ITRM20100662A1

ITRM20100662A1 - Dispositivo fotovoltaico comprendente celle fotoelettrochimiche dotato di mezzi di bypass.

Info

Publication number: ITRM20100662A1
Application number: IT000662A
Authority: IT
Inventors: Thomas Meredith Brown; Alessandro Lanuti; Simone Mastroianni; Andrea Reale
Original assignee: Dyepower
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-06-16
Also published as: DK2652758T3; JP6050243B2; EP2652758A1; JP2014504434A; EP2652758B1; US20140007923A1; NO2652758T3; PL2652758T3; WO2012081046A1; ES2667394T3

Description

DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO COMPRENDENTE CELLE FOTOELETTROCHIMICHE DOTATO DI MEZZI DI BYPASS

La presente invenzione riguarda il settore delle tecniche di protezione elettrica per dispositivi fotovoltaici, ed in particolare per dispositivi fotovoltaici che comprendono uno o più moduli fotovoltaici, ciascuno dei quali comprendente una o più celle fotoelettrochimiche o DSSC (dye-sensitized solar celi).

Più specificatamente, l'invenzione si riferisce ad un dispositivo fotovoltaico comprendente dei mezzi di bypass per permettere alla corrente elettrica di scorrere da un modulo all'altro o da una cella fotoelettrochimica all'altra, bypassando i moduli o le celle ombreggiati o danneggiati.

Le celle DSSC sono delle celle fotovoltaiche costituite da una struttura multistrato delimitata da due substrati. Tipicamente, detti substrati sono realizzati con materiali trasparenti (preferibilmente vetro, ma anche PET o PEN) e sono rivestiti, sul lato rivolto verso l'interno della struttura multistrato, da un rivestimento elettricamente conduttivo anch'esso trasparente (generalmente un ossido conduttivo trasparente, preferibilmente un ossido di titanio drogato con fluoro o iodio, rispettivamente FTO e ITO).

Tra i due substrati sono disposti un fotoelettrodo (l'anodo), disposto sul rivestimento conduttivo di uno dei due substrati; un controelettrodo (il catodo), disposto sul rivestimento conduttivo dell'altro substrato; e un elettrolita interposto tra detto fotoelettrodo e detto controelettrodo.

In particolare, il fotoelettrodo è generalmente costituito da un semiconduttore ad elevata band gap, come l'ossido di titanio o di zinco, in forma mesoporosa, che supporta il materiale attivo, costituito da un colorante in grado di trasferire elettroni in seguito all'assorbimento di un fotone. Il controelettrodo è generalmente costituito da platino, mentre la soluzione elettrolitica è generalmente a base di iodio (I2)e ioduro di litio (LI).

Attualmente, i dispositivi fotovoltaici di prima generazione (celle e moduli fotovoltaici realizzati con la tecnologia del silicio cristallino, mono e policristallino, in wafer) e di seconda generazione (moduli fotovoltaici realizzati con film sottili di materiali semiconduttori microcristallini) prevedono la presenza di diodi di bypass.

Tuttavia, i diodi di bypass nei dispositivi fotovoltaici sono concepiti per la protezione della giunzione p-n, evitando che detta giunzione sia soggetta ad una rottura (fenomeno di break down), nel caso in cui la cella fotovoltaica lavori nella regione di polarizzazione inversa, comportandosi come un carico dissipatore di potenza, invece che come un generatore di corrente.

Ad esempio, un dispositivo fotovoltaico in silicio cristallino di tipo noto prevede la presenza di un diodo di bypass ogni diciotto celle. Ciò è dovuto alle esigenze di semplicità di applicazione, di costo, nonché all'esigenza di trovare un compromesso tra le precedenti esigenze.

Solo in alcuni casi specifici, i.e. quando il problema tecnico è quello di massimizzare l'energia di uscita, in caso di ombreggiamento transitorio o permanente delle celle fotovoltaiche, oppure è quello di evitare che il diodo previsto per una pluralità di dette celle sia sottoposto ad un surriscaldamento eccessivo, si prevede l'inserimento di un diodo di bypass per ciascuna cella solare.

Tuttavia, l'applicazione di diodi di bypass su un dispositivo fotovoltaico in silicio prevede degli svantaggi.

Uno svantaggio è che detti diodi di bypass occupano uno spazio fisico significativo nel dispositivo fotovoltaico.

