MX2011001395A - Modulo de bateria solar de tipo translucido. - Google Patents

Modulo de bateria solar de tipo translucido.

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Josuke Nakata
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Abstract

La batería solar de tipo translúcido (20) incluye un primero y un segundo sustratos ópticamente transparentes (21, 22) y una serie de agrupamientos anulares (30), cada uno de los cuales incluye: una serie de celdas solares esféricas (32), una capa conductora (31) a la que se conectan eléctricamente en paralelo primeros electrodos (37) de la serie de celdas solares (32); un componente conductor (48) al cual se conectan eléctricamente en paralelo segundos electrodos (38) de la serie de celdas solares (32); un diodo de derivación (40) conectado a la capa conductora (31) y al componente conductor (48); y un componente de conexión conductor (50) que conecta eléctricamente la capa conductora (31) al componente conductor (48) del agrupamiento (30) que está adyacente en una dirección predeterminada. Al proporcionar la serie de agrupamientos (30) distribuidos en una configuración anular, en una configuración de copos de nieve o en un patrón rectilíneo sencillo, es posible alargar el alcance permitido de selección de la proporción entre la tasa de transmisión de luz solar y la capacidad de generación eléctrica, de manera que es posible obtener una mayor libertad de diseño para usarse como un material para ventana.

Description

MÓDULO DE BATERÍA SOLAR DE TIPO TRANSLÚCIDO CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con un módulo de batería solar de tipo translúcido, y en "particular se relaciona con un módulo de batería solar de tipo translúcido en el cual se forma una serie de agrupamientos , cada agrupamiento incluye una serie de celdas solares esféricas, estos agrupamientos están dispuestos en varios patrones incluyendo un patrón tal como una matriz que tiene una serie de hileras y una serie de columnas, y estos agrupamientos se instalan integralmente a un par de sustratos ópticamente transparentes .
TÉCNICA ANTECEDENTE En la técnica anterior, en la práctica se han implementado varios módulos de baterías solares y paneles de baterías solares que incorporan celdas solares instaladas en un material de ventana capaz de transmitir luz solar. Generalmente, éstas son módulos de baterías (o paneles) solares tipo silicio que se elaboran depositando celdas solares de silicio en forma de placas planas que se elaboran a partir de cristales de silicio en forma de obleas entre dos placas de vidrio. Dicho módulo es una estructura adherida que se elabora alineando las celdas solares en una configuración plana dejando separaciones apropiadas entre ellas y conectando eléctricamente las celdas por medio de conductores en forma de listones, y después incrustándolos en la separación entre las dos placas de vidrio usando una resina de EVA (acetato de etileno vinilo) .
Adicionalmente, se tiene un tipo de capa delgada de módulo de batería solar la cual se elabora a partir de silicio amorfo y material microcristalino . Con el fin de manufacturar dicho módulo como un material de ventana, en primer lugar, se forma una capa de electrodo transparente de TCO (Sn02) sobre un sustrato de tablero de vidrio, y se separa en secciones mediante luz láser para elaborar las porciones de electrodos de celdas. Enseguida, se laminan secuencialmente una capa de silicio delgada, un silicio amorfo (un Si) y una capa delgada de microcristales de silicio, y esta capa fotoeléctrica se separa en secciones con una separación constante mediante luz láser. Adicionalmente, se adhiere una capa metálica delgada sobre toda el área de la superficie posterior como un electrodo, y, de nuevo, esta capa metálica se separa con láser en porciones mutuamente aisladas, de tal manera que un gran número de pequeñas celdas solares de capa delgada se conectan eléctricamente en serie de una sola vez.
Con estos módulos de baterías solares descritas arriba, solo un lado de las celdas solares puede servir como superficie receptora de luz, y la capacidad de generación de electricidad es baja debido a que el intervalo utilizable de luz ambiental alrededor del módulo es estrecho. Adicionalmente , con un módulo de batería solar tipo silicio, la relación de transmisión de luz solar (relación de translucidez) se hace pequeña debido a que las celdas solares tipo placa plana son de tamaño grande. Además, con un módulo de batería solar de tipo capa delgada, la manufactura de capas delgadas sobre los sustratos de vidrio va acompañada de muchas dificultades.
Por lo tanto, considerando los problemas anteriores, el inventor de la presente solicitud ha propuesto una celda solar esférica como se describe en el Documento de Patente #1. Esta celda solar esférica consiste de un semiconductor esférico de tipo p o tipo n de 1 a 2 mm de diámetro, una unión pn formada en la vecindad de la superficie esférica del semiconductor, un par de electrodos positivo y negativo provistos en extremos opuestos de la superficie del semiconductor esférico de tal manera que sean opuestos entre si con su centro interpuesto entre ellos. En comparación con la celda solar tipo silicio o de la celda solar tipo capa delgada descrita arriba, esta celda solar esférica es compacta, y puede manufacturarse fácilmente a un bajo precio.
Dado que la superficie de la celda solar esférica es una superficie esférica, sus ventajas técnicas se hacen notables en un ambiente en, el cual hay mucha luz reflejada o luz dispersa asi como luz directamente incidente. Por ejemplo, si está integrada en un paquete transparente, la luz reflejada y la luz dispersa en el interior pueden contribuir a la generación de electricidad; y si se instala un módulo de batería solar que se combina con una ventana vertrealmente en un edificio tal como un edificio de oficinas o similar, entonces puede generar electricidad debido a la absorción de luz reflejada de la superficie terrestre o de los alrededores del edificio o similar.
Aunque la dirección de incidencia de la luz incidente directa del sol cambia a través del tiempo porque cambia el ángulo de incidencia, dado que la superficie de recepción de luz está conformada para ser esférica, es posible prever la generación de electricidad comparativamente estable sin depender de la dirección incidente, en comparación con una celda solar de tipo plano.
Adicionalmente , como se describe en los Documentos de Patente #2 y #3, el inventor de la presente solicitud ha propuesto un módulo de batería solar de tipo translúcido, en el cual las celdas esféricas descritas arriba están dispuestas en una configuración matricial con una pluralidad de hileras y una pluralidad de columnas, que están conectadas en paralelo y en serie mediante un cableado principal delgado y flexible o cableado impreso, y se moldean en resina transparente entre un par de placas de caja transparente .
Documento de. Patente #1: Publicación Internacional WO 98/15983.
Documento de Patente #2: Publicación Internacional WO 03/36731.
Documento de Patente #3: Publicación Internacional WO 2007/80631.
CAMPO DE LA INVENCIÓN PROBLEMAS A RESOLVER POR MEDIO DE LA INVENCIÓN Sin embargo, dado que la serie de celdas solares esféricas descritas en los Documentos de Patente #1 al #3 mencionados arriba están dispuestas de manera aproximadamente rectilínea y en un estado cercano entre sí, existe un problema con respecto al mejoramiento de la libertad de diseño. Por ejemplo, en el caso de un material de ventana en el cual se instala un módulo de batería solar esférico como se describe arriba, dado que las celdas solares se disponen en un estado cercano entre sí, surgen problemas tales como el de la libertad de diseño para el establecimiento apropiado de la relación de transmisión de luz solar (relación de translucidez) como un material de ventana y la capacidad de generación de electricidad como un módulo de batería solar, que están restringidos, es decir es imposible mejorar la libertad de diseño porque el desempeño translúcido se obstruye de forma -no deseable por las celdas solares.
Los objetos de la presente invención son proporcionar un módulo de batería solar tipo translúcido que pueda mejorar la libertad de diseño cuando se usa como un material de ventana, y proporcionar un módulo de batería solar tipo translúcido que pueda aumentar la relación de transmisión de luz solar cuando se usa como un material de ventana, y similar.
MEDIOS PARA RESOLVER EL PROBLEMA La presente invención presenta un módulo de batería solar tipo translúcido para la generación de electricidad con una pluralidad de celdas solares esféricas, y se caracteriza porque comprende: un primer sustrato ópticamente transparente; una serie de celdas solares esféricas dispuestas con sus direcciones conductoras ortogonales al primer sustrato y agrupadas en una serie de agrupaciones; una serie de capas conductoras formadas sobre una superficie interna del primer sustrato de tal manera que corresponda a la serie de agrupaciones, con primeros electrodos de la serie de celdas solares de cada agrupación conectados eléctricamente en paralelo a ellas, respectivamente; una serie de miembros conductores cada uno de los cuales se conecta eléctricamente en paralelo a segundos electrodos de la serie de celdas solares de cada agrupamiento ; una serie de miembros de conexión conductores cada uno de los cuales conecta eléctricamente la capa conductora de cada agrupación al miembro conductor de una agrupación adyacente en una dirección predeterminada; un segundo sustrato ópticamente transparente dispuesto paralelo al primer sustrato con la serie de celdas solares intercaladas entre ellos; y un material de moldeo de resina sintética ópticamente transparente que se carga entre el primer y segundo sustratos e incrusta la serie de celdas solares, la serie de miembros conductores, y la serie de miembros de conexión conductores a los mismos.
