MX2011005357A - Dispositivo fotovoltaico concentrador. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo fotovoltaico concentrador incluye: un concentrador óptico; una celda de batería solar; un homogeneizador; un sellador; y una capa que evita la transmisión de la luz. El homogeneizador tiene una forma trapezoidal en donde un área seccional del lado del concentrador óptico es más grande que un área seccional en el lado de la celda de batería solar, se satisface una relación de nh > nf > nt entre el índice de refracción h del homogeneizador, un índice de refracción nf del sellador, y un índice de refracción nt de la capa que evita la transmisión de la luz, un espesor (H) de la capa que evita la transmisión de la luz es igual a o mayor de 0.1 mm e igual o menor de 1.2 mm, y una relación de 0.5 = b/a < 1.0 entre una altura (b) de la capa que evita la transmisión de la luz y una altura (a) del sellador en una posición en donde se forma la capa que evita la transmisión de la luz..

Description

DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO CONCENTRADOR Campo de la Invención La presente invención se refiere a un dispositivo fotovoltaico concentrador y más específicamente, a un dispositivo fotovoltaico concentrador que genera energía a través de la homogenización de la luz solar de alta energía concentrada a través de un concentrador óptico (sistema óptico primario) con un homogeneizador (sistema óptico secundario) y la emisión de la luz solar homogenizada a una celda de batería solar.

Antecedentes de la Invención Los generadores de energía solar se categorizan a grandes rasgos en un dispositivo fotovoltaico no concentrador que emite luz solar a una celda de batería solar como tal y un dispositivo fotovoltaico que emite luz solar, la cual se concentra a través de un concentrador óptico a una celda de batería solar. En el caso de un dispositivo fotovoltaico concentrador, una celda de batería solar puede hacerse pequeña. Por consiguiente, aún cuando se utiliza una celda costosa con buena efectividad de conversión, el efecto sobre el costo de la fabricación de la energía eléctrica es bajo. Por consiguiente, el dispositivo fotovoltaico concentrador es ventajoso en que puede generarse eficientemente de energía eléctrica no costosa.

Ref.220350 La luz concentrada a través del concentrador óptico tiene una alta intensidad en su centro y una baja intensidad en su periferia. Aún cuando la luz se emite directamente a una celda de batería solar, no es posible obtener eficientemente la generación de alta energía. Por consiguiente, en el dispositivo fotovoltaico concentrador, un miembro óptico en columna o en forma de trapezoide denominado un homogeneizador usualmente es provisto inmediatamente por arriba de la celda de la batería solar. El homogeneizador sirve para homogenizar la energía de la luz llevando a cabo repetidamente la reflexión total de la luz solar de alta energía, que se concentra a través del concentrador óptico, en la superficie lateral. Generalmente, se utiliza un vidrio como una alta transmisión de luz para el homogeneizador. En particular, el vidrio que contiene sodio, tal como vidrio de borosilicato y vidrio de silicato, se utiliza para el homogeneizador ya que es para todo propósito y material barato y puede fácilmente procesarse.

Además, una celda de batería solar se deteriora fácilmente por la humedad. Por ejemplo, el semiconductor del compuesto del grupo III-V representado como InCaP/InGaAs/Ge es activo comparado con el semiconductor con base en silicón cristalino. Por consiguiente, una celda de batería solar que utiliza el semiconductor del compuesto del grupo III-V es notablemente deteriorado por la humedad. Además, una película anti-reflexión es generalmente provista en la superficie de la celda de la batería solar. Sin embargo, la película antireflexión puede alterarse si la película anti-reflectora se pone en contacto con la humedad. Además, el sodio contenido en el homogeneizador puede disolverse en el agua condensada y los iones de sodio pueden llegar a la celda de la batería solar a través de la humedad. Los iones de sodio que llegan a la celda de batería solar tienen un potencial eléctrico negativo acumulado en la superficie a la celda de la batería solar, dando como resultado la reducción de la efectividad de la generación de energía. Por consiguiente, con el fin de mejorar la durabilidad del dispositivo fotovoltaico concentrador, es necesario proteger la celda de la batería solar contra la humedad.

Se han hecho varias proposiciones con respecto a un método para proteger tal celda de batería solar de la humedad.

