ya sea dos capas de uniones de diferentes tecnologías apiladas, denominadas celdas en tándem, como se describe, por ejemplo, en el documento US 9287431 B1, ya sea que incluya un apilamiento de más de dos capas de uniones, como las tecnologías de celdas multiunión en materiales III-V sobre silicio, tales como GalnP/AIGaAs/Si. Un módulo fotovoltaico de este tipo es bifacial cuando la última capa de uniones es bifacial, es decir, incluye unas uniones bifaciales que pueden absorber la luz filtrada por las capas superiores y la que incide sobre la cara trasera. El apilamiento multiunión incluye un apilamiento de uniones que combinan varios materiales absorbentes con diferentes energías de banda prohibida, uniones, por ejemplo, de tipo p - n constituidas por diferentes materiales semiconductores apilados, estando las diferentes capas adaptadas para producir una corriente eléctrica, en respuesta a partes del espectro de luz de longitud de onda creciente desde una primera capa de uniones expuestas directamente a la luz hacia una última capa de uniones en profundidad. La última capa bifacial absorbe entonces la luz por sus dos caras, en respuesta a un amplio espectro, lo que permite al módulo producir electricidad al absorber la luz que pasa a través de su cara expuesta al sol y que pasa a través del apilamiento y al absorber la luz que pasa a través de su cara no expuesta al sol que recibe una luz difusa, reflejada por el suelo, por ejemplo.

[0069] Para un módulo de este tipo, la capa o capas de uniones de la cara expuestas a la luz directa del sol se deteriorarán más rápidamente que la última capa de uniones del lado de la cara no expuesta al sol. Esto se debe en concreto a la tecnología de las celdas para las que las tecnologías multiunión de alto rendimiento utilizadas para la cara expuesta al sol se deterioran más rápidamente que las tecnologías de silicio tradicionales, pero también debido al hecho de la exposición a la luz procedente directamente del sol. La presente divulgación busca aprovechar el desempeño de la última capa de uniones, incluso cuando las primeras capas de uniones están deterioradas. Para ello, el módulo se posiciona inicialmente en una posición base denominada "posición de primera vida", con la primera capa de la celda en tándem o las capas multiunión del lado de la cara expuesta al sol y la última capa, de uniones bifaciales, debajo del módulo, en la cara no expuesta al sol, luego se invierte e instala en una posición invertida denominada "posición de segunda vida" donde la capa de uniones bifaciales se encuentra en el lado de la cara expuesta al sol, estando entonces la otra u otras capas multiunión preferentemente desactivadas.

[0071] Las figuras 1A a 1C ilustran esquemáticamente un segmento de módulo multiunión 10 visto en sección perpendicular al plano del módulo.

[0073] En la figura 1A está representada la sección del segmento del módulo, en la posición de primera vida. El módulo 10 incluye una primera cara 1 realizada con un material transparente y que está cara al sol en dicha posición de primera vida. Debajo de la primera cara se encuentra una primera capa de uniones 21 de un apilamiento multiunión 20. El apilamiento incluye capas de uniones 21,22, 23, 24 de bandas prohibidas decrecientes según se alejan de la primera cara, absorbiendo las capas inferiores las longitudes de onda crecientes, no absorbidas por las capas anteriores. El módulo incluye una segunda cara 2 realizada con un material transparente debajo de la cual se encuentra una última capa de uniones bifaciales 30 (por convención, se utiliza la terminología "debajo de la cual" aunque según la orientación del esquema, la última capa está representada encima de la segunda cara). La última capa de uniones 30 queda así posicionada entre la última capa 25 del apilamiento 20 y la segunda cara 2 del módulo.

[0075] Al inicio de la vida del módulo, el conjunto de uniones produce electricidad, representada por los signos , las capas de uniones del apilamiento 20 a partir de la luz 3 recibida en la cara delantera y la capa de uniones bifaciales 30 a partir de la parte de luz que pasa a través del apilamiento y a partir de la luz, por ejemplo, difusa y reflejada 4, que llega debajo del módulo a través de la segunda cara 2.

[0077] Cuando las uniones del apilamiento 20 se deterioran, como se muestra en la figura 1B, la electricidad producida por estas capas se reduce, como representan los signos -, mientras que la capa de uniones bifaciales 30 sigue produciendo electricidad a partir de la luz recibida en la cara trasera.