Un secondo svantaggio, conseguentemente al primo, è che l'area passiva del dispositivo fotovoltaico, i.e. l'area non utile per la conversione di energia solare in energia elettrica, viene incrementata proporzionalmente alle dimensioni del/i diodo/i di bypass applicati destinati alla protezione elettrica di detto dispositivo.

Pertanto, l'area attiva, i.e. l'area che converte la radiazione solare in energia elettrica, viene ridotta proporzionalmente al numero di diodi di bypass presenti nel dispositivo fotovoltaico.

I diodi di bypass vengono anche applicati su dispositivi fotovoltaici di tipo DSSC, con scopi Barzanò & Zanardo

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analoghi a quelli appena esposti per i dispositivi fotovoltaici in silicio.

Tuttavia, anche l'applicazione di diodi di bypass su tali dispositivi fotovoltaici DSSC comporta degli svantaggi.

Un primo svantaggio è dovuto al fatto che l'area occupata da detti diodi di bypass va ad incrementare l'area passiva del dispositivo.

Un secondo svantaggio è che la presenza di uno o più diodi di bypass inficia l'efficienza su area totale del dispositivo fotovoltaico DSSC, in quanto l'efficienza è correlata all'area attiva del dispositivo fotovoltaico. In particolare, un indice dell'efficienza totale del dispositivo fotovoltaico DSSC è il rapporto in percentuale tra area attiva e area totale, cosiddetto aperture ratio.

Un ulteriore svantaggio è che nei dispositivi fotovoltaici di tipo DSSC i diodi di bypass non sono né meccanicamente solidali ad un substrato del dispositivo fotovoltaico, né integrati ad esso, ma sono semplicemente applicati tramite fili elettrici collegati agli elettrodi del dispositivo fotovoltaico.

Pertanto, i punti di contatto tra detti diodi di bypass ed i fili elettrici oppure quelli tra quest'ultimi e gli elettrodi del dispositivo fotovoltaico divengono causa di distacchi o perdite di contatto elettrico, quando il dispositivo è sottoposto ai vari processi di lavorazione per l'assemblaggio finale del dispositivo fotovoltaico, o a stress ambientali, quali ad esempio stress termici o meccanici o luminosi.

Un altro svantaggio legato all'aumento di area passiva riguarda un peggioramento estetico del dispositivo fotovoltaico dovuto ad una diversa trasparenza degli spazi inattivi, i.e. non utili alla conversione dell'energia solare in energia elettrica e presenti tra stringhe di moduli fotovoltaici collegate tra loro, rispetto all'area attiva.

Ancora uno svantaggio è che l'applicazione di detti diodi di bypass richiede un forte intervento manuale.

Di conseguenza, lentezza nel processo di applicazione dei diodi di bypass su un modulo fotovoltaico, possibilità di errore nella loro applicazione e scarsa riproducibilità di detto processo possono rappresentare ulteriori svantaggi dovuti all'applicazione manuale di detti diodi di bypass sul dispositivo fotovoltaico.

Scopo della presente invenzione è quello di superare detti svantaggi, fornendo un dispositivo fotovoltaico di tipo DSSC dove la porzione di area passiva dedicata alla protezione elettrica del dispositivo fotovoltaico stesso, i.e. l'area occupata da uno o più diodi di bypass applicati su detto dispositivo fotovoltaico, è ridotta rispetto all'area complessiva del dispositivo fotovoltaico.

Ciò è stato ottenuto prevedendo un dispositivo fotovoltaico comprendente almeno una cella fotoelettrochimica dotata di un elettrodo negativo o fotoelettrodo e un elettrodo positivo o controelettrodo, detta almeno una cella fotoelettrochimica essendo interposta tra due substrati, un primo substrato sul lato di detto elettrodo positivo ed un secondo substrato sul lato di detto elettrodo negativo, il quale dispositivo comprende ulteriormente mezzi di bypass integrati su detti substrati, comprendenti un diodo di bypass per detta almeno una cella fotoelettrochimica, detto diodo di bypass essendo disposto su un bordo del dispositivo fotovoltaico, e due piste conduttive che collegano l'anodo e il catodo di detto diodo di bypass rispettivamente all'elettrodo negativo e all'elettrodo positivo di detta cella.

Secondo l'invenzione, il dispositivo fotovoltaico può comprendere una pluralità di celle fotoelettrochimiche collegate in serie tra loro e detti mezzi di bypass possono comprendere un diodo di bypass per ciascuna di dette celle fotoelettrochimiche.