Por ejemplo, el Documento de Patente 1 describe una unidad generadora de energía de tipo solar concentradora que utiliza un material que contiene 10% en peso o más de resina de silicón fluorinada como una resina selladora (sellador) que cubre el miembro óptico en columna (homogeneizador) y la celda de batería solar se orienta a la superficie inferior.

El Documento de Patente 1 también describe los siguientes puntos. (a) Si un material que contiene 10% en peso o más de residuo de silicón fluorinado se utiliza como la resina selladora, la penetración del vapor se suprime debido a la propiedad de baja transmisión de vapor de la resina de silicón fluorinada. (b) Una película delgada, que se forma de fluoro-resina (índice de refracción: 1.34) con un espesor de aproximadamente 10 nm a 20 nm y que funciona como miembro protector o una película repelente al agua, puede formarse en la superficie lateral del homogeneizador .

Además, el Documento de Patente 2 describe un dispositivo fotovoltaico concentrador en el cual se proporciona resina transparente entre la superficie inferior del miembro óptico en columna y la celda de la batería solar que incluye un miembro de protección solar para bloquear la luz solar de la resina transparente.

El Documento de Patente 2 también describe los siguientes puntos: (a) Ya que la fotodegradación de la resina transparente se suprime por el miembro protector de la luz, la deterioración de la batería solar causada por la penetración de la humedad se suprime. (b) Una película delgada, que se forma de fluoro-resina (índice de refracción: 1.34) con un espesor de aproximadamente 10 nm a 20 nm y que funciona como miembro protector o una película repelente al agua, puede formarse en la superficie lateral del homogeneizador .

Ya que la resina selladora o la resina transparente para proteger una celda de batería solar se expone a un entorno severo del dispositivo fotovoltaico concentrador, son necesarias la resistencia al calor y la resistencia al clima. Los materiales que contienen resina de silicón como un material base actualmente se utilizan para estos propósitos. Generalmente, la resina de silicón tiene buena resistencia al clima. Sin embargo, ya que se utiliza en un área en contacto con un entorno severo, no es posible asegurar una suficiente resistencia al clima solo a través de la resina de silicón. Por consiguiente, un material obtenido a través de la adición de un relleno (por ejemplo, un compuesto de vidrio) , para aumentar la resistencia al clima de resina de silicón generalmente se utiliza como una resina selladora.

El índice de refracción de la resina de silicón que contiene el compuesto de vidrio es de aproximadamente 1.5, que es lo más cercano al índice de refracción (aproximadamente 1.6) del homogeneizador. Si la periferia de un homogeneizador está cubierta con un sellador formado de un material con tal índice de refracción relativamente alto, el ángulo crítico de la reflexión total de la luz de la porción se hace más grande que el ángulo crítico de la porción que no está cubierta con el sellador.

Por otro lado, cuando la forma del homogeneizador es una forma trapezoidal con un área en sección que es más pequeña en el lado de la celda de la batería solar, el ángulo de incidencia de la luz (el ángulo entre la dirección de la línea normal de la superficie de reflexión y la dirección de la incidencia de la luz) se hace más pequeño siempre que la reflexión se repita. Por consiguiente, si la superficie lateral inferior del homogeneizador se sella con un material con un alto índice de refracción, la probabilidad de que el ángulo de incidencia se haga igual a o menor que el ángulo crítico (es decir, la probabilidad de que la luz se fugue) es mayor cerca de la superficie del lado inferior del homogeneizador .

Con el fin de resolver este problema, puede considerarse utilizar un material con un índice de refracción relativamente bajo como el sellador. Sin embargo, no existe un material conocido que tenga un bajo índice de refracción y sea excelente en cuanto a la resistencia al calor y resistencia al clima.

Documento de la Técnica Relacionada Documento de Patente Documento de Patente 1 JP-A-2007 -201109 Documento de Patente 2 JP-A-2006-313809 Breve Descripción de la Invención Con el fin de resolver el problema descrito anteriormente, es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo fotovoltaico concentrador con ambas, una eficiente alta conversión y una resistencia al clima .