[0079] Esto también es aplicable a un módulo de 10' provisto de celdas en tándem, según la figura 1D, para el que el apilamiento multiunión 20', representado en la posición inicial de primera vida, solo incluye entonces una primera capa de uniones 21' y una segunda y última capa de uniones 30'. Una ventaja del procedimiento se presenta a continuación en la tabla 1, en relación con un ejemplo de simulación de deterioro para un módulo o panel en tándem, es decir, un módulo que incluye en el lado expuesto al sol, en posición base o de primera vida, una primera capa de uniones que dejan pasar una parte del espectro y en el lado no expuesto al sol una segunda capa de uniones bifaciales. Este ejemplo permite simular el momento a partir del cual es deseable invertir el módulo o panel.

[0081] En este ejemplo de simulación, el índice de deterioro de la capa o unión superior, del apilamiento, por ejemplo, una capa de uniones de perovskita, con un rendimiento del 20 %, es, por ejemplo, del orden del 1,7 % anual. El de la capa o subcelda, inferior del apilamiento, por ejemplo, una capa de uniones de silicio, con un rendimiento del 21 % es, por ejemplo, de 0,5 % anual y la capa inferior tiene una alta tasa de bifacialidad. En este caso se puede estimar que la posición del módulo invertido, posición de segunda vida, puede ser interesante después de cierto número de años de funcionamiento, como se ilustra en la tabla 1, que ofrece las eficiencias de la capa de uniones superior, de la capa de uniones inferior, de las dos capas juntas y de la capa inferior sola cuando el módulo está invertido y esta capa se encuentra cara al sol.

[0083] Esta estimación depende de las subceldas consideradas, de los índices de deterioro realmente observados en condiciones reales para el módulo en cuestión, del índice de bifacialidad y de otros parámetros.

[0084] T l 11

[0087]

[0089] Por lo tanto, es interesante, después de cierto tiempo de funcionamiento en la configuración de posición de primera vida, aprovechar únicamente la capa inferior y su desempeño que ha permanecido intacto para convertir la luz en la cara expuesta al sol en una configuración de posición de segunda vida. En esta configuración, la capa inferior del apilamiento se coloca entonces encima, de modo que pueda convertir de manera eficiente toda la luz percibida en el lado expuesto al sol, la contribución de la luz reflejada en el lado no expuesto ya no se aprovecha entonces.

[0090] En el ejemplo de la tabla anterior, el paso a la posición invertida de segunda vida es teóricamente ventajosa a partir del año 26. No obstante, en función de las condiciones reales de uso de los módulos, no es posible, basándose únicamente en un índice teórico de deterioro, predecir el momento en el que resulta deseable invertir el módulo. Este ejemplo sigue siendo generalizable a cualquier configuración multiunión con una capa inferior bifacial.

[0091] La presente divulgación proporciona un procedimiento que permite determinar el momento en el que se debe invertir el módulo o panel. El procedimiento utiliza las mediciones de las irradiancias percibidas en las caras delantera y trasera del módulo y cálculos basados en las tecnologías de unión empleadas, la presente invención propone en particular calcular la potencia eléctrica suministrada por las capas y la potencia eléctrica que suministraría la capa de uniones bifaciales 30 si estuviera en la cara delantera y determinar el momento en el que interesa invertir el panel, para llegar a la configuración de la figura 1C de panel invertido donde la capa de uniones bifaciales 30 se coloca en la cara expuesta al sol y así optimizar la vida útil del módulo o del panel que incluye el módulo.

[0092] El procedimiento para realizar esto incluye las etapas descritas en la figura 2A y en particular, incluye:

[0093] a. una medición 100 de una primera irradiancia IR<sup>en la cara expuesta al sol del módulo y una segunda irradiancia IR<inf>en la cara ensombrecida del módulo, cuando la primera cara es la cara del módulo expuesta al sol en una posición base denominada posición de primera vida. Esta medición se realizará con sensores de irradiancia 50, 51 en la cara delantera y en la cara trasera de un panel 40 que incluye el módulo 10 y un marco 41, como se ha representado, por ejemplo, en la figura 6;

[0094] b. una medición 110 de una potencia P<mc>de salida del módulo completo realizada mediante una medición 18 de la tensión V y una medición 17 de la corriente de salida I del panel que incluye el módulo 10 todavía según la figura 6;

[0095] c. un cálculo 120 de una potencia P<e>1 estimada de salida de cada capa de uniones del apilamiento multiunión tomada individualmente cuando la primera cara es la cara expuesta al sol del módulo. Este cálculo tendrá en cuenta las características físicas de las uniones que determinan la potencia restituida de cada capa en función de la irradiancia;