VENTAJAS DE LA INVENCIÓN De conformidad con el módulo de batería solar tipo translúcido de la presente invención, dado que cada una de la serie de agrupaciones incluye una serie de celdas esféricas, cada agrupación puede formar libremente el patrón de disposición de celdas. Debido a esto, es posible mejorar la libertad del diseño para usarse como un material de ventana. Y, dado que se proporciona y se puede disponer una serie de estos agrupamientos , es posible impartir un patrón deseado de la disposición al módulo de batería solar, de tal manera que es posible mejorar adicionalmente la libertad de diseño. Además es posible asegurar una buena transmisión de luz solar incluso cuando las celdas solares esféricas se usan en un material de ventana, dado que son extremadamente pequeñas.
Además de la estructura de la presente invención descrita arriba, también seria aceptable emplear, adicionalmente, varias estructuras tales como las siguientes: (1) Se puede proveer una terminal positiva del módulo de batería solar tipo translúcido en una porción terminal del primer sustrato, y una terminal negativa del módulo de batería solar tipo translúcido en otra porción terminal del primer sustrato. (2) Cada una de las celdas solares puede comprender: un semiconductor esférico de tipo p ó tipo n; una unión pn formada en una porción de capa de superficie esférica del semiconductor esférico; y un par de electrodos que se forman para ser opuestos entre sí en lados opuestos del centro del semiconductor esférico y se conectan eléctricamente a ambos lados de la unión pn. (3) Se puede proveer una serie de diodos de derivación que corresponden a la serie de agrupamientos , cada uno de los cuales se conecta a la capa conductora y al miembro conductor. (4) Las celdas solares pueden tener una función de derivación para derivar corriente inversa. (5) El miembro de conexión conductor puede tener una porción de capa conductora alargada que se extiende desde la capa conductora, y una pieza de conexión conductora que se conecta eléctricamente a una porción de extremo de la porción de capa conductora alargada; y la serie de celdas solares, la pieza de conexión conductora, y el diodo de derivación en cada agrupamiento pueden disponerse en formar anular, y la serie de agrupamientos puede disponerse en una configuración matricial con una serie de hileras y una serie de columnas. (6) La serie de celdas solares agrupadas en agrupamientos plurales de cada hilera o cada columna pueden conectarse eléctricamente en serie vía los miembros de conexión conductores, y pueden proveerse puentes de capas conductoras que conectan eléctricamente una serie de capas conductoras en cada una de la serie de columnas o cada una de la serie de hileras. (7) La serie de celdas solares en cada agrupamiento puede incluir seis celdas solares dispuestas en los vértices de una forma hexagonal interna y cinco celdas solares dispuestas en los vértices de una forma hexagonal externa que se encuentra fuera de la forma hexagonal interna. (8) El miembro de conexión conductor puede incluir una porción de capa conductora alargada que se extiende desde la capa conductora y una pieza de conexión conductora que se conecta eléctricamente a una porción de extremo de la porción de capa conductora alargada, y la pieza de conexión conductora puede disponerse en un vértice de la forma hexagonal externa, y el diodo de derivación puede disponerse en la porción central de la forma hexagonal interna. (9) La serie de agrupamientos puede disponerse en una serie de hileras y una serie de columnas de tal manera que las porciones centrales de las formas hexagonales internas se ubican en los puntos de malla de una malla de triángulos equiláteros . (10) Pueden proveerse puentes de capas conductoras que conectan eléctricamente la serie de capas conductoras de la serie de agrupamientos en lineas en zigzag en una dirección que es ortogonal a la dirección de las hileras o a la dirección de las columnas de la serie de hileras y la serie de columnas . (11) La serie de celdas solares en cada agrupamiento puede disponerse sobre una linea recta. (12) El primer y segundo sustratos pueden elaborarse de placas de vidrio transparente. (13) La proporción ocupada en toda el área por la región de transmisión de luz en la cual la luz 52-696 solar no es interceptada por las capas conductoras puede ser mayor que o igual a 50%. (14) Una serie de los módulos de baterías solares de tipo translúcido puede disponerse en una serie de hileras o en una serie de columnas montadas en un armazón circundante hecho de metal. (15) Puede proveerse una capa de cerámica, con color añadido y en patrones, como una base para la serie de capas conductoras .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista posterior de un panel de batería solar al cual se instalan los módulos de baterías solares de tipo translúcido de conformidad con una primera modalidad de la presente invención; La figura 2 es una vista en elevación parcialmente en corte de los módulos de baterías solares de tipo translúcido; La figura 3 es una vista lateral del panel de batería solar; La figura 4 es una vista seccional en la línea IV IV de la figura 1; La figura 5 es una vista seccional en la línea V V de la figura 1; la figura 6 es una vista en elevación de un 52-696 primer sustrato sobre el cual se disponen y se conectan mediante alambres en una configuración matricial que tiene una serie de hileras y una serie de columnas, con ciertos miembros conductores removidos; la figura 7 es una vista en elevación del primer sustrato de la figura 6 en su estado con los miembros conductores conectados en cada agrupamiento ; La figura 8 es una vista seccional en la linea VIII-VIII de la figura 2; La figura 9 es una vista seccional en la linea IX-IX de la figura 2 ; La figura 10 es una vista seccional de una celda solar esférica; La figura 11 , es un diagrama de circuitos equivalente del módulo de batería solar; La figura 12 es una vista seccional amplificada que muestra el comportamiento de la luz que incide sobre el módulo de batería solar, la porción esencial del módulo de batería solar; La figura 13 es una vista en elevación de un primer sustrato de un módulo de batería solar de conformidad con una segunda modalidad, sobre la cual se dispone una serie de agrupamientos y conectados con alambres en una configuración de copo de nieve, con 52-696 ciertos miembros conductores removidos; La figura 14 es una vista en elevación del primer sustrato en su estado con los miembros conductores conectados a cada agrupamiento de la figura 13; La figura 15 es una vista seccional en la linea XV-XV de la figura 15; La figura 16 es una vista seccional en la linea XVI-XVI de la figura 14; La figura 17 es una vista amplificada de la porción esencial de la figura 14; La figura 18 es una vista seccional en la linea XVIII-XVIII de la figura 17; La figura 19 es una vista en elevación de un primer sustrato de un módulo de batería solar de conformidad con una tercera modalidad, sobre la cual se dispone una serie de agrupamientos y conectados con alambres en una configuración de cortina de cuentas; La figura 20 es una vista seccional en la línea XX-XX de la figura 19; La figura 21 es una vista seccional en la línea XXI-XXI de la figura 19; La figura 22 es una vista seccional amplificada de la porción esencial de la figura 20; La figura 23 es una vista en elevación 52-696 amplificada de la porción esencial de la figura 19; La figura 24 es una vista seccional amplificada de la porción esencial de una pieza de conexión conductora y un diodo de derivación de la figura 20; La figura 25 es una vista seccional amplificada de la porción esencial de una pieza de conexión conductora y un diodo de derivación de la figura 19; La figura 26 es una vista seccional de una celda solar de conformidad con una cuarta modalidad; La figura 27 es una vista seccional amplificada de la porción esencial de la celda solar; y La figura 28 es un diagrama de circuitos equivalente de la celda solar.