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo fotovoltaico concentrador que comprende: un concentrador óptico para concentrar la luz solar; una celda de batería solar; un homogeneizador que es provisto por arriba de la celda de la batería solar de tal forma que una de sus superficie inferiores está orientada a la celda de batería solar y que guía la luz solar concentrada a través del concentrador óptico hacia la celda de la batería solar; un sellador que cubre una superficie lateral de una porción inferior del homogeneizador y la celda de la batería solar; y una capa que evita la transmisión de la luz provista entre el sellador y el homogeneizador, en donde el homogeneizador tiene una forma trapezoidal en donde un área seccional en el lado del concentrador óptico es mayor que el área seccional en el lado de la celda de la batería solar, se satisface una proporción de ¾ > nf > nt entre el índice de refracción ¾ del homogeneizador, un índice de refracción nf del sellador, y un índice de refracción n de la capa que evita la transmisión de la luz, y ün espesor (H) de la capa que previene la transmisión de la luz que es igual a o mayor de 0.1 mm e igual a o menor que 1.2 mm, y se satisface una proporción de 0.5 < b/a < 1.0 entre una altura (b) de la capa para prevenir la transmisión de la luz y una altura (a) del sellador en una posición en donde se forma la capa que previene la transmisión de la luz.

Si se utilizan materiales con un alto índice de refracción como el sellador que cubre la superficie lateral inferior del homogeneizador trapezoidal y una celda de batería solar, se obtiene una alta resistencia al clima. Además, si una capa que evita la transmisión de la luz con un índice de refracción predeterminado nt, el espesor H, y la altura b son provistas entre el sellador y el homogeneizador, la fuga de la luz de la superficie lateral inferior del homogeneizador puede suprimirse. Como resultado, la efectividad de la conversión puede mejorarse sin reducir la resistencia al clima.

Breve Descripción de las Figuras Los aspectos ilustrativos de la invención se describirán por lo tanto con referencia a las siguientes figuras : La Figura 1 es una vista en sección esquemática que muestra un dispositivo fotovoltaico concentrador de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista que muestra la proporción entre el número de veces de la medición de una celda de batería solar y una corriente de corto-circuito relativa; La Figura 3 es una vista que muestra la proporción entre el espesor H- de una capa que evita la transmisión de la luz y la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto-circuito; y La Figura 4 es una vista que muestra la proporción entre la proporción b/a de la altura "b" del la capa que evita la transmisión de luz a la altura "a" del sellador y la cantidad de aumento relativo en una corriente de cortocircuito .

Descripción Detallada de la Invención A continuación, se describirá una modalidad de la presente invención en detalle. 1. Dispositivo Fotovoltaico Concentrador La Figura 1 es una vista en secciones esquemática que muestra un dispositivo fotovoltaico concentrador de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En la Figura 1, un generador de energía solar 10 incluye un concentrador óptico 12, una celda de batería solar 14, un homogeneizador 16, un sellador 18, y una capa que evita la transmisión de la luz 20. 1.1 Concentrador Óptico El concentrador óptico 12 (sistema óptico primario) es para concentrar la luz solar y emitir la luz solar concentrada a la celda de batería solar 14. Un método que utiliza lentes concentradores, tales como los lentes Fresnel, y un método que utiliza un reflector de concentración, tal como un espejo cóncavo, son conocidos como métodos concentradores. En la presente invención, puede utilizarse cualquier método.

En el ejemplo mostrado en la Figura 1, el concentrador óptico 12 se forma a través de lentes concentradores. Los lentes concentradores son ventajosos en que son seguros contra polvo o suciedad, excelentes en durabilidad, fáciles en la radiación de calor, y similar. El concentrador óptico 12 se fija por arriba de la celda de la batería solar 14 utilizando medios de soporte (no mostrados) . 1.2 Celda de Batería Solar La celda de batería solar 14 es una celda para convertir la luz emitida en una energía eléctrica. En la presente invención, la estructura de la celda de la batería solar 14 ni el material utilizado para formarla están particularmente limitados, y es posible utilizar celdas con varias estructuras y materiales.

Generalmente, una celda de batería solar tiene una estructura en la cual un electrodo inferior, una capa semiconductora que muestra un efecto fotovoltaico, y un electrodo superior están laminados en ese orden, una película anti-reflexión puede formarse en una superficie de la capa semiconductora. Como materiales para la capa semiconductora, por ejemplo, se conocen el silicón cristalino y el compuesto del grupo III-V semiconductor representado como InGaP/InGaAs/Ge .

Una celda de batería solar generalmente se fija en un sustrato, y varias clases de componentes requeridos para la generación de energía de la celda de batería solar son provistos en el sustrato. En el ejemplo mostrado en la Figura 1, la capa aislante 24 y una placa 26 se forman en un sustrato 22 en ese orden, y la celda de batería solar 14 se fija en la placa 26 con un electrodo de plomo 28 interpuesto entre ellos.