Ancora secondo l'invenzione, il dispositivo fotovoltaico può comprendere una pluralità di celle fotoelettrochimiche collegate in serie tra loro e detti mezzi di bypass possono comprendere un diodo di bypass per due o più di dette celle fotoelettrochimiche che ha l'anodo collegato all'elettrodo negativo della prima di dette due o più celle fotoelettrochimiche ed il catodo collegato all'elettrodo positivo dell'ultima di dette due o più celle fotoelettrochimiche.

Vantaggiosamente, il dispositivo fotovoltaico può comprendere per ciascun diodo di bypass un secondo diodo di bypass, posizionato sul bordo del dispositivo fotovoltaico opposto a quello sul quale è posizionato detto diodo di bypass.

Ulteriormente, su almeno un substrato è possibile prevedere almeno un bordo molato e detti mezzi di bypass possono essere disposti su detto bordo molato.

Preferibilmente, su almeno uno di detti substrati è possibile prevedere una o più sedi per alloggiare un numero corrispondente di diodi di bypass.

Vantaggiosamente, ciascun diodo di bypass può essere un diodo Schottky.

Secondo l'invenzione, le piste conduttive possono essere realizzate in diversi modi.

In una prima alternativa, le piste conduttive possono essere realizzate mediante una stampa serigrafica di paste conduttive.

In una seconda alternativa, le piste conduttive possono essere realizzate mediante colle o resine conduttive .

In una terza alternativa, le piste conduttive possono essere realizzate mediante strisce metalliche conduttive .

Infine, sulle piste conduttive ottenute mediante stampa serigrafica di paste conduttive o mediante colle o resine conduttive possono essere ulteriormente applicate strisce metalliche conduttive.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure allegate, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente una prima forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente un modulo fotovoltaico il quale comprende otto celle fotoelettrochimiche ed un diodo di bypass; la figura 2 mostra schematicamente una seconda forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente un modulo fotovoltaico con un diodo di bypass per ciascuna cella fotoelettrochimica presente nel modulo fotovoltaico, i cui contatti interni sono accessibili dall'esterno;

la figura 3 mostra schematicamente una terza forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente due moduli fotovoltaici affiancati, ciascuno dotato di un diodo di bypass;

la figura 4 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 3;

la figura 5 mostra schematicamente una quarta forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente due moduli fotovoltaici affiancati, ciascuno dotato di un diodo di bypass, dove entrambi i diodi sono saldati ad una striscia metallica a sua volta saldata su paste conduttive serigrafate su un rispettivo substrato di ciascun modulo;

la figura 6 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 5;

la figura 7 mostra schematicamente una quinta forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico che comprende due moduli fotovoltaici affiancati, con un diodo di bypass 5 posizionato a cavallo di due substrati a protezione del modulo fotovoltaico di destra;

la figura 8 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 7;

la figura 9 mostra schematicamente una sesta forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente due moduli fotovoltaici affiancati, ciascuno avente un bordo di un substrato molato, ed un diodo di bypass previsto a cavallo di detti bordi molati a protezione del modulo fotovoltaico di destra;

la figura 10 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 9;

la figura il mostra schematicamente una variante del dispositivo fotovoltaico di fig. 9;

la figura 12 mostra schematicamente una settima forma realizzativa del dispositivo fotovoltaico comprendente due moduli fotovoltaici affiancati ed un diodo di bypass alloggiato in una sede ricavata tra i substrati dei due moduli fotovoltaici;

la figura 13 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 12;

la figura 14 mostra schematicamente una ottava forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente due moduli fotovoltaici affiancati e due diodi di bypass, su bordi contrapposti del dispositivo fotovoltaico, ciascuno a cavallo dei bordi di due substrati;

la figura 15 è una vista esplosa del dispositivo fotovoltaico di figura 14.

Con particolare riferimento alla figura 1, si prevede una prima forma realizzativa di un dispositivo fotovoltaico comprendente un modulo fotovoltaico 1 CHE comprende a sua volta due substrati di vetro conduttivo, di cui un primo substrato 9 ed un secondo substrato 10, una pluralità di celle fotoelettrochimiche 4, interposte tra detti substrati 9, 10, incapsulate mediante un materiale elettricamente isolante (incapsulante 41) e collegate in serie tra loro mediante dei contatti verticali 8, con gli elettrodi di dette celle 4 su ciascuno dei substrati separati elettricamente uno dall'altro.