DESCRIPCION DE NUMEROS DE REFERENCIA 1 panel de batería solar 3 armazón circundante externo 20, 20A, 20B módulo de batería solar de tipo translúcido 21 primer sustrato 22, 22B segundo sustrato 23 terminal positiva 52-696 24 terminal negativa 27 material de moldeo 29, 29A, 29B capa de cerámica 30, 30A, 30B agrupamiento 31, 31A, 31B capa conductora 32, 32?, 32B, 32C celda solar 33 capa de semiconductor esférico 34 superficie plana 35 capa difusa 36 unión pn 37 primer electrodo 38 segundo electrodo 39 capa que evita la reflexión 40A, 40B diodo de derivación 48A, 48B miembro conductor 50A, 50B miembro de conexión conductor 51A, 51B porción de capa conductora alargada 53, 53A, 53B pieza de conexión conductora 55, 55A puente de capa conductora MEJOR MODO PARA IMPLEMENTAR LA INVENCIÓN A continuación, se explicarán varias modalidades preferidas para la implementación de la presente invención . 52-696 MODALIDAD 1 Primero, se explicará un panel de bateria solar 1 al cual se aplica la presente invención.
Como se muestra en las figuras 1 a 5, el panel de bateria solar 1 se elabora como un material de ventana, y está construido de un armazón circundante externo 3 y tres módulos de baterías solares de tipo translúcido 20. Los tres módulos de baterías solares de tipo translúcido 20 (de aquí en adelante citados como "módulos") están orientados con sus lados largos horizontales, y están montados en el armazón circundante externo 3 de tal manera que todos están colocados en el mismo plano y dispuestos en forma matricial con tres hileras y una columna.
Se carga material sellador 15 (por ejemplo resina de silicona) en las separaciones entre los módulos 20 y el armazón circundante externo 3 y dentro de las separaciones entre módulos verticalmente adyacentes, y esto sirve para evitar el ingreso de agua de lluvia o gases peligrosos al interior. Debe entenderse que no es necesario que el número de módulos 20 se limite a tres; también seria posible cambiar el tamaño del armazón circundante externo 3, y disponer la serie de módulo 20 en una serie de hileras 52-696 y/o una serie de columnas y después montarlos en el armazón circundante externo.
Como se muestra en las figuras 1, 3 a 5, el armazón circundante externo 3 está hecho de aluminio y se elabora de un par de miembros de armazón horizontales superior e inferior 5a, 5b y un par de miembros de armazón verticales izquierdo y derecho 6a, 6b. Al miembro de armazón horizontal superior 5a se provee una terminal interior conductora 8a que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal del miembro de armazón horizontal 5a, un par de terminales de salida izquierda y derecha 9a que se conectan a las dos porciones de extremo de esta terminal interior 8a, miembros aislantes lia que aislan a estas terminales de salida 9a del armazón circundante externo 3, resortes de láminas 12 que desplazan la terminal interior 8a hacia abajo, y un miembro de soporte 13a que soporta el módulo 20 por arriba y además aisla la terminal interior 8a del miembro de armazón horizontal 5a.
Y al miembro de armazón horizontal inferior 5b se provee una terminal interior conductora 8b que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal del miembro de armazón horizontal 5b, un par de terminales de salida izquierda y derecha 9b que se 52-696 conectan a las dos porciones de extremo de esta terminal interior 8b, miembros aislantes 11b que aislan a estas terminales de salida 9b del armazón circundante externo 3 y un miembro de soporte 13b que soporta el módulo 20 por abajo y además aisla la terminal interior 8b del miembro de armazón horizontal 5b. Debe entenderse que la materia prima a partir de la cual se elabora el armazón circundante 3 no se limita a aluminio; podrían emplearse varios materiales metálicos diferentes.
Las terminales de salida superior e inferior 9a, 9b son miembros en forma de placas delgadas largas y estrechas hechas de metal, y una de sus porciones de extremo están conectadas integralmente a las porciones de extremo izquierda y derecha de ambas terminales interiores 8a, 8b, mientras que sus otras porciones de extremo se proyectan hacia fuera desde el armazón circundante externo 3 hacia el lado posterior del panel 1.
Junto con la terminal interior superior 8a que se presiona hacia una terminal negativa 24 del módulo superior 20 por medio de los resortes de láminas 12, una termina positiva 23 del módulo superior 20 se presiona hacia la terminal negativa 24 del módulo intermedio 20, y una terminal positiva 23 52-696 del módulo intermedio 20 se presiona hacia una terminal negativa 24 del módulo inferior 20, por lo tanto todas estas terminales se conectan eléctricamente entre si de manera confiable. Además, cuando la terminal positiva 23 del módulo inferior 20 se presiona hacia la terminal interior 8b por el peso del módulo 20, se establece entre ellas una conexión eléctrica confiable. Las conexiones eléctricas entre módulos vecinos 20 se establecen por medio de la terminal positiva superior 23 del módulo 20 que es presionada por el peso del módulo superior 20 para estar en contacto con la terminal negativa 24 del módulo intermedio 20, y por medio de la terminal positiva 23 del módulo intermedio que también se presiona para estar en contacto con la terminal negativa 24 del módulo inferior 20.
Enseguida, se explicará solo uno de los módulos de baterías solares de tipo translúcido 20, aunque se proveen tres módulos, dado que estos tres módulos 20 tienen construcciones similares.
Como se muestra en las figuras 6 a 10, este módulo 20 genera electricidad con una serie de celdas solares esféricas 32, y comprende un primer sustrato ópticamente transparente 21, una serie de agrupamientos anulares 30 dispuestos sobre el primer 52-696 sustrato 21 en forma matricial con una serie de hileras y una serie de columnas, un segundo sustrato ópticamente transparente 22 que se dispone paralelo al primer sustrato 21 con la serie de celdas solares 32 intercaladas entre ellos, y un material de moldeo de resina sintética ópticamente transparente 27 que se carga entre los sustratos 21, 22 y se moldea en un estado en el cual se incrusta la serie de agrupamientos 30.
Enseguida, se explicarán el primer sustrato 21 y el segundo sustrato 22. El primer sustrato 21 está hecho de una placa de vidrio transparente con los bordes achaflanados, y puede, por ejemplo, procesarse de tal manera que su espesor es de 2.8 miti, su altura es de 210 mm, y su anchura es de 297 mm. La terminal positiva 23 (una barra colectora lateral positiva) se provee en la porción de borde inferior del primer sustrato 21, y tiene una forma de sección transversal en forma de letra L invertida para conexión externa, y la terminal negativa 24 (una barra colectora lateral negativa) se provee en la porción de borde superior del primer sustrato 21, y tiene una forma de sección transversal en forma de L para conexión externa (refiérase a la figura 8) . Y similar al primer sustrato 21, el segundo sustrato 22 está hecho de 52-696 vidrio transparente con los bordes achaflanados, y puede, por ejemplo, procesarse de tal manera que su espesor es de 2.8 mm, su altura es de 210 mm, y su anchura es de 297 mm.; Para el material de moldeo de resina sintética 27 que se carga en la separación entre los sustratos 21, 22, por ejemplo, puede usarse resina de EVA (acetato de etileno vinilo) .
Dado que el material de moldeo de resina sintética ópticamente transparente 27 se moldea y se solidifica a un estado en el cual la serie de celdas solares 32, una serie de capas conductoras 31, una serie de diodos de derivación 40, una serie de miembros de conexión conductores 50 todos ellos cargados entre los sustratos 21, 22 se incrustan ahi . Consecuentemente, es ' posible proteger las celdas solares 32 y también reforzarlas contra la vibración y el choque mecánico, y además es posible evitar el daño al módulo 20 como un todo, de tal manera que puede mejorarse la seguridad. Además, incluso si excepcionalmente la celda solar 32 sufre daño, se evita que los fragmentos rotos vuelen o se separen también porque normalmente se usa vidrio laminado y el vidrio se conecta mediante alambres.
Ahora se explicará de manera simple el método de manufactura de este módulo 20. La serie de 52-696 agrupamientos 30 se disponen sobre el primer sustrato 21, y después el material del moldeo 27 en forma de lámina se coloca sobre la serie de agrupamientos 30, y el segundo sustrato 22 se sobrepone sobre ' ellos, recibiéndose esta totalidad en un dispositivo laminador de un tipo de por si conocido. Este dispositivo laminador tiene una cámara de vacio que se divide horizontalmente por medio de una membrana elástica. Se provee un calentador por abajo y se aplica calor a la pieza de trabajo vía una placa. La pieza de trabajo con el segundo sustrato 22 colocado sobre ella se coloca sobre la placa de aplicación de calor, y, mientras se extrae gas de los espacios que están divididos horizontalmente por medio de la membrana, se aplica calor al material de moldeo 27 hasta una temperatura de aproximadamente 150 DC de tal manera que ésta se funde.