El sustrato 22 sirve para dar soporte a los componentes, tal como la celda de batería solar 14. El material para el sustrato 22 no está particularmente limitado, y pueden utilizarse varios materiales. Los ejemplos de material para el sustrato 22 incluyen aluminio, cobre y similar. El concentrador óptico 12 se fija al sustrato 22, o el sustrato 22 se fija a un marco fijo (no mostrado) .

La capa aislante 24 sirve para aislar un electrodo de plomo 28, que está conectado al electrodo inferior (no mostrado) de la celda de batería solar 14, y el otro electrodo de plomo (no mostrado) , que está conectado a un electrodo superior (no mostrado) de la celda de la batería solar 14. Se pueden utilizar varias clases de materiales aislantes para la capa aislante 24. Los ejemplos de materiales para la capa aislante 24 incluyen (a) material de resina en donde la fibra de vidrio, polvo de aluminio, y similar se distribuyen (b) cerámicas con alta conductividad de calor, tal como aluminio.

La placa 26 sirve para radiar el calor de la celda de batería solar 14 y para reforzar la celda de la batería solar 14. La placa 26 es provista entre la capa aislante 24 y el electrodo de plomo 28. Varios materiales con alta conductividad de calor pueden utilizarse para la placa 26. Los ejemplos de material para la placa 26 incluyen aluminio, cobre y similar. 1.3 Homogeneizador El homogeneizador (sistema óptico secundario) 16 sirve para guiar la luz solar concentrada a través del concentrador óptico 12 a la celda de la batería solar 14. Además, el homogeneizador 16 sirve para homogenizar la energía de la luz llevando a cabo repetidamente la reflexión total de la luz guiada en la superficie lateral. El homogeneizador 16 se erige justo por arriba de la celda de la batería solar 14 de tal forma que la superficie inferior está orientada hacia la celda de la batería solar 14.

En la presente invención, el homogeneizador 16 tiene una forma trapezoidal en la cual el área seccional en el lado del concentrador óptico 12 es más grande que la del lado de la celda de la batería solar 14. La forma seccional del homogeneizador 16 no está particularmente limitada y puede ser cualquiera de una forma circular, elíptica, y poligonal. El ángulo de la superficie lateral del horaogeneizador 16 (o el ángulo del vértice con el homogeneizador 16 se asume que es un cono) no está particularmente limitada, y varias clases de ángulos pueden seleccionarse de acuerdo con el propósito.

En el dispositivo fotovoltaico concentrador 10, es necesario hacer que la celda de la baterxa solar 14 de vuelta exactamente en la dirección del sol todo el tiempo con el fin de refractar la luz solar con el concentrador óptico 12. Por esta razón, el dispositivo fotovoltaico concentrador 10 generalmente incluye un dispositivo de rastreo para voltear la celda de la batería solar 14 en la dirección del sol. Sin embargo, cuando la forma del homogeneizador 16 es una forma de columna, la efectividad de la conversión significativamente se reduce si ocurre un error de rastreo. Por el otro lado, cuando el homogenizar 16 se hace para tener una forma trapezoidal, existe una ventaja en que la efectividad de la conversión no se reduce aún cuando ocurre un ligero error de rastreo.

Un material con una alta transmisión de luz se utiliza para el homogeneizador 16. Los ejemplos de material del homogeneizador 16 incluyen (a) vidrio que contiene sodio, tal como vidrio de borosilicato y vidrio de silicato (b) vidrio de aluminosilicato y vidrio de sodio-potasio-bario.

Especialmente, el vidrio que contiene sodio es adecuado como un material para homogeneizador 16 porque es barato y puede fácilmente procesarse.

El índice de refracción ¾ del homogeneizador 16 necesita satisfacer condiciones predeterminadas. Estas se describirán más adelante.

Se pueden formar varias clases de películas alrededor del homogeneizador 16 cuando es necesario. Por ejemplo, una película anti-reflexión puede formarse en la superficie superior (superficie de incidencia de luz) del homogeneizador 16. Los ejemplos de película anti-reflexión incluyen (a) una película anti-reflexión Ti02/Al203 con una estructura multiestratificada de alúmina y titanio (b) una película anti-reflexión que incluye una capa de fluoruro de magnesio o una capa de fluoruro de calcio.