Il dispositivo fotovoltaico comprende ulteriormente mezzi di bypass integrati comprendenti una prima pista conduttiva 6, collegata all'elettrodo negativo 3 del modulo fotovoltaico 1; e una seconda pista conduttiva 7, collegata all'elettrodo positivo 2 del modulo fotovoltaico 1; e un diodo di bypass 5 avente i terminali elettrici connessi a dette piste conduttive 6, 7.

In particolare, il catodo di detto diodo di bypass 5 è elettricamente collegato all'elettrodo 2 positivo del modulo fotovoltaico 1, mentre l'anodo di detto diodo di bypass 5 è elettricamente collegato all'elettrodo 3 negativo.

In una variante (non mostrata), è possibile collegare il catodo di detto diodo di bypass 5 all'elettrodo positivo di un ulteriore modulo fotovoltaico da collegare in serie a detto modulo fotovoltaico 1.

Le piste conduttive 6, 7 che collegano detto diodo di bypass 5 agli elettrodi 2, 3 del modulo fotovoltaico 1 realizzano un percorso a bassa resistenza per la corrente elettrica.

In una prima alternativa, è preferibile che le piste conduttive 6, 7 siano realizzate mediante la deposizione serigrafica di paste conduttive.

Al fine di agevolare la stampa serigrafica delle piste conduttive 6, 7 tra il diodo di bypass ed il modulo fotovoltaico 1, gli spigoli del bordo del substrato vetroso vengono molati.

In una seconda alternativa, le piste conduttive 6, 7 possono essere realizzate mediante strisce o nastri metallici conduttivi, cosiddetti ribbon, oppure una combinazione della prima e della seconda alternative.

In una terza alternativa, le piste conduttive 6, 7 possono essere realizzate mediante colle o resine conduttive.

Nella forma di realizzazione che si descrive, i substrati 9, 10 hanno una forma rettangolare e sono accoppiati in maniera sfalsata, così da formare due porzioni sporgenti contrapposte lungo i lati maggiori opposti. Tra le porzioni affacciate dei due substrati sono presenti otto celle fotoelettrochimiche 4.

Gli elettrodi del modulo fotovoltaico sono accessibili attraverso ciascuna di dette porzioni sporgenti, in prossimità del bordo di lunghezza maggiore di detti substrati, rispettivamente l'elettrodo 2 positivo sulla porzione sporgente del substrato 9 e l'elettrodo 3 negativo sulla porzione sporgente del substrato 10.

Il diodo di bypass 5 è applicato su uno dei bordi di lunghezza minore del secondo substrato 10, e le piste conduttive 6, 7 comprendono rispettivamente prime porzioni 61 e 71 rispettivamente su ciascuna delle porzioni sporgenti dei substrati e seconde porzioni 62 e 72, rispettivamente collegate a dette prime porzioni 61 e 71, realizzate su detto bordo di lunghezza minore su cui è applicato il diodo.

In detta prima forma realizzativa, il diodo di bypass 5 permette alla corrente elettrica di bypassare il modulo fotovoltaico 1 in caso di ombreggiamento di celle .

In particolare, il diodo di bypass 5 entra in conduzione quando la tensione delle celle fotoelettrochimiche 4 ombreggiate è maggiore o uguale alla somma delle tensioni delle celle fotoelettrochimiche 4 non ombreggiate e della tensione di soglia del diodo di bypass 4:

dove :

Vs= tensione negativa di una cella ombreggiata

Vns= tensione positiva di una cella non ombreggiata Vd= tensione di soglia del diodo

Ipotizzando che le tensioni Vssiano uguali per tutte le celle fotoelettrochimiche 4 ombreggiate e che le tensioni Vnssiano uguali per tutte le celle fotoelettrochimiche 4 non ombreggiate si ha:

In una seconda forma realizzativa, mostrata in figura 2, a differenza della prima forma realizzativa, è previsto un diodo di bypass 5 per ciascuna delle celle fotoelettrochimiche 4 del modulo fotovoltaico 1.

Vantaggiosamente, tale seconda forma realizzativa permette alla corrente elettrica di bypassare una singola cella fotoelettrochimica 4 in caso questa sia ombreggiata.

Un primo diodo di bypass 5 è collegato mediante pista conduttiva 6 all'elettrodo 3 negativo di accesso del modulo fotovoltaico 1, che è anche l'elettrodo negativo di una prima cella fotoelettrochimica 4, mentre gli altri sette diodi di bypass 5 sono collegati, mediante una rispettiva pista conduttiva 7, ad un corrispondente contatto verticale 8, presente tra una cella fotoelettrochimica 4 e l'altra, con gli elettrodi di dette celle su ciascuno dei substrati separati elettricamente uno dall'altro.