Después, al admitirse aire al interior de sólo la cámara de vacio evacuada por arriba de la membrana, los sustratos 21, 22 se presurizan desde ambos lados por la presión de este aire admitido, debido a la membrana. Y el material de moldeo 27 (es decir, resina EVA) se enfria y solidifica mientras se mantiene en este estado. Debido a esta fusión térmica y a la solidificación del material de moldeo 27, que 52-696 fue de un color blanco lechoso, se vuelve transparente, y la pluralidad de agrupamientos 30 se adhieren entre los sustratos 21, 22 y se intercalan en ambos lados por medio de las placas de vidrio, de tal manera que se completa un módulo integrado 20.
Enseguida, se explicará la construcción de los agrupamientos 30.
Dado que toda la serie de agrupamientos 30 tienen la misma estructura, sólo se explicará un solo agrupamiento 30. Como se muestra en las figuras 2, 6 a 10, el agrupamiento 30 tiene forma anular y comprende una capa conductora 31 que se forma sobre el primer sustrato 21, diez celdas solares 32, un diodo de derivación 40, una pieza de conexión conductora 53 de un miembro de conexión conductor 50, y un miembro conductor 48 que conecta eléctricamente entre si estas celdas solares 32, el diodo de derivación 40, y la pieza de conexión conductora 53.
Enseguida, se explicará la capa conductora 31.
La capa conductora 31 está conformada de forma anular sobre la superficie interna del primer sustrato 21, y se disponen sobre la misma electrodos positivos 37 . de las diez celdas solares 32, un electrodo negativo 45 del diodo de derivación 40, y la 52-696 pieza de conexión conductora 53, a intervalos regulares y se conectan ahí por medio de una pasta eléctricamente conductora 31b. El diodo de derivación 40 y la pieza de conexión conductora 53 están dispuestas entre las diez celdas solares 32 para oponerse mutuamente entre si, con una porción de capa conductora separada 31a a la cual se conecta la pieza de conexión conductora 53 eléctricamente aislada por medio de dos rendijas. Esta porción de capa conductora separada 31a se forma integralmente con una porción de capa conductora alargada 51 del miembro de conexión conductor 50. Debe entenderse que la proporción ocupada en toda el área por una región de transmisión de luz en la cual la luz solar no es interceptada por las capas conductoras 31 es mayor que o igual a 50%.
Para la capa conductora 31, primero, como base para la capa conductora 31, una pasta de cerámica en la cual se ha mezclado un pigmento de color preferido se imprime por serigrafia sobre el primer sustrato 21 y se cuece, de tal manera que se forma una capa de cerámica 29. Enseguida, se imprime una pasta de plata que incluye vidrio poroso sobre la capa de cerámica 29 mediante un proceso de serigrafia, y se cuece a 550 a 620°C para formar la capa conductora 31. La anchura de esta capa conductora 31 es de aproximadamente 2.4 rom, de tal manera que es su diámetro es mayor que el de las celdas solares 32. Seria aceptable que el espesor fuese de aproximadamente 0.25 mra, y, de acuerdo con las condiciones de uso, el espesor puede estar en el intervalo de 0.01 mm a 0.5 MI. Debe entenderse que las porciones de capa conductora 51, 51a y 51b del miembro de conexión conductora 50 y el puente de capa conductora 55 que más adelante se describirán todos ellos también se forman al mismo tiempo como la capa conductora 31.
Enseguida, se explicará la estructura de las celdas solares esféricas 32.
Como se muestra en la figura 10, una celda solar 32 está montada con su dirección de conducción perpendicular al primer sustrato 31, e incorpora un semiconductor esférico de tipo p 33, una superficie plana 34 que se forma esmerilando una porción de la superficie del semiconductor esférico 33, una unión pn 36 conformada como una superficie esférica que está definida por una capa difusa de tipo n 35 que se forma sobre una porción de capa superficial circunferencial del semiconductor esférico 33, un par de electrodos positivo y negativo 37, 38 (primer y segundo electrodos) que se conectan eléctricamente a ambos extremos (ambos lados) de la unión pn 36 y se forman con el fin de oponerse entre si con el eje del semiconductor esférico 33 interpuesto entre ellos, y una capa que evita la reflexión 39 que se forma sobre toda la superficie excepto para los electrodos positivo y negativo 37, 38. Este electrodo positivo 37 se conecta eléctricamente en la capa de superficie conductora 31 con pasta conductora 31b, mientras que el electrodo negativo 38 se conecta eléctricamente al miembro conductor 48 con pasta conductora 48a.
Ahora se explicará en una forma simple el método para la manufactura de esta celda solar 32.
Esta celda solar 32 se elabora por medio de una técnica de, por ejemplo, dejando caer libremente una gota de silicio para que solidifique parcialmente como un solo cristal de silicio esférico de tipo p 33 de aproximadamente 1.6 mm de diámetro, y rectificando después una porción de su superficie para proporcionar la superficie plana 34. Después se crea la unión pn 36 con forma de superficie esférica formando la capa difusa de tipo n 35 difundiendo una impureza de tipo n hasta una profundidad de aproximadamente 0.1 pm hacia dentro desde la superficie, excepto para la superficie plana 34 y una porción de su periferia. Debe entenderse que también seria aceptable crear una unión pn formando una capa difusa de tipo p sobre un cristal de silicio simple de tipo n tipo esférico.
Adicionalmente después de la formación, como una capa para evitar la reflexión 39, una capa de óxido de silicio (S1O2) (o, una capa de nitruro de silicio (SiN) ) en toda la superficie esférica incluyendo la superficie plana 34, enseguida se imprime una pasta que incluye plata en forma de gotas sobre la capa que evita la reflexión 39, en las porciones de vértices de la superficie plana 34 y de la superficie esférica. Después, cuando se aplica calor en una atmósfera gaseosa hasta aproximadamente 800°C, la pasta de plata perfora a través de la capa que elimina la reflexión 39 y se pone en contacto con la superficie plana de tipo p 34 y la superficie de la capa difusa de tipo n 35 con baja resistencia, y de esta manera se provee el electrodo positivo 37 y el electrodo negativo 38 y se completa la celda solar 32.
De acuerdo con esta celda solar 32, dado que, como se muestra en la figura 10, la unión pn 36 se provee para tener una superficie esférica, consecuentemente, con excepción de la superficie plana 34 y los electrodos 37, 38, el área de sección transversal para la recepción de luz siempre es constante independientemente del ángulo de incidencia 52-696 de la luz solar, de tal manera que se obtiene una salida estable. Adicionalmente, dado que los electrodos 37, 38 se proveen centrados sobre las superficies de tipo p y de tipo n con el centro de esfera interpuesto entre ellas, consecuentemente la suma de las distancias que se conectan desde los electrodos 37, 38 hasta cualesquiera de los puntos a, b ó c en la unión pn 36 es igual, de tal manera que las distancias a través de las cuales se desplazan los portadores generados por absorción en los puntos a, b ó c son iguales, y la distribución del flujo de corriente eléctrica se hace casi igual y el factor de llenado de curva se hace grande. Además, dado que el intervalo para la recepción de luz es tridimensional y la luz distinta a la luz solar directa, en otra palabras la luz reflejada y la luz difusa, son recibidas ambas simultáneamente, consecuentemente el nivel de utilización de la luz periférica también es alto, de tal manera que se obtiene una salida elevada.
Enseguida, se explicará el diodo de derivación 40.
Como se muestra en la figura 8, el diodo de derivación 40 se fija sobre el primer sustrato 21 de tal manera que su dirección conductora se ubica en la dirección ortogonal al primer sustrato 21, y se 52-696 conecta eléctricamente a las capas conductora 31 y el miembro conductor 48 en paralelo inverso a las diez celdas solares 32. Este diodo de derivación 40 es un cilindro circular y tiene una altura similar a las de las celdas solares 32, y se hace formando una unión pn 43 difundiendo una impureza de tipo p en un semiconductor 41, haciendo por lo tanto una capa difusa tipo p 42, y después poniendo en contacto un electrodo negativo 45 contra la superficie del semiconductor de tipo n 41 y un electrodo positivo 46 contra la superficie de la capa difusa de tipo p 42, ambas con baja resistencia.