Además, una película protectora para evitar la penetración de la humedad puede ser provista en la interfaz entre el homogeneizador 16 y la celda de batería solar 14. En este caso, la película protectora puede formarse de un material diferente del de la capa que evita la transmisión de luz 20, que describirá más adelante, o que puede estar integralmente formada en la superficie lateral inferior y la superficie inferior del homogeneizador 16 utilizando los mismos materiales que los de la capa que evita la transmisión de luz 20 como se muestra en la Figura 1. En el caso de la formación de la capa que evita la transmisión de luz 20 solamente la superficie lateral inferior del homogeneizador 16, es preferible proporcionar una película protectora en la superficie inferior del homogeneizador 16.

Se prefiere utilizar un material, el cual tiene una alta transmisión de luz y resistencia al calor, para las películas protectoras . En el caso de la formación de una película protectora de manera separada de la capa que evita la transmisión de luz 20, los ejemplos del material de película protectora incluyen resina de silicón de tipo gel, una película de resina acrílica, y similar. 1.4 Sellador El sellador 18 es para cubrir la superficie lateral inferior del homogeneizador 16, y una porción expuesta de la celda de batería solar 14. Ya que el sellador 18 necesita evitar la penetración de la humedad en la celda de batería solar 14 durante un largo periodo de tiempo, es necesario utilizar un material con una alta resistencia al calor y resistencia al clima. Los ejemplos de material sellador 18 incluyen (a) resina de silicón que contiene polvo de vidrio, (b) caucho RTV autoadhesivo relleno con polvo de material inorgánico blanco y opaco que tiene una alta conductividad de calor y una alta reflectividad de la luz (por ejemplo, carbonato de calcio, óxido de titanio, alúmina de alta pureza, óxido de magnesio de alta pureza, óxido de berilio, y nitrito de aluminio) , (c) material obtenido a través de la adición de 10% en peso o más de resina de silicón fluorinada al material de (b) , y (d) resina epoxi. El índice de refracción nf y la altura del sellador 18 necesitan satisfacer condiciones predeterminadas. Esto se describirá más adelante . 1.5 Capa que Evita la Transmisión de la Luz La capa que evita la transmisión de la luz 20 sirve para evitar la transmisión de la luz desde la superficie lateral inferior del homogeneizador 16 y es provista entre el sellador 18 y el homogeneizador 16. La capa que evita la transmisión de la luz 20 puede formarse solamente en la superficie lateral inferior del homogeneizador 16. Alternativamente, como se muestra en la Figura 1, la capa que evita la transmisión de la luz 20 puede formarse integralmente en la superficie lateral inferior y en la superficie inferior del homogeneizador 16. Es decir, la capa que evita la transmisión de la luz 20 también puede servir como la película protectora descrita anteriormente.

Cuando la capa que evita la transmisión de la luz 20 también sirve como película protectora, es necesario utilizar un material que tenga una alta resistencia al calor y una excelente transmisión de la luz. Por el otro lado, cuando la capa que evita la transmisión de la luz 20 se forma solamente en la superficie lateral inferior del homogeneizador 16, la capa que evita la transmisión de la luz 20 no necesariamente necesita formarse de un material transmisor de luz. Los ejemplos de capa que evitan la transmisión de la luz 20 incluyen resina de silicón, fluoro-resina, y similar.

El índice de refracción nt, la altura b, y el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 necesita satisfacer condiciones predeterminadas. Esto se describirá más adelante. 1.6 Indice de Refracción.

Los varios materiales descritos anteriormente son conocidos como materiales que pueden evitar la penetración de la humedad en la celda de la batería solar 14 y tienen una alta resistencia al calor y/o resistencia al clima. Existe una correlación entre la resistencia al clima y el índice de refracción de los materiales descritos anteriormente. En general, un material con una alta resistencia al clima tiende a tener un alto índice de refracción. Es decir, un material que puede utilizarse como sellador de la celda de batería solar 14 mientras simultáneamente satisface las condiciones de un bajo índice de refracción y una alta resistencia al clima no se conocen.

Por consiguiente, en la presente invención, un material con un alto índice de refracción con una alta resistencia al clima se utiliza para el sellador 18 con el fin de evitar la penetración de humedad en la celda de batería solar 14. Por el otro lado, la capa que evita la transmisión de la luz 20 es provista entre el homogeneizador 16 y el sellador 18 con el fin de evitar la fuga de la luz desde la superficie lateral inferior del homogeneizador 16, y un material con un bajo índice de refracción que tiene una baja resistencia al clima pero que tiene un bajo índice de refracción se utiliza para la capa que evita la transmisión de la luz 20.