In altre parole, su un bordo del substrato 10 di vetro sono previsti otto diodi allineati 5, alternati a piste conduttive 7, dove il primo diodo 5 è collegato all'elettrodo negativo 3 di accesso del modulo fotovoltaico 1, l'ottavo diodo di bypass 5 è collegato all'elettrodo positivo di detto modulo fotovoltaico 1, e sei diodi di bypass 5 intermedi collegati ai contatti verticali 8 delle celle 4.

In una terza forma realizzativa, mostrata nelle figure 3 e 4, in cui sono mostrati due moduli fotovoltaici 1 affiancati, il dispositivo fotovoltaico comprende un diodo di bypass 5 per ciascuno di detti moduli.

Sui substrati 9, 10 di ciascun modulo 1 è prevista una rispettiva pista conduttiva 6 in contatto con l'elettrodo negativo 3 del modulo fotovoltaico, ed una pista conduttiva 7 in contatto con l'elettrodo positivo 2 .

Per ciascun modulo fotovoltaico, il diodo di bypass 5 è disposto trasversalmente a cavallo dei substrati 9, 10 in modo da avere i suoi terminali elettrici collegati rispettivamente a dette piste conduttive 6 e 7.

In una quarta forma realizzativa, mostrata nelle figure 5 e 6, il dispositivo fotovoltaico comprende due moduli fotovoltaici 1 del tipo mostrato con riferimento alla figura 1, in cui le piste conduttive 6, 7 sono ottenute dapprima serigrafando una pasta conduttiva e poi saldando su detta pasta conduttiva una striscia metallica 13 alla quale sono saldati i due diodi di bypass 5.

Vantaggiosamente, il dispositivo fotovoltaico di tale forma realizzativa presenta una maggiore robustezza nei confronti di sollecitazioni meccaniche.

In una quinta forma realizzativa, mostrata nelle figure 7 e 8, il dispositivo fotovoltaico comprende due moduli fotovoltaici 1 affiancati con un diodo di bypass 5 posizionato a cavallo di due substrati 10, in corrispondenza dei rispettivi bordi di lunghezza minore. Conseguentemente, i due moduli fotovoltaici sono fissati tra loro in modo tale che il diodo di bypass 5 collega l'elettrodo negativo 3 del primo modulo fotovoltaico con l'elettrodo positivo 2 del secondo modulo fotovoltaico, rispettivamente attraverso la pista conduttiva 6 del primo modulo fotovoltaico e la pista conduttiva 7 del secondo modulo fotovoltaico.

In una sesta forma realizzativa, mostrata nelle figure 9 e 10, il dispositivo fotovoltaico prevede sui substrati 10 di entrambi i moduli fotovoltaici un rispettivo bordo molato sul quale sono disposti il diodo di bypass 5 e le piste conduttive 6, 7.

In particolare, la molatura è prevista su ciascun substrato 10, in corrispondenza di uno degli spigoli tra un bordo di lunghezza minore e quello di una parete del substrato.

Il diodo di bypass 5 è disposto sul bordo molato, a cavallo della zona di contatto tra i due substrati 10, e ciascuna delle piste conduttive 6, 7 è disposta sostanzialmente su un rispettivo bordo molato.

Nell'esempio che si descrive, la molatura è realizzata sullo spigolo del substrato 10 tra il bordo di lunghezza minore e la parete di detto substrato rivolta verso l'esterno, ma la molatura può essere prevista sullo spigolo opposto dello stesso substrato 10, i.e. sullo spigolo tra lo stesso bordo e la parete del substrato 10 rivolta verso le celle fotoelettrochimiche 4 (fig. 11).

Vantaggiosamente, il diodo di bypass 5 risulta meno visibile dall'esterno in quanto parzialmente coperto dai substrati 9 di ciascun modulo fotovoltaico, opposti ai substrati 10 sui quali la molatura è prevista. Dal punto di vista della trasparenza il fatto che il diodo di bypass 5 sia meno visibile comporta una maggiore uniformità dell'intero dispositivo fotovoltaico.

In una settima forma realizzativa, mostrata nelle figure 12 e 13, il dispositivo fotovoltaico presenta una sede per l'alloggiamento del diodo di bypass 5 che è ricavata nella zona di contatto tra i due substrati 10 di vetro.