Debido a este diodo de derivación 40, si las diez celdas solares 32 en un agrupamiento 30 que se conectan todas en paralelo inverso con el diodo 40 están protegidas de la luz de tal manera que se detiene su funcionamiento, a pesar de que un -voltaje en la dirección opuesta que se origina en las celdas solares 32 en los otros agrupamientos 30 que están funcionando normalmente (es decir para generar electricidad) se aplica a estas celdas solares 32 en este agrupamiento 30 cuya función se ha detenido, debido a este diodo de derivación 40 que deriva corriente, es posible que las celdas solares 32 que están conectadas en paralelo inverso se protejan de la 52-696 destrucción o daño, y es posible mantener la disminución en la salida de todo el módulo 20 debido al blindaje contra la luz de una porción que incluye el agrupamiento 30 hasta un mínimo.
Enseguida, se explicará el miembro conductor 48.
Como se muestra en las figuras 7 a 9, el miembro conductor 48 es un alambre metálico de un diámetro, de por ejemplo de 0.3 mm hecho de aleación de cobre enchapado con plata y de forma anular, y se conecta eléctricamente con pasta conductora 48a a los electrodos negativos 38 de las diez celdas solares 32, al electrodo positivo 46 del diodo de derivación 40, y a la pieza de conexión conductora 53. A través del miembro conductor 48 y la capa conductora 31, las diez celdas solares 32 y la pieza de conexión conductora 53 se conectan eléctricamente en paralelo, y el diodo de derivación 40 se conecta eléctricamente al primer sustrato 31 y el miembro conductor 48 en paralelo inverso en relación con las diez celdas solares 32, mediante lo cual se forma uno de los agrupamientos anulares 30.
Enseguida, se explicará una construcción conductora mediante la cual se conectan eléctricamente entre sí la serie de agrupamientos 30. 52-696 Como se muestra en las figuras 6, 7, la pluralidad de agrupamientos 30 se disponen en forma matricial con una pluralidad de hileras y una pluralidad de columnas. La capa conductora 31 de cada una de la serie de agrupamientos 30 en cada columna se conecta eléctricamente al miembro conductor 48 del agrupamiento adyacente del lado inferior 30 vía el miembro de conexión conductor 50. La serie de capas conductoras 31 en la serie de agrupamientos 30 en cada hilera se conectan en paralelo por medio de puentes de capas conductoras 55. En otras palabras, entre la serie de agrupamientos 30, la serie de celdas solares 32 de la serie de conjuntos de agrupamientos de cada columna se conectan en serie a través de los miembros de conexión conductores 50, y la serie de celdas solares 32 de la serie de conjuntos de agrupamientos de cada hilera se conectan en paralelo a través de los puentes de capas conductoras 55.
El miembro de conexión conductor 50 incluye una porción de capa conductora alargada 51 que se extiende desde las capas conductoras 31 y la pieza de conexión conductora 53 conectadas a las porciones de capas conductoras alargadas 51. La pieza de conexión conductora 53 constituye una porción del agrupamiento 30. La porción de capa conductora alargada 51 se 52-696 elabora de pasta de plata asi como las capas conductoras 31. La pieza de conexión conductora 53 es una pieza cilindrica circular hecha de metal, y tiene un diámetro y altura similar a las del diodo de derivación 40. Debe entenderse que la porción de capa de superficie conductora alargada 51 no tiene que ser necesariamente rectilínea; serpia aceptable, de acuerdo con el diseño, formar zigzags o líneas curvas.
Los puentes de capas conductoras 55 se proveen para conectar eléctricamente la serie de capas conductoras 31 de cada hilera. Estos puentes de capas conductoras 55 se elaboran de pasta de plata así como las capas conductoras 31. Debe entenderse que los puentes de capas conductoras 55 no tienen que ser necesariamente rectilíneas; sería aceptable que tuviesen forma de zigzag o como líneas curvas . La capa conductora 31 del agrupamiento más inferior 30 de cada columna se conecta a la terminal positiva 23 vía una porción de capa conductora alargada 51a, y la porción de capa conductora separada 31a de la capa conductora 31 del agrupamiento más superior 30 se conecta a la terminal negativa 24 vía una porción de capa conductora alargada 51b.
Dado que la pluralidad de agrupamientos 30 están conectados en serie paralelo en esta forma, 52-696 incluso si algunos de los agrupaciones 30 ha dejado de funcionar, no hay un paro o disminución de la efectividad de generación de electricidad de los otros agrupamientos 30 de tal manera que se mantienen normales, dado que la corriente eléctrica aún fluye a través de los otros agrupamientos desviándose de los agrupamiendos 30 que han dejado de funcionar, de tal manera que es posible reducir a un mínimo la influencia que se ejerce para disminuir la salida de todo este modulo 20.
Enseguida se explicará un diagrama de circuitos para este módulo 20. La figura 11 es un dibujo que muestra un circuito equivalente de este módulo 20 que tiene una pluralidad de agrupaciones 30 dispuestas en una configuración matricial que tiene una serie de hileras y una serie de columnas. Sin embargo, en la figura 11 la dirección de las hileras es vertical y la dirección de las columnas es hori zontal .
Aquí, como ejemplo, se explicará la salida de un módulo en el cual están instalados una serie de agrupamientos 30 dispuestos en cuatro hileras y tres columnas. Si el voltaje de circuito abierto de una celda solar 32 es, por ejemplo, de 0.6 V, entonces se generará un voltaje de 2.4 V, dado que cuatro 52-696 agrupamientos 30 están conectados en serie entre la terminal positiva 23 y la terminal negativa 24. Y, si la corriente eléctrica generada por una celda solar 32 de cada agrupamiento de cada hilera se denomina I, entonces 30x1 de la corriente eléctrica fluirá desde la terminal positiva 23, dado que tres agrupamientos 30 en cada hilera están conectados en paralelo.
En otras palabras, con el panel de batería solar 1 al cual están montados tres de los módulos 20, se genera un voltaje de 7.2 V, y fluye una corriente de 30x1 fuera de la terminal de salida 9b. Debe entenderse que es posible implementar un incremento del voltaje de salida del módulo 20 aumentando el número de agrupamientos 30 que se conectan en serie, mientras que, cuando la corriente de salida del módulo 20 va a aumentarse, debe aumentarse el número de agrupamientos 30 conectado en paralelo. En la misma forma con el panel 1, también, si va a aumentarse el voltaje de salida, entonces esto puede hacerse aumentando el número de módulos 20 que se conectan en serie; mientras que, si va a disminuirse la corriente de salida de los módulos 20, entonces esto puede hacerse disminuyendo el número de módulos 20 que se conectan en paralelo.
Enseguida, se explicará el comportamiento de 52-696 luz que incide sobre este módulo 20. La figura 12 es una vista amplificada de una porción de este módulo 20, para mostrar el comportamiento de la luz que incide sobre el mismo. Los haces de luz incidente a son haces de luz que pasan a través desde el segundo sustrato 22 hasta el primer sustrato 21, y los haces de luz incidente b son haces de luz que inciden directamente desde el segundo sustrato 22 sobre la celda solar 32, mientras que los haces de luz incidente b' son haces de luz de los haces incidentes b que son reflejados por el segundo sustrato 22.
Los haces de luz incidente c son haces de luz que inciden desde el segundo sustrato 22 y son reflejados por las capas conductoras 31 alrededor de las celdas solares 32 para incidir entonces sobre las celdas solares 32, los haces de luz incidente d son haces de luz que se reflejan de manera múltiple por porciones distintas a los alrededores de las celdas solares 32 y entonces inciden sobre las celdas solares 32, los haces de luz incidente e son haces que pasan desde el primer sustrato 21 a través del segundo sustrato 22, los haces de luz incidente f son haces que inciden desde el primer sustrato 21 y son reflejados por el segundo sustrato 22 para incidir sobre las celdas solares 32, y los haces de luz 52-696 incidente f son luz reflejada de los haces de luz incidente f que son reflejados por el primer sustrato 21. En otras palabras, excepto para la luz que pasa a través de los sustratos 21, 22 con el fin de proporcionar iluminación en interiores (es decir, la luz solar transmitida) la cual desde luego es verticalmente incidente en muchas otras direcciones puede conducirse fácilmente a las celdas solares 32, de tal manera que es posible mejorar la eficiencia de utilización de la luz incidente.