Es decir, en la presente invención, la relación de nh > nf > nt se satisface entre el índice de refracción nn del homogeneizador 16, el índice de refracción nf del sellador 18, y el índice de refracción nt de la capa que evita la transmisión de la luz 20. Esto es un punto diferente a partir de un dispositivo fotovoltaico concentrador en la técnica relacionada.

Una combinación específica del homogeneizador 16, el sellador 18, y la capa que evita la transmisión de la luz 20 es como sigue.

Por ejemplo, cuando el homogeneizador 16 es un vidrio que contiene sodio (índice de refracción 1.6), se prefiere que se utilice (a) una resina de silicón que contiene polvo de vidrio (índice de refracción: 1.5), una resina acrílica (índice de refracción: 1.5), resina de poliéster (índice de refracción: 1.5), y similar como el sellador 18 y se utiliza (b) resina de silicón (índice de refracción: 1.3 a 1.39), fluororesina (índice de refracción: 1.3 a 1.4), y similar como la capa que evita la transmisión de la luz 20. 1.7 Espesor H El espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 afecta la efectividad de la generación de energía y la resistencia al clima. Si el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 es demasiado pequeño, la luz de fuga fácilmente de la superficie lateral inferior del homogeneizador 16. Con el fin de suprimir la fuga de luz, el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 necesita ser igual a o mayor de 0.1 mm. El espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 es preferiblemente de 0.2 mm o más, más preferiblemente 0.3 mm o más y aún más preferiblemente 0.4 mm o más.

Si el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 se hace muy grande, el efecto sobre la efectividad de la generación de energía se satura eventualmente . Además, si el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 se hace demasiado grande, se reduce la resistencia al clima. Como resultado, la humedad fácilmente llega a la celda de batería solar 14. Por consiguiente, es espesor de la capa que evita la transmisión de la luz 20 necesita ser igual o menor de 1.2 mm. El espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 es preferiblemente de 1.0 mm o menor y preferiblemente 0.8 mm o menor . 1.8 Proporción de altura a/b La proporción (= b/a) entre la altura "b" de la capa que evita la transmisión de la luz 20 y la altura "a" del sellador 18 en la posición en donde la capa que evita la transmisión de la luz 20 se forma tiene un efecto sobre la efectividad de la generación de energía y resistencia al clima. Si la proporción a/b es demasiado pequeña, la luz se fuga fácilmente de la superficie lateral inferior del homogeneizador 16. Por consiguiente, la proporción b/a necesita ser igual a o mayor de 0.5. La proporción b/a es preferiblemente 0.8 o más, más preferiblemente 0.7 o más, y aún más preferiblemente 0.6 o más.

Por el otro lado, si la proporción b/a es demasiado grande, se reduce la resistencia al clima. Además, el índice de refracción de la capa que evita la transmisión de la luz 20 es mayor que el del aire. Por consiguiente, cuando la altura "b" de la capa que evita la transmisión de la luz 20 excede la altura "a" de sellador 18, la fuga de la luz de una porción cubierta solamente por la capa que evita la transmisión de la luz 20 aumenta. Además, ya que la capa que evita la transmisión de la luz 20 se expone a la atmósfera, se reduce la resistencia al clima. Por consiguiente, la proporción b/a necesita ser menor de 1.0. La proporción b/a es preferiblemente de 0.98 o menos, y más preferiblemente 0.96 o menos .

En la presente, la "altura de la capa que evita la transmisión de la luz 20" se refiere a la distancia desde la superficie inferior del homogeneizador 16 al extremo superior de la capa que evita la transmisión de la luz 20.

Además, la "altura del sellador 18" se refiere a una distancia desde la superficie inferior del homogeneizador 16 al extremo superior del sellador 18. Cuando la altura a de del sellador 18 no está fija, se prefiere que la condición de la proporción b/a descrita anteriormente se satisfaga al menos en la posición en donde se forma la capa que evita la transmisión de la luz 20. 2. Método para fabricar el dispositivo fotovoltaico concentrador Cuando se forma la capa que evita la transmisión de la luz 20 en la superficie lateral inferior del homogeneizador 16, primero se disuelve un material de la capa que evita la transmisión de la luz 20 en un solvente apropiado para obtener una solución. Después, la solución se aplica en la superficie lateral inferior del homogeneizador 16 (en el lado de la batería de celda solar 14) utilizando métodos tales como inmersión y cepillado. En este caso, la solución también se puede aplicar en la superficie final inferior del homogeneizador 16.