[0096] d. un cálculo 130 de una potencia estimada P<uc>de salida de dicha última capa de uniones del módulo en función de la primera irradiancia en una posición invertida del módulo, denominada posición de segunda vida, donde la segunda cara del módulo pasa a ser la cara expuesta al sol del módulo y la primera cara del módulo pasa a ser la cara no expuesta al sol del módulo. Este cálculo tendrá en cuenta las características físicas de dicha última capa y la irradiancia en la cara expuesta al sol;

[0097] e. una comparación 140 de dicha potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones con la potencia de salida del módulo completo medida cuando la primera cara es la cara expuesta al sol del módulo.

[0098] Estas mediciones y cálculos permiten, en la etapa 150 emitir una recomendación para invertir el módulo cuando la potencia de salida del módulo completo en la posición de primera vida pasa a ser inferior a la potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones en la posición de segunda vida del módulo.

[0099] Cuando el procedimiento ha determinado que la inversión del módulo es favorable, se puede realizar o planificar una etapa de inversión 160 del módulo, por ejemplo, cuando el conjunto o una parte de los paneles de un parque hayan alcanzado un deterioro suficiente.

[0100] El procedimiento de la presente divulgación permite afinar la determinación del momento en el que es deseable una inversión del módulo en condiciones reales de uso a partir del momento en que se conocen las irradiancias en la cara expuesta al sol y en la cara no expuesta al sol y las características físicas de las uniones que constituyen las celdas. Para mejorar la estimación del deterioro de la o de las capas superiores en la posición de primera vida y definir mejor así el momento en que es deseable la inversión, es posible hacer una comparación de la potencia estimada de salida de dicho apilamiento de uniones P<api>a los datos de potencia de salida iniciales de dicho apilamiento de uniones P<ini>medidos en una etapa preliminar 90 con una irradiancia de referencia IR<ref>para determinar un deterioro de las primeras capas de uniones, por ejemplo, antes de iniciar los cálculos de estimación mencionados anteriormente. La figura 2B presenta un proceso de este tipo con la medición y la memorización en la etapa 90 de una o más potencias iniciales P<ini>. en función de una o más irradiancias de referencia IR<ref>, en la etapa 112, después de la etapa 110 de medición de la potencia del módulo completo, una verificación de concordancia de la irradiación medida superior iRsup con una irradiación de referencia IR<ref>, en caso de concordancia, una etapa de cálculo de la potencia del apilamiento 114 y después una comparación de la potencia del apilamiento con un porcentaje de la potencia inicial P<ini>, 60 % según el ejemplo sin que esto sea limitativo, para lanzar los cálculos de si la inversión es necesaria o no.

[0101] Los datos de potencia de salida iniciales son pares de irradiancia/potencia obtenidos durante una etapa preliminar de memorización de pares de irradiancia/potencia obtenidos para diversos valores de irradiancia de dichas uniones al inicio de la vida del módulo.

[0102] El procedimiento puede incluir a continuación, un periodo 165 de vigilancia de la mejoría del rendimiento del módulo invertido y una etapa 170 de validación o no de dicha inversión. En caso de que no se haya mejorado el rendimiento, en este caso, es posible volver a la configuración de la posición de primera vida modificando los parámetros de cálculo de modelo del módulo o panel con los datos de rendimiento o potencia medidos 190.

[0103] Si ha mejorado el rendimiento entonces se mantiene la inversión y la configuración de la posición de segunda vida 180.

[0104] El módulo está diseñado específicamente para poder estar, ya sea en la posición base, ya sea invertido e instalado en la configuración de la posición de segunda vida. Para ello se han puesto en marcha diferentes soluciones que se detallan a continuación.

[0105] Como se ha visto anteriormente, el módulo o panel incluye celdas formadas por un apilamiento de capas de uniones de bandas prohibidas decrecientes a partir de dicha primera cara, dejando pasar las uniones de este apilamiento una parte del espectro luminoso desde las capas superiores hacia las capas inferiores, disponiéndose dicho apilamiento sobre una última capa de uniones bifaciales del módulo.