En esta forma, con esta pluralidad de celdas solares 32, es posible absorber luz que incide desde muchas direcciones debido a la reflexión y dispersión entre los sustratos 21, 22, con la excepción de luz que incide directamente. En particular, dado de las capas conductoras 31 tiene alta conductividad eléctrica y alta reflexividad óptica dado que utilizan plata, la cantidad de luz que arriba a las celdas solares 32 debido a la reflexión interna aumenta mientras que las pérdidas de resistencia eléctrica debidas al cableado son pequeñas, de tal manera que existen las ventajas técnicas de mejoramiento de la fuerza fotoelectromotriz . Además, dado que las celdas solares 32 en estos agrupamientos 30 están dispuestas a intervalos regulares desde los centros de circuios 52-696 en forma radial, consecuentemente es posible minimizar la dependencia direccional de la salida del módulo 20 sobre la orientación rotacional de su superficie de recepción de luz alrededor del eje vertical y sobre el ángulo de incidencia.
Enseguida, se explicarán las ventajas obtenidas por medio de este módulo de baterías solares de tipo translúcido 20.
De acuerdo con este módulo 20, es posible que la luz que ha sido absorbida por la pluralidad de celdas solares 32 genere electricidad, mientras la luz que ha pasado a través entre la pluralidad de celdas solares 32 (luz solar transmitida) ilumina los interiores. La relación de la cantidad de luz que genera electricidad con respecto a la cantidad de luz que pasa a través para iluminación depende del área proyectada de todas las celdas solares 3 instaladas sobre el primer sustrato 21. En otras palabras, si se desea moderar luz solar fuerte, entonces el área proyectada de todas las celdas solares 32 disminuye de acuerdo con la densidad a la cual se disponen las celdas solares 32, de tal manera que es posible aumentar la cantidad de electricidad que se genera.
De acuerdo con este módulo 20, dado que es posible establecer el patrón en el cual se disponen 52-696 libremente la serie de agrupamientos, es posible proporcionar la serie de agrupamientos 30 en patrones de varios tipos, de tal manera que se eleva la libertad de diseño. Además, también es posible imprimir por serigrafia una pasta de cerámica a la cual se le ha añadido pigmento de un color apropiado sobre la superficie del primer sustrato como una base para las capas conductoras 31 descritas arriba, y después cocer esta pasta para formar las capas de cerámica 29, creando asi un patrón bonito y colorido cuando se observa desde el interior del sustrato 21 (es decir, desde el lado interior) . Adicionalmente, es posible hacer que sea difícil ver las celdas solares 32 ó las capas conductoras 31 debido a las capas de cerámica 29. Debido a esto, es posible implementar un módulo cuya libertad de diseño al utilizarse como material de construcción o material de ventana sea alta, muy aparte de su función para la generación óptica de electricidad. Además, al formar las capas de cerámica 29, además de mejorar la adherencia a las capas conductoras 31, también es posible mejorar la resistencia del sustrato de vidrio 21.
De acuerdo con este módulo 20, no sólo se disponen los agrupamientos anulares 30 en una configuración matricial que tiene una pluralidad de 52-696 hileras y una pluralidad de columnas que expresan un diseño geométrico, sino también pueden aprovecharse como un material de ventana que puede satisfacer las necesidades para la generación de electricidad a partir de luz solar y también para iluminación (es decir, para transmisión de luz solar) , y los diámetros internos y los diámetros externos de los agrupamientos anulares 30 y las separaciones entre estos agrupamientos 30 pueden diseñarse considerando la libertad de diseño, la transmitividad óptica, y la salida fotoeléctrica.
De acuerdo con este módulo 20, el cableado proporcionado por las capas conductoras 31 y los miembros de conexión conductores 50 y los puentes de capas conductoras 55 tienen una anchura apropiada capaz de ocultar las celdas 32 vistas desde la dirección ortogonal hacia la capa conductora 31, y esto se hace con el fin de que sea posible acentuar el patrón o el diseño del cableado, de tal manera que, además de posibilitar el mejoramiento de la libertad de diseño visto desde el lado posterior del módulo 20, también es posible aumentar la cantidad de luz incidente desde la superficie frontal que se refleja y es recibida por las celdas solares 32, de tal manera que se mejora la salida. 52-696 De acuerdo con este módulo 20, cuando los tamaños de la serie de celdas solares 32 y de la serie de capas conductoras 3Í se comparan con los de una celda solar de tipo plano de técnica anterior o una celda solar de capa delgada, dado que son más pequeñas y delgadas y también pueden disponerse en una configuración dispersa, consecuentemente no constituyen ningún impedimento a su propio campo de visión amplio, y por lo tanto pueden utilizarse para manufacturar un módulo de batería de celda solar de tipo translúcido mediante lo cual pueden verse tanto la vista interior como el panorama exterior con un desempeño de iluminación uniforme (es decir transmisión de luz solar) y sin ningún sentido de desagrado.
De acuerdo con este módulo 20, al incrustar la serie de celdas solares 32 entre los sustratos ópticamente transparentes 21, 22, y al usar este módulo 20 para un material de ventana, es posible reducir los costos totales en comparación con un caso en el cual se genera electricidad usando un panel de batería solar independiente, en el cual los costos están implicados por el costo de los materiales tales como vidrio o similares, y también por la instalación. Además, dado que primero se disponen los componentes 52-696 tales como la serie de celdas solares esféricas 32 y la serie de capas conductoras 31, y después el segundo sustrato 22 se coloca sobre éstos, consecuentemente no es necesario disponer ningún componente sobre el segundo sustrato 22, de tal manera que el proceso de montaje es fácil.
MODALIDAD 2 En esta segunda modalidad, se describe un ejemplo de un modulo de batería solar de tipo translúcido 20A en el cual el patrón de disposición de la serie de celdas solares esféricas en la serie de agrupamientos 30 de la primera modalidad cambia; y sólo se explicarán las estructuras diferentes de aquellas de la primera modalidad.
Como se muestra en las figuras 13 a 18, estos agrupamientos 30A están formados como copos de nieve y cada uno comprende una capa de superficie conductora 31A formada sobre el primer sustrato 21, once celdas solares 32A, un diodo de derivación 40A, un miembro de conexión conductor 50A, y un miembro conductor 48A que conecta eléctricamente estas celdas solares 32A, el diodo de derivación 40A, y la pieza de conexión conductora 53A. Debe entenderse que la configuración de copo de nieve en la cual se forma el 52-696 agrupamiento 30A es un patrón que incluye una forma hexagonal interna y una forma hexagonal externa que se ubica concéntricamente sobre el lado de la forma hexagonal interna, y en la cual el centro del agrupamiento, los seis vértices de la forma hexagonal interna, y los seis vértices de la forma hexagonal externa están conectados' con seis lineas rectas que se extienden radialmente.
Sobre el primer sustrato 21, la capa conductora 31A comprende 13 capas conductoras en forma de puntos 61 que se disponen en el punto central, los vértices de la forma hexagonal interna, y los vértices de la forma hexagonal externa, y las capas conductoras lineales 62 que unen las capas conductoras en forma de puntos 61 desde el centro del agrupamiento 30A hacia su exterior. Estas capas de superficie conductora en forma de puntos 61 se forman para ser de un diámetro mayor que el diámetro de la celda solar 32. Entre las capas de superficie conductora 62, se omite esa capa lineal 62 entre la capa conductora en forma de punto 61 sobre la cual se ubica la pieza de conexión conductora 53A y la capa conductora en forma de punto 61 sobre la cual se conecta la celda solar adyacente 32A en la dirección central. Esta capa de superficie conductora en forma de punto desprendida 62 está 52-696 formada integralmente con una porción de extremo de la porción de capa conductora alargada 51A.
La serie de celdas solares 32A en un agrupamiento 32A incluye seis celdas solares 32A que están dispuestas sobre las capas conductoras en forma de puntos 61 en los vértices de la forma hexagonal interna y cinco celdas solares 32A que están dispuestas en vértices de la forma hexagonal externa. El diodo de derivación 40A se ubica sobre la capa conductora en forma de punto 61 en la porción central de la forma hexagonal interna. En otras palabras, las once celdas solares 32A se conectan en paralelo, el diodo de derivación 40A se conecta en inverso paralelo con estas celdas solares 32A. El miembro conductor 48A está formado como una configuración de copo de nieve para corresponder con las capas conductoras 31A, y los electrodos negativos 38 de las celdas solares 32A, el electrodo positivo 46 del diodo de derivación 40A, y la pieza de conexión conductora 53A están conectadas entre si via este miembro conductor 48A.