Después, el dispositivo fotovoltaico concentrador 10 de acuerdo con la presente invención se obtiene fijando el concentrador óptico 12 al sustrato 22 o al marco al cual se fija el sustrato 22. 3. Operación del dispositivo fotovoltaico concentrador En un estado en donde el homogeneizador trapezoidal 16 y el sellador 18 están directamente acoplados entre sí, una parte de la luz incidente en el homogeneizador 16 se fuga hacia afuera desde la interfaz entre el homogeneizador 16 y el sellador 18. Esto reduce la efectividad de la generación de energía de la celda de batería solar 14.

Esto puede explicarse mediante la relación entre el índice de refracción nh del homogeneizador 16, y el índice de refracción nf del sellador 18. Es decir, de la ley de Snell, las condiciones de la reflexión total de la luz pueden expresarse como sin9 = nf/nh. Aquí, T es un ángulo de incidencia de la luz (ángulo entre la dirección de la línea normal de la superficie de reflexión y la dirección de incidencia de la luz) .

Por ejemplo, cuando nh es 1.6, T = 69.6° si nf es 1.5. Además, cuando nh es 1.6, T = 54.3° si nf es 1.3. Es decir, la probabilidad de la reflexión total de luz dentro del homogeneizador 16 se hace alto, de acuerdo con la ley de Snell, como la diferencia aumenta entre el índice de refracción nh del homogeneizador 16 y el índice de refracción de un material (aire o el sellador 18) en contacto con el homogeneizador 16, y la efectividad de la generación de energía por consiguiente se mejora.

Por el otro lado, con el fin de suprimir una reducción en la efectividad de la generación de energía causada por un error de rastreo en un generador de energía solar de tipo rastreo, es necesario hacer que el homogeneizador 16 tenga una forma trapezoidal en donde el área de la superficie incidente de la luz se más grande que el área de la superficie orientada hacia la celda de batería solar 14. Cuando la forma del homogeneizador 16 es un trapezoide, el ángulo de incidencia T de la luz sé hace pequeño como la reflexión de la luz dentro del homogeneizador 16 se repite. Si el ángulo del vértice de un trapezoide cuando se asume que el homogeneizador 16 es un trapezoide es y los ángulos de incidencia en el momento en que la reflexión de la luz k-th y (k+a) son 9k y 9k+1, respectivamente, existe una relación de 9k+i = - a entre ellos .

Por esta razón, si la superficie lateral inferior del homogeneizador 16 se sella con el sellador 18 formado de un material con un alto índice de refracción, el ángulo de incidencia ?? de la luz cerca del sellador 18 se hace más pequeño que el ángulo crítico de la reflexión total de la luz. En este caso, la luz puede fugarse hacia el lado del sellador 18. Esto reduce la cantidad de luz que llega a la celda de batería solar 14, dando como resultado una disminución en la efectividad de la generación de energía. Por el otro lado, si se utiliza un material con un bajo índice de refracción como el sellador 18 con el fin de evitar esto, se reduce la resistencia al clima del sellador 18. Como resultado, la celda de batería solar 14 se deteriora fácilmente.

En contraste, si se utiliza un material con un alto índice de refracción como el sellador 18 que cubre la superficie lateral inferior del homogeneizador trapezoidal 16 y la celda de batería solar 14, se mejora la resistencia al clima. Además, si la capa que evita la transmisión de la luz 20 con el índice de refracción predeterminado nt, espesor H, y altura b es provista entre el sellador 18 y el homogeneizador 16, el ángulo crítico de la reflexión total de la luz cerca del sellador 18 se hace más grande y la probabilidad de que la luz se fugue de la superficie lateral inferior del homogeneizador 16 por consiguiente se reduce. Como resultado, la eficiente conversión puede mejorarse sin reducir la resistencia al clima.