[0106] Según el ejemplo de la figura 3, las uniones de las diferentes capas se disponen en subceldas de diferente superficie con el fin de equilibrar las tensiones de salida de cada una de las capas para que puedan conectarse en paralelo. En este modo de realización, el módulo incluye un apilamiento de tres capas 210, 220, 230 sobre una capa bifacial 300, estando las uniones 21a, 22a, 23a de cada una de las capas, eventualmente, de diferentes superficies, conectadas en redes en serie/paralelo 11, 12 al nivel de las capas para formar redes con dos bornes de salida por capa y en paralelo 13 entre capas, de manera que dichas redes en serie/paralelo estén adaptadas para equilibrar las tensiones de cada una de las capas cuando dichas redes están conectadas en paralelo y cuando la primera capa está cara al sol y la última capa recibe una luz reflejada debajo del módulo.

[0107] Como se ha visto más arriba, según la presente divulgación, las características de envejecimiento relativas entre las capas del módulo son tales que la última capa, la capa bifacial, está adaptada, por inversión del módulo, para suministrar una potencia nominal superior al módulo entero cuando la curva de rendimiento en función del tiempo del módulo entero pasa a ser inferior al rendimiento de la última capa en una posición cara al sol.

[0108] Cuando el módulo se invierte, hay que evitar que la unión o uniones del apilamiento multiunión que ya no producen electricidad interrumpan el funcionamiento de la capa bifacial. Para hacerlo, según el ejemplo, un dispositivo de inhibición de al menos uno de los bornes de salida de las capas del apilamiento multiunión, a excepción de dicha última capa, cuando el módulo se posiciona con la última capa colocada cara al sol, está constituido aquí por un diodo 14.

[0109] El dispositivo de inhibición también puede estar constituido por una correa amovible o un interruptor.

[0110] La figura 4 representa otro modo de realización representado por su esquema eléctrico para el que las uniones 21b, 22b, 23c y 30c son iguales en número por capa y están conectadas en serie dentro de las capas, estando las capas 211, 221, 231 del apilamiento multiunión conectadas en paralelo mediante enlaces 13, permitiendo el diodo 14, entre las conexiones de las capas del apilamiento multiunión y la capa de uniones bifaciales 300, inhibir las capas no activas cuando el módulo o panel se invierte y la conexión de este último a través de los bornes de salida 15, 16.

[0111] Son posibles configuraciones diferentes a las de las figuras 3 y 4 en función de las tecnologías de uniones empleadas y, en concreto, los módulos pueden incluir más o menos de tres capas de uniones apiladas sobre la capa de unión bifacial y las disposiciones de conexiones de las uniones en las capas pueden diferir en función de las tensiones de salida de las uniones, de los materiales empleados y de los métodos de fabricación.

[0112] La figura 5 representa un ejemplo de panel fotovoltaico 40 provisto de uno o más módulos fotovoltaicos 10a, 10b que incluyen apilamientos de uniones según la presente divulgación, visto en sección lateral. El panel incluye un par de sensores de irradiancia 50, 51 para realizar las mediciones de irradiancia del procedimiento. Los sensores del par de sensores están dispuestos a cada lado de un plano P del panel y posicionados en una parte del panel desprovista de uniones para limitar los riesgos de sombreado. Estos sensores están conectados a unos medios de cálculo, tales como los medios 60 de la figura 6 para permitir que el procedimiento calcule las irradiancias y para implementar el procedimiento.

[0113] Para reducir aún más los fenómenos de sombreado, pero también la radiación directa del marco cuando el panel e invierte, el marco 41 del panel incluye unas aletas simétricas con respecto al plano P del panel. Asimismo, para permitir una conexión del panel por la cara inferior, el panel incluye unos terminales o contactos de salida de las redes tanto en la cara superior 15, 16 como en la cara inferior 15', 16' del módulo.

[0114] El marco es así un marco de perfil bajo que limita la sombra proyectada por el marco tanto cuando el panel está en la posición de primera vida como cuando el panel está en la posición de segunda vida.

[0115] Según la figura 5, las aletas 41a, 41b del marco 41 están provistas de unos espacios de recepción de una caja de unión 42 adaptada para conectarse tanto a los terminales o contactos de salida de la cara superior del módulo como a los terminales o contactos de salida de la cara inferior del módulo. Esto limita aún más el recubrimiento de una parte de la superficie del panel que incluye las uniones por dicha caja de unión y reduce el riesgo de sombreado del panel. La caja de unión se conecta a un módulo de control 19 provisto de unos medios de medición de corriente 17 y tensión 18 y de unos medios de cálculo: procesador, memoria de programa, memoria de trabajo, un programa informático que incluye instrucciones para la implementación del procedimiento cuando este programa es ejecutado por dicho procesador, recibiendo o incluyendo los medios de cálculo eventualmente un medio de grabación no transitorio legible por un ordenador en el que se graba un programa para la implementación del procedimiento cuando este programa es ejecutado por dicho procesador.