Enseguida, se explicará una construcción que conecta eléctricamente entre si la serie de agrupamientos 30A.
Como se muestra en las figuras 13, 14, la serie de agrupamientos 30A está dispuesta en una serie 52-696 de hileras y una serie de columnas de tal manera que las porciones centrales de sus formas hexagonales internas se ubican sobre los puntos de malla de una malla de triángulos equiláteros. La capa conductora 31A de cada una de la pluralidad de agrupamientos 30A en cada columna está eléctricamente conectada al miembro conductor 48A del agrupamiento adyacente del lado inferior 30A vía el miembro de conexión conductor 50A.
La serie de capas conductoras 31A de la serie agrupamientos 30A dispuestos a lo largo de cada hilera en zigzag en la dirección ortogonal a la dirección de la columna se conecta eléctricamente en paralelo por medio de los puentes de capas conductoras 55A. El miembro de conexión conductor 50A tiene una porción de capa conductora alargada 51A conectada eléctricamente a la capa conductora 31A, y un pieza de conexión conductora 53A que se conecta eléctricamente a una porción de extremo de la porción de capa conductora alargada 51-A, y la pieza de conexión conductora 53A se localiza sobre un vértice de la forma hexagonal externa. La pieza de conexión conductora 53A está conformada como una esfera hecha de metal .
Enseguida, se explicarán las ventajas de 52-696 este módulo 20A.
De acuerdo con este módulo 20A, dado que 11 celdas solares 32A están dispuestas extendiéndose radialmente desde el centro del agrupamiento 30A con separaciones de 60° entre ellas, consecuentemente la dependencia de la dirección de la salida con respecto a la luz que incide sobre el módulo 20A disminuye, en comparación con la primera modalidad anterior.
Dado que los agrupamientos 30A a lo largo de la dirección de las hileras están dispuestos en una configuración de zigzag, es posible reducir la ocurrencia de la situación en la cual todas las celdas solares 32A que se conectan en la misma hilera paralela dejan de funcionar debido a una sombra lineal, de tal manera^ que pueden proveerse celdas solares 32A en lugar de los diodos de derivación 40A, de tal manera que es posible mejorar la salida del módulo 20A. Desde la superficie frontal o la superficie posterior de este módulo 20A, se observa un patrón similar al de una configuración de copo de nieve debido a las capas conductoras 31A y los miembros conductores 48A, y a esta libertad de diseño, y puede emplearse para un panel de baterías solares 1 que absorbe luz que proviene del exterior incluyendo luz solar, y que genera electricidad con buena 52-696 eficiencia. Debe entenderse que la explicación de las otras ventajas de esta modalidad se omiten, dado que son las mismas que en el caso de la primera modalidad.
MODALIDAD 3 En esta tercera modalidad, se describe un ejemplo de un modulo de batería solar de tipo translúcido 20B en el cual el patrón de disposición de la serie de celdas solares esféricas en la serie de agrupamientos 30 de la primera modalidad cambia; y sólo se explicarán las estructuras que son diferentes de aquellas de la primera modalidad.
Como se muestra en las figuras 19 a 25, estos agrupamientos 30B están formados como líneas rectas que se extienden en la dirección horizontal, y uno de ellos comprende una capa conductora 31B formada sobre la superficie interna del primer sustrato 21, una serie de celdas solares esféricas 32B, un diodo de derivación 40B, una pieza de conexión conductora 53B del miembro de conexión conductor 50B, y un miembro conductor 48B que conecta entre sí estas celdas solares 32B, el diodo de derivación 40B, y la pieza de conexión conductora 53B.
La capa conductora 31B s una sola línea recta, y comprende una serie de capas circulares 52-696 conductoras 64 que corresponden a la serie de celdas solares 32B, dos capas conductoras de forma cuadrada 65 que se proveen en ambos lados de entre de estas capas circulares conductoras 64, y una capa conductora lineal 66 que conecta entre si las capas conductoras cuadradas 65 a las capas circulares conductoras 64 y también entre las capas circulares conductoras 64, excepto entre la capa conductora de forma cuadrada 65 a la cual se conecta la pieza de conexión conductora 53B y la capa circular 1 conductora adyacente 64. Una serie de estas capas conductoras 31B están formadas sobre el primer sustrato 21, mutuamente paralelas y espaciadas a intervalos constantes a lo largo de la dirección vertical. Debe entenderse que la porción periférica 22a del lado interno del segundo sustrato 22B se elabora como vidrio mate al hacer áspera su superficie por medio de un proceso de chorro de arena, y por lo tanto se pone en un estado en el cual la terminal positiva 23 y la terminal negativa 24, y los diodos de derivación 40B y las piezas de conexión conductoras 53B, son difíciles de ver desde la superficie frontal del módulo 20B.
Con respecto a la serie de celdas solares 32B en cada uno de los agrupamientos 30B, los electrodos positivos 37 de las celdas solares 32B que 52-696 están dispuestas en una línea recta se conectan en las capas circulares conductoras 64, y por un lado la pieza de conexión conductora 53B está dispuesta de tal manera que está aislada eléctricamente de la capa circular conductora 64 que corresponde a la capa conductora de forma cuadrada 65, mientras que por otro lado el diodo de derivación 40B está conectado en inverso paralelo con las celdas solares 32B. El miembro conductor 48B se forma como una sola línea recta, y las celdas solares 32B, el diodo de derivación 40B, y la pieza de conexión conductora 53B se conectan eléctricamente entre sí vía este miembro conductor 48B.
Enseguida, se explicará una construcción que conecta eléctricamente entre sí la serie de agrupamientos 30B.
Esta pluralidad de agrupamientos 30B se conectan en serie de arriba abajo vía los miembros de conexión conductores 50B. La capa de superficie conductora de forma cuadrada 65 del lado derecho del agrupamiento más superior 30B se conecta a la terminal negativa 24 vía una porción de capa conductora alargada 51bB, mientras que la capa conductora de forma cuadrada 65 a la derecha del agrupamiento más inferior 30B se conecta a la terminal positiva 23 vía 52-696 una porción de capa conductora alargada 51aB.
Enseguida, se explicarán las ventajas de este módulo 20B.
Con este módulo 20B, las capas conductoras 31B que se extienden en lineas rectas simples y a las cuales se adhieren las celdas solares 32B de tal manera que puede pasar la luz a través de ellas se forman espaciadas a ciertos intervalos, y consecuentemente es posible determinar la relación de transmisión de luz solar durante el uso como un material de ventana, de acuerdo con el área de la porción a través de la cual pasa luz, diferente al de éstas capas conductoras 31B. El patrón creado por las capas conductoras 31B y los miembros conductores 48B, en el cual existe libertad de diseño, puede verse desde la superficie frontal o desde la superficie posterior y además puede utilizarse para un panel de batería solar 1 que absorbe luz del exterior, incluyendo luz solar, con buena eficiencia y genera electricidad. Debe entenderse que la explicación de las otras ventajas de esta modalidad se omiten, dado que son las mismas que en el caso de la primera modalidad . 52-696 i MODALIDAD 4 En esta cuarta modalidad, en lugar de celdas solares esféricas 32, 32A y 32B de la primera a la tercera modalidad, se pueden usar celdas solares 32C de esta modalidad. Además, en este caso, es posible reemplazar los diodos de derivación con celdas solares 32B. Como se muestra en las figuras 26 a 28, una de estas celdas solares 32C comprende un cristal de silicio simple de tipo p esférico 71, una superficie plana 72 formada en una porción de extremo del cristal de silicio simple 71, una capa difusa n+ 73 formada sobre la porción de superficie del cristal de silicio simple 71 con excepción de esta superficie plana 72, un electrodo positivo 75 y un electrodo negativo 76 que se oponen entre si con el centro del cristal de silicio simple 71 interpuesto entre ellos, una capa difusa p+ 77 que se forma sobre una porción de superficie externa de la superficie plana 72 del cristal de silicio simple 71 sobre su lado hacia el electrodo positivo 75, y una capa que evita la reflexión 78 que cubre la., superficie de la celda solar 32C, con excepción de sus porciones en donde se proveen el electrodo positivo 75' y el electrodo negativo 76.