In una variante (non mostrata), tale sede può essere ricavata su un bordo di lunghezza minore di uno dei substrati 10, preferibilmente nella porzione centrale di detto bordo.

Vantaggiosamente, la presenza di un alloggiamento apposito evita che il diodo di bypass 5 venga disposto su un bordo del dispositivo fotovoltaico, e quindi riduce l'area passiva.

In ulteriori varianti (non mostrate), per ciascuna delle forme realizzative descritte, è possibile prevedere la presenza di uno o più ulteriori diodi di bypass 5' sul bordo opposto del dispositivo fotovoltaico a quello sul quale sono disposti i diodi di bypass 5, in modo da risultare speculari a questi ultimi.

Ad esempio, come mostrato nelle figure 14 e 15, il dispositivo fotovoltaico, in una ottava forma di realizzazione, presenta un ulteriore diodo di bypass 5' posizionato sul bordo opposto a quello sul quale è posizionato il diodo di bypass 5, i.e. a cavallo dei due bordi di lunghezza minore dei substrati 10 opposti a quelli a cavallo dei quali è disposto il diodo di bypass 5.

Vantaggiosamente, l'utilizzo di uno o più ulteriori diodi 5' diminuisce il percorso che la corrente deve compiere per arrivare al diodo, diminuendo la resistenza in serie al diodo.

Inoltre, la presenza di ulteriori diodi di bypass 5' garantisce una protezione aggiuntiva nel caso che uno o più diodi di bypass siano danneggiati.

Per ciascuna delle forme realizzative appena descritte, al fine di proteggere la(le) cella(e) fotoelettrochimica (che ) il(i) diodo(i) di bypass deve (devono) essere nello stato di conduzione.

Lo stato di conduzione di ciascun diodo di bypass 5 dipende dal numero di celle fotoelettrochimiche 4 che sono collegate al diodo di bypass 5 stesso.

Affinché il diodo di bypass 5 sia nello stato di conduzione, la tensione Vsdella cella fotoelettrochimica 4 ombreggiata deve soddisfare la seguente equazione:

dove :

Vd= tensione del diodo nello stato di conduzione, Voc= tensione della cella a circuito aperto, n = numero di celle collegate al diodo.

Secondo l'invenzione, al fine di assicurare una protezione completa alle celle fotoelettrochimiche 4 di ciascun modulo fotovoltaico 1, è necessario prevedere un diodo di bypass 5 per ciascuna di dette celle fotoelettrochimiche .

A conferma di questo, se nella precedente equazione, vengono inseriti i seguenti valori:

Vs= 1,5V (il valore della tensione di soglia oltre il quale la cella è compromessa) ,

Vd= circa 0,8 V (il valore della tensione di soglia affinchè i diodo entri in conduzione ),

Voc= circa 0,75V (il valore della massima tensione che una cella può fornire in polarizzazione diretta) .

nmax< 1 (Vs- Vd)/Voc

nmax< 1 (1,5 - 0,8)/0,75

nmax< 1,9

Minore è il valore della tensione Vddel diodo di bypass 5 per entrare in conduzione, maggiore è il numero di celle fotoelettrochimiche 4 che possono essere collegate a detto diodo di bypass, garantendo che la tensione di ciascuna di dette celle non superi 1,5V.

Inoltre, un valore di tensione Vdinferiore permette al diodo di bypass 5 di entrare prima in conduzione facendo sì che ciascuna cella, anche in caso di ombreggiamenti parziali, venga bypassata dalla corrente elettrica.

Pertanto, è preferibile applicare un diodo la cui tensione di soglia sia la più bassa possibile, come ad esempio un diodo Schottky, il quale ha una tensione di soglia pari a circa 0,3V,inferiore a quella di un diodo con giunzione p-n.

Se al valore di tensione Vddi un diodo con giunzione p-n pari a 0,8V viene sostituito il valore 0,3V di un diodo Schottky, si avrà:

l3⁄4ax — 2,6

Ciò significa che è sufficiente applicare un diodo Shottky ogni due celle.

Vantaggiosamente, un diodo Schottky permette anche di massimizzare la potenza in uscita dal dispositivo fotovoltaico.

Per le forme realizzative in cui il dispositivo fotovoltaico comprende due moduli fotovoltaici affiancati, un primo modulo fotovoltaico ed un ulteriore modulo fotovoltaico, al fine di realizzare la connessione tra detti due moduli fotovoltaici un materiale conduttore è normalmente interposto tra l'elettrodo positivo del substrato 9 del primo modulo e l'elettrodo negativo del substrato 10 di detto ulteriore modulo per riempire lo spazio tra gli incapsulanti 41 dei due moduli fotovoltaici.