[0116] En el modo de realización de la figura 6, el par de sensores de irradiancia 50', 51' está situado en un brazo 52 en un lado externo del panel, estando los sensores dispuestos respectivamente a ambos lados del plano P del panel. Esta configuración limita aún más los riesgos de sombreado sobre el módulo o módulos del panel en las configuraciones de primera vida y de segunda vida.

[0117] Además del procedimiento, la presente divulgación propone así un sistema fotovoltaico, panel o módulo, que se puede utilizar en dos configuraciones: posición de primera vida o posición de segunda vida, en función del desempeño del módulo. Está diseñado para funcionar de manera óptima en las dos configuraciones para prolongar la vida útil del sistema.

[0118] La invención no se limita a los ejemplos descritos anteriormente, únicamente a modo de ejemplo, sino que engloba todas las variantes que un experto en la materia pueda prever en el marco de la protección solicitada y, por ejemplo, el panel descrito se puede orientar sobre uno o dos ejes de rotación para efectuar un seguimiento y una optimización del rendimiento del panel según las irradiancias recibidas en la cara superior y en la cara inferior.

[0119] En términos de aplicaciones o mercados, el procedimiento y los módulos y paneles de la presente divulgación se aplican igualmente a instalaciones solares sobre el suelo, por ejemplo, de tipo parque solar, como a instalaciones en altura, como instalaciones fotovoltaicas en tejados, lo que representa una ventaja adicional.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de optimización de la vida útil de un módulo fotovoltaico (10, 10') bifacial que incluye al menos un apilamiento multiunión (20, 20'), para el que una primera cara del módulo, debajo del cual se encuentra una primera capa de uniones (21) de dicho apilamiento, está expuesta al sol al inicio de la vida del módulo en una posición base del módulo, denominada posición de primera vida, y para el que una última capa de uniones (30) de dicho apilamiento multiunión, de tipo bifacial está dispuesta debajo de una segunda cara del módulo, no expuesta al sol, recibiendo una luz difusa y reflejada debajo del módulo, así como una parte de luz que pasa a través del apilamiento,caracterizado por queincluye:

a. una medición (100) de una primera irradiancia IRsup en la cara expuesta al sol del módulo y una segunda irradiancia IRn en la cara no expuesta al sol del módulo, cuando la primera cara del módulo está expuesta al sol; b. una medición (110) de una potencia P<mc>de salida del módulo completo;

c. un cálculo (120) de una potencia PE1 estimada de salida de cada capa de uniones del apilamiento multiunión tomada individualmente cuando la primera cara es la cara expuesta al sol;

d. un cálculo (130) de una potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>del módulo en función de la primera irradiancia en una posición invertida del módulo, denominada posición de segunda vida, donde la segunda cara del módulo pasa a ser la cara expuesta al sol y la primera cara del módulo pasa a ser la cara no expuesta al sol;

e. una comparación (140) de dicha potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>con la potencia de salida del módulo completo P<mc>medida cuando la primera cara es la cara expuesta al sol del módulo, para emitir una recomendación de inversión (150) del módulo cuando la potencia de salida del módulo completo P<mc>en la posición base pasa a ser inferior a la potencia estimada de salida de dicha última capa de uniones P<uc>en la posición invertida del módulo.

2. Procedimiento de optimización según la reivindicación 1, que incluye, en una posición base, una comparación (116) de la potencia estimada de salida de dicho apilamiento de uniones P<api>con los datos de potencia de salida iniciales P<ini>de dicho apilamiento de uniones con una misma irradiancia IR<ref>para determinar un deterioro de dicho apilamiento de uniones.

3. Procedimiento de optimización según la reivindicación 2, para el que los datos de potencia de salida iniciales son pares de irradiancia/potencia IR<ref>/P<ini>obtenidos durante una etapa preliminar (90) de memorización de pares de irradiancia/potencia obtenidos para diversos valores de irradiancia de dichas uniones al inicio de la vida del módulo.

4. Procedimiento de optimización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una etapa de inversión (160) del módulo.