Una unión pn+ 74 se forma en la porción de superficie del cristal de silicio simple 71, y esto funciona como una unión pn que es capaz de generar una fuerza fotoelectromotri z ; y esta unión pn+ 74 se forma como una superficie esférica que se ubica a una profundidad sustancialmente constante desde la superficie del cristal de silicio simple 71, excepto por la superficie plana 72. El par de electrodos 75, 76 se conectan a ambos extremos de la unión pn+ 74. Y una unión p+n+ 79 que tiene un diodo hacia atrás característico debido a un efecto de túnel se forma como un anillo sobre la porción hacia el cristal de silicio simple 71 externo a y alrededor del electrodo positivo 75. En otras palabras, el circuito equivalente para esta celda solar 32C es como se muestra en la figura 28.
De acuerdo con este módulo, incluso si algunas o todas las celdas solares 32C de los agrupamientos de una de la serie de hileras de agrupamientos que se conectan en paralelo se ensombrecen de tal manera que se aplica un voltaje inverso a estas celdas solares 32C, una corriente eléctrica de derivación fluye vía las uniones p+n+ 79 de las celdas solares 32C en esta hilera (refiérase a la figura 28) . Consecuentemente, incluso si cae una sombra en cualquier tipo de patrón sobre el módulo en el cual están conectados eléctricamente la serie de agrupamientos en un circuito en serie paralelo en un patrón de malla, no hay pérdida de energía eléctrica generada, y es posible extraerla, y no se ejerce ninguna mala influencia sobre cada una de las celdas solares. Adicionalmente , dado que no se proveen diodos de derivación, es posible aumentar el número de celdas solares, y de esta manera mejorar la salida del módulo .
Enseguida, se explicarán ciertas modalidades variantes en las cuales se altera de alguna manera la modalidad anterior. [1]' Dado que la proporción entre la energía eléctrica de salida de este módulo y su relación de transmisión de luz solar (o relación de blindaje contra la luz) depende principalmente de la energía eléctrica de salida de la pluralidad de celdas solares que se usan y del número de las mismas que se utilizan, y del área total protegida de la luz por la serie de capas conductoras que se proveen sobre el primer sustrato ópticamente transparente, consecuentemente son posibles varios diseños para la disposición de la serie de celdas solares y el número de las mismas que se utilizan, correspondiendo al patrón o diseño de las capas conductoras sobre el primer sustrato, con el fin de mejorar adicionalmente el alto valor agregado y la libertad de diseño para su uso como un material de ventana. [2] Además de la aplicación en el panel de batería solar de tipo translúcido anterior, este módulo también puede aplicarse como material de construcción incluyendo un material de ventana que se desea usar, tal como, por ejemplo, una ventana de vidrio, un atrio, una luz superior, una pared de cortina, una fachada, una marquesina, una persiana, una superficie externa de doble capa, una balaustrada para un balcón, una pared circundante para una carretera de alta velocidad o vía de ferrocarril, o similar .
APLICABILIDAD INDUSTRIAL Con este módulo de batería solar de tipo translúcido, al proporcionar una serie de agrupamientos que incluyen la serie de celdas solares esféricas, al configurar estos agrupamientos en configuraciones anulares o de copos de nieve, o en líneas rectas, y al disponer la serie de agrupamientos, es posible mejorar el alcance permitido para la selección de la relación entre la relación de transmisión de luz solar y la capacidad de generación 52-696 de electricidad, de tal manera que es posible obtener mayor libertad de diseño en el uso como un material de ventana . 52-696

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo de batería solar de tipo translúcido para generar electricidad con una pluralidad de celdas solares esféricas cada una de las cuales comprende un semiconductor esférico de tipo p ó de tipo n, una unión pn formada en una porción de capa de superficie esférica del semiconductor esférico; y un par de un primer y segundo electrodos que están formados en lados opuestos de un centro del semiconductor esférico y conectados eléctricamente a ambos lados de la unión pn, comprende: un primer sustrato ópticamente transparente; una serie de celdas solares esféricas dispuestas con sus direcciones conductoras ortogonales al primer sustrato y agrupadas en una serie de agrupamientos que tienen el mismo patrón de disposición, con la serie de agrupamientos dispuestos en forma matricial con una serie de hileras y una serie de columnas; una serie de capas conductoras formadas sobre una superficie interna del primer sustrato con el fin de que correspondan con la serie de agrupamientos, con los primeros electrodos de la serie de celdas solares de cada una de la serie de agrupamientos conectados eléctricamente en paralelo 52-696 con ellos, respectivamente; una serie de miembros conductores, a cada uno de los cuales se conectan eléctricamente en paralelo los segundos electrodos de la serie de celdas solares de cada una de la serie de agrupamxentos; una serie de diodos de derivación provistos que corresponden a la serie de agrupamientos, cada uno de los cuales se conecta eléctricamente a la capa conductora y al miembro conductor en paralelo a la pluralidad de celdas solares de cada agrupamiento ; una serie de miembros de conexión conductores cada uno de los cuales conecta eléctricamente la capa conductora de cada agrupamiento al miembro conductor de un agrupamiento adyacente en una dirección predeterminada; un segundo sustrato ópticamente transparente dispuesto paralelo al primer sustrato con la serie de celdas solares intercaladas entre ellos, y con la serie de miembros 'conductores dispuestos con separaciones entre ellos; y un material de moldeo de resina sintética ópticamente transparente que se carga entre el primer y segundo sustratos e incrusta ahi la serie de celdas solares, la serie de miembros conductores, y la serie de miembros de conexión conductores. 52-696
2. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde una terminal positiva del módulo de batería solar de tipo translúcido se provee en una porción de extremo del primer sustrato, una terminal negativa del módulo de batería solar de tipo translúcido se provee en otra porción de extremo del primer sustrato.
3. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde la celda solar tiene una función de derivación para derivar corriente inversa.
4. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde: el miembro de conexión conductor tiene una porción de capa conductora alargada que se extiende desde la capa conductora, y una pieza de conexión conductora que se conecta eléctricamente a una porción de extremo de la porción de capara superficial conductora; y la serie de celdas solares, la pieza de conexión conductora, y el diodo de derivación en cada uno de los agrupamientos están dispuestos en forma anular, con la serie de agrupamientos dispuestos en forma matricial con una serie de hileras y una serie de columnas . 52-696
5. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 4, en donde la serie de celdas solares de cada una de la serie de agrupamientos de cada hilera o de cada columna están conectadas en serie vía los miembros de conexión conductores, y se proveen puentes de capas conductoras que se conectan eléctricamente a una serie de capas conductoras de una serie de agrupamientos de cada una de la serie de columnas o cada una de la serie de hileras .
6. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde la serie de celdas solares en cada agrupamiento incluye seis celdas solares dispuestas en vértices de una forma hexagonal interna y cinco celdas solares dispuestas en vértices de una forma hexagonal externa que está fuera de la forma hexagonal interna.
7. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 6, en donde: el miembro de conexión conductor incluye una porción de capa conductora alargada que se extiende desde la capa conductora y una pieza de conexión conductora que está eléctricamente conectada a una porción de extremo de la porción de capa conductora alargada, y la pieza de conexión conductora está 52-696 dispuesta en un vértice de la forma hexagonal externa; y el diodo de derivación está dispuesto en una porción central de la forma hexagonal interna.
8. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 6, en donde la serie de agrupamientos están dispuestos en una serie de hileras y una serie de columnas, de tal manera que las porciones centrales de las formas hexagonales interna están ubicadas en puntos de malla de una malla de triángulos equiláteros.
9. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 8, en donde están provistos puentes de capas conductoras que conectan eléctricamente la serie de capas conductoras de la serie de agrupamientos en líneas de zigzag en una dirección que es ortogonal a la dirección de hileras o la dirección de columnas de la serie de hileras o la serie de columnas.
10. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1 ó 2, en donde la serie de celdas solares en cada agrupamiento están dispuestas sobre una sola línea recta.
11. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde el 52-696 primer y segundo sustratos están hechos de una placa de vidrio transparente .
12. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde una proporción ocupada en toda el área por una región de transmisión de luz en la cual no se intercepta luz solar por medio de las capas conductoras es mayor que o igual a 50%.
13. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde una serie de los módulos de baterías solares de tipo translúcido se disponen en una serie de hileras o en una serie de columnas al montarse en un armazón circundante externo hecho de metal.
14. Un módulo de batería solar de tipo translúcido según la reivindicación 1, en donde se provee una capa de cerámica, con color añadido y en forma de patrón, como una base para la serie de capas de superficie conductora. 52-696
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