Tale materiale conduttore può fare da elemento di cortocircuito tra detto elettrodo positivo del substrato 9 del primo modulo e l'elettrodo negativo del substrato 10 dello stesso modulo o tra l'elettrodo negativo del substrato 10 di detto ulteriore modulo e l'elettrodo positivo 9 dello stesso ulteriore modulo.

Il cortocircuito viene evitato realizzando due isolamenti elettrici, ad esempio utilizzando la tecnica del laser scribing, un primo isolamento elettrico sul rivestimento conduttivo del secondo substrato 10 di detto primo modulo fotovoltaico, in prossimità della prima porzione 71 della pista conduttiva 7, ed un secondo isolamento elettrico sul rivestimento conduttivo del primo substrato 9 di detto ulteriore modulo fotovoltaico, in prossimità della prima porzione 61 della pista conduttiva 6.

Esempio

Qui di seguito sono posti a confronto un dispositivo fotovoltaico DSSC di tipo noto, comprendente un modulo fotovoltaico dotato di un diodo di bypass non solidale ad alcun substrato e connesso agli elettrodi del modulo fotovoltaico mediante fili elettrici, con un dispositivo fotovoltaico DSSC oggetto dell'invenzione comprendente un modulo fotovoltaico DSSC dotato di un diodo di bypass integrato su un substrato (ad esempio inserito all'interno di un apposito alloggiamento ricavato in un substrato) e piste conduttive serigrafate che collegano detto diodo agli elettrodi del modulo stesso.

Il dispositivo fotovoltaico noto è caratterizzato dai seguenti parametri:

area totale: 182,76 cm<2>,

area attiva: 108,8 cm<2>,

aperture ratio: 59%,

dove l'area totale è data dalla somma di due aree, una prima area di 177,76 cm relativa ad una superficie del modulo fotovoltaico senza diodo di bypass, ed una seconda area di 5 cm<2>data dall'area occupata dal diodo di bypass e da un'area circostante detto diodo e presente tra detto modulo ed un ulteriore modulo da collegare in serie ad esso.

Il dispositivo oggetto dell'invenzione presenta i seguenti parametri:

area totale: 177,76 cm<2>,

area attiva: 108,8 cm<2>,

aperture ratio: 61%,

Come si può vedere il parametro dell'aperture ratio migliora in termini percentuali di due punti.

Nel dispositivo noto l'applicazione del diodo di bypass fa aumentare le dimensioni dell'area totale del dispositivo, in quanto deve essere considerata sia l'area occupata dal diodo di bypass che l'area attorno a detto diodo. Tale area, che è anche l'area presente tra un modulo ed un ulteriore modulo da collegare al precedente, resta infatti inutilizzata.

Ciò inficia l'efficienza su area totale del modulo fotovoltaico stesso.

Considerando la potenza generata nelle condizioni standard di test (STC) pari a 0,6 Watt come la potenza prodotta da un modulo fotovoltaico, si ottiene un'efficienza di area attiva del 5,6%.

Nel caso del dispositivo noto, moltiplicando tale efficienza per il valore dell'aperture ratio, si ottiene una percentuale di efficienza complessiva pari a circa 3,3%, mentre nel case del dispositivo oggetto dell'invenzione, moltiplicando tale efficienza per il valore dell'aperture ratio, si ottiene una percentuale di efficienza complessiva pari a 3,4%, quindi più alta rispetto quella del dispositivo noto.

Come già accennato nella descrizione, dal punto di vista della trasparenza del dispositivo fotovoltaico, il diodo di bypass inserito in un apposito alloggiamento permette al dispositivo fotovoltaico di avere una trasparenza maggiormente uniforme rispetto al caso in cui il diodo non sia solidale ad un substrato o al caso in cui sia posizionato sul substrato.

Ciò e evidente se si considera un parametro che identifica il rapporto percentuale tra area trasparente ed area non trasparente di un modulo fotovoltaico.

A parità di area trasparente, pari a circa 154 cm<2>, per il modulo fotovoltaico di tipo noto, tale rapporto è pari a 84%, mentre per il modulo fotovoltaico oggetto dell'invenzione, tale rapporto è pari al 86%, con un miglioramento della trasparenza totale del modulo fotovoltaico di circa il 2%.