5. Procedimiento de optimización según la reivindicación 4, que incluye un periodo de vigilancia (165) de la mejoría del rendimiento del módulo invertido y una etapa de validación o no (170) de dicha inversión en función de si el rendimiento ha mejorado o no.

6. Módulo fotovoltaico multiunión adaptado para el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queeste incluye un primer apilamiento de una primera capa de uniones debajo de una primera cara del módulo y una última capa de uniones bifaciales debajo de una segunda cara del módulo, dejando pasar dicha primera capa una parte del espectro luminoso hacia dicha última capa o un segundo apilamiento (20) de una pluralidad de capas de uniones de bandas prohibidas decrecientes (21, 22, 23, 24) a partir de dicha primera cara, cuya primera capa (21) es una primera capa del módulo dispuesta debajo de dicha primera cara, estando dicho segundo apilamiento dispuesto sobre una última capa de uniones bifaciales (30) del módulo y dejando pasar una parte del espectro luminoso desde dicha primera capa hacia dicha última capa ypor queeste incluye un dispositivo de inhibición (14) de al menos uno de los bornes de salida de dicha primera capa o de dicha pluralidad de capas de bandas prohibidas decrecientes (21, 22, 23, 24), a excepción de dicha última capa (300, 301) cuando el módulo está en posición invertida con dicha última capa expuesta al sol.

7. Módulo fotovoltaico, según la reivindicación 6, para el que las uniones de las diferentes capas (2, 22, 23, 30) son de diferente superficie o para el que las capas incluyen un número de uniones diferente.

8. Módulo fotovoltaico según la reivindicación 6 o 7, para el que las uniones (21a, 22a, 23a, 30a, 21b, 22b, 23b, 30b) de cada una de las capas (210, 220, 230, 300, 211, 221, 231, 301) se conectan según unas redes en serie o en serie/paralelo para formar unas redes con dos bornes de salida por capa, estando dichas redes en serie/paralelo adaptadas para equilibrar las tensiones de cada una de las capas cuando dichas redes están conectadas en paralelo y cuando la primera capa está expuesta al sol y la última capa no está expuesta al sol.

9. Módulo fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, para el que el dispositivo de inhibición está constituido por un diodo intercalado entre un borne de salida de la red de la última capa y los bornes de salida de la o de las otras capas del apilamiento multiunión.

10. Módulo fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, para el que el dispositivo de inhibición está constituido por una correa amovible o un interruptor.

11. Módulo fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 para el que las características de envejecimiento relativas entre las capas del módulo son tales que la última capa está adaptada, por inversión del módulo, para suministrar una potencia nominal superior al módulo entero cuando la curva de rendimiento en función del tiempo del módulo entero pasa a ser inferior al rendimiento de la última capa en una posición cara al sol.

12. Panel fotovoltaico (40) que incluye al menos un módulo fotovoltaico (10a, 10b) según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11 y que incluye unos terminales o contactos de salida (15, 15', 16, 16') de las redes del o de los módulos tanto en la cara superior como en la cara inferior del módulo.

13. Panel fotovoltaico (40) que incluye al menos un módulo fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, que incluye un marco (41) que rodea el módulo, para el que el marco está provisto de un perfil simétrico provisto de aletas (41a, 41b) que se extienden a ambos lados del espesor del módulo, para realizar un marco de perfil bajo que limita la sombra proyectada por el marco tanto cuando el panel está en la posición base como cuando el panel está en la posición invertida.

14. Panel fotovoltaico según las reivindicaciones 12 y 13, para el que las aletas del marco están provistas de espacios de recepción de una caja de unión (42) adaptada para conectarse tanto a los terminales o contactos de salida (15, 16) en la cara superior del módulo como a los terminales o contactos de salida (15', 16') en la cara inferior del módulo para limitar un recubrimiento de una parte de la superficie del panel incluyendo las uniones por dicha caja de unión.

15. Panel fotovoltaico según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que incluye un par de sensores de irradiancia (50, 51, 50', 51') en cada lado de un plano (P) del panel.

16. Panel fotovoltaico según la reivindicación 15, para el que el par de sensores de irradiancia (50', 51') está situado en un brazo (52) sobre un lado externo del panel.

17. Programa informático que incluye instrucciones para la implementación del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 cuando este programa es ejecutado por un procesador.

18. Medio de grabación no transitorio legible por un ordenador en el que se graba un programa para la implementación del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 cuando este programa es ejecutado por un procesador.