Vantaggiosamente, come già accennato, l'area passiva occupata dai diodi di bypass è resa minima rispetto all'area totale del dispositivo fotovoltaico rendendo solidale uno o più diodi di bypass ad almeno un substrato di un modulo fotovoltaico o disponendo detti diodi di bypass su una molatura o in appositi alloggiamenti ricavati nei substrati.

Un secondo vantaggio è dato dal fatto che tale area passiva viene ulteriormente minimizzata mediante apposite piste conduttive, ad esempio realizzate tramite deposizione serigrafica di paste conduttive o applicazione di strisce metalliche, riducendo al contempo l'intervento manuale.

Un altro vantaggio è che il dispositivo fotovoltaico secondo l'invenzione presenta una robustezza maggiore agli stress indotti dalle condizioni ambientali e/o dovuti all'assemblaggio del dispositivo fotovoltaico stesso e/o all'installazione del dispositivo di quest'ultimo.

Ancora un vantaggio è la riduzione dell'impatto visivo dell'area destinata alla protezione elettrica del dispositivo fotovoltaico.

Infine, la riduzione di area passiva, a parità di area complessiva, offre la possibilità di realizzare un dispositivo fotovoltaico con uno o più moduli fotovoltaici aggiuntivi di area pari a quella passiva ridotta. Ad esempio, per la realizzazione di un dispositivo fotovoltaico avente una area totale di 0,677 m , nel caso di moduli fotovoltaici di tipo noto da 182,76 cm sono previsti trentasei moduli che producono una potenza pari a 21,6 Watt, mentre nel caso di moduli fotovoltaici oggetto dell'invenzione sono previsti trentasette moduli che producono una potenza pari a 22,2 Watt, quindi maggiore del 2,7% rispetto al caso precedente.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo fotovoltaico comprendente almeno una cella fotoelettrochimica (4) dotata di un elettrodo negativo o fotoelettrodo e un elettrodo positivo o controelettrodo, detta almeno una cella fotoelettrochimica (4) essendo interposta tra due substrati, un primo substrato (9) sul lato di detto elettrodo positivo ed un secondo substrato (10) sul lato di detto elettrodo negativo, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente mezzi di bypass integrati su detti substrati, comprendenti un diodo di bypass (5, 5') per detta almeno una cella fotoelettrochimica (4), detto diodo di bypass (5) essendo disposto su un bordo del dispositivo fotovoltaico, e due piste conduttive (6, 7) che collegano l'anodo e il catodo di detto diodo di bypass (5, 5') rispettivamente all'elettrodo negativo e all'elettrodo positivo di detta cella.
2. Dispositivo fotovoltaico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di celle fotoelettrochimiche (4) collegate in serie tra loro e detti mezzi di bypass comprendono un diodo di bypass (5, 5') per ciascuna di dette celle fotoelettrochimiche (4).
3. Dispositivo fotovoltaico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di celle fotoelettrochimiche (4) collegate in serie tra loro, e detti mezzi di bypass comprendono un diodo di bypass (5, 5') per due o più di dette celle fotoelettrochimiche (4) che ha l'anodo collegato all'elettrodo negativo della prima di dette due o più celle fotoelettrochimiche (4) ed il catodo collegato all'elettrodo positivo dell'ultima di dette due o più celle fotoelettrochimiche (4).
4. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bypass comprendono, per ciascun diodo di bypass (5, 5'), un secondo diodo di bypass (5', 5), posizionato sul bordo del dispositivo fotovoltaico opposto a quello sul quale è posizionato detto diodo di bypass (5, 5').
5. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che su detto almeno un substrato (9, 10) è previsto almeno un bordo molato e che detti mezzi di bypass sono disposti su detto bordo molato.
6. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 4, caratterizzato dal fatto che su almeno uno di detti substrati (9, 10) sono previste una o più sedi per alloggiare un numero corrispondente di diodi di bypass (5, 5').
7. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun diodo di bypass (5, 5') è un diodo Schottky.
8. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le piste conduttive (6, 7) sono realizzate mediante una stampa serigrafica di paste conduttive.
9. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 7, caratterizzato dal fatto che le piste conduttive (6, 7) sono realizzate mediante colle o resine conduttive.
10. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 7, caratterizzato dal fatto che le piste conduttive (6, 7) sono realizzate mediante strisce metalliche (13) conduttive.
11. Dispositivo fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 - 9, caratterizzato dal fatto che su dette piste conduttive (6, 7) sono ulteriormente applicate strisce metalliche (13) conduttive.