Ejemplos Primer ejemplo y primer ejemplo comparativo 1. Fabricación de una muestra Se fabricó el dispositivo fotovoltaico concentrador 10 con la estructura mostrada en la Fig. 1. Se utilizó sodio conteniendo vidrio cuyo índice de refracción nh fue de 1.6 para el homogeneizador 16, y el tamaño (mm) del homogeneizador 16 se estableció en Dll x ?7 x L22. En otras palabras, el homogeneizador 16 tiene una superficie cuadrada superior y una superficie cuadrada inferior, la longitud de cada lado de la superficie cuadrada superior es de 11 mm, la longitud de cada lado de la superficie cuadrada inferior es de 7 mm, la longitud entre la superficie cuadrada superior y la superficie cuadrada inferior es de 22 mm. La resina de silicón que contiene polvo de vidrio cuyo índice de refracción nf fue de 1.5 se utilizó para el sellador 18. La resina de silicón cuyo índice de refracción nt fue de 1.3 a 1.9 se utilizó para la capa que evita la transmisión de la luz 20. El espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 se estableció en 0 mm (primer ejemplo comparativo) o 1.00 mm (primera modalidad), y la proporción (b/a) entre la altura b de la capa que evita la transmisión de la luz 20 y la altura b del sellador 18 se estableció en 0 (primer ejemplo comparativo) o 0.9 (primera modalidad). El número total de celdas de batería solar 14 se estableció en 250. 2. Método de prueba 2.1 Efectividad de la generación de energía La luz de aproximadamente 60 SUN se aplicó al homogeneizador 16, y se midió una corriente de corto circuito en ese momento para cada celda de batería solar 14. Se calculó una corriente de corto circuito relativa de la corriente de corto circuito adquirida.

La "corriente de corto circuito" relativa se refiere a la proporción (= i/im0) de una corriente de corto circuito (i) de cada celda de batería solar al valor promedio (im0) de la corriente de corto circuito en el primer ejemplo comparativo. 2.2 Prueba de resistencia al clima Se emitieron UV para la fabricación de una celda de batería solar 14 utilizando un dispositivo emisor UV. La energía de la emisión de UV se estableció a 400 m /cm2, y el tiempo de emisión se estableció a 20 minutos. La emisión UV se detuvo después de transcurrir un tiempo predeterminado, y se roció agua sobre la celda de batería solar 14 durante 3 minutos. Después de final de la prueba, se determinó visualmente si apareció o no una grieta o pegajosidad en el sellador alrededor del homogeneizador. 3. Resultados 3.1 Efectividad de la generación de energía La Fig. 2 muestra la relación entre el número de veces de la medición de la celda de batería solar 14 y una corriente de corto circuito relativa. El "número de veces de medición de la celda de batería solar 14" indica las clasificaciones cuando un total de 250 celdas de batería solar se organizan en orden de valores de corriente de corto circuito relativa. De la Fig. 2, se puede ver lo siguiente. (1) La corriente de corto circuito relativa es diferente para cada celda de batería solar 14. (2) En el intervalo en donde el número de veces de medición (clasificación) es de 0 a aproximadamente 200, la corriente de corto circuito relativa en el primer ejemplo es más alta en aproximadamente 2.5% que la del primer ejemplo comparativo .

Dado que la corriente de corto circuito relativa se correlacionó con la efectividad de la generación de energía, puede verse que la efectividad de la generación de energía mejoró cuando se proporcionó a la capa que evita la transmisión de la luz 201a interfaz entre el homogeneizador 16 y el sellador 18. 3.2 Resistencia al clima Ambos, la primera modalidad y el primer ejemplo comparativo mostraron una buena resistencia al clima sin una grieta o pegajosidad en el sellador.

Segundo Ejemplo 1. Fabricación de una muestra El dispositivo fotovoltaico concentrador 10 se fabricó en la misma forma que en el primer ejemplo excepto que la proporción b/a se estableció en 9.0 y el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 se cambió en un intervalo de 0 a 1.2 mm. El número total de celdas de batería solar 14 fue 70(7 niveles x 10) . 2. Método de prueba Bajo las mismas condiciones como en la primera modalidad, se midió una corriente de corto circuito en ese momento para cada celda de batería solar 1 . La cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se calculó a partir de la corriente de corto circuito adquirida.

La "cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito (%)" se refiere a un incremento (=(im2 -iml) del valor promedio (im2) de la corriente de corto circuito de la celda de batería solar 14 de cada nivel del valor promedio (imi) de la corriente de corto circuito de la celda de batería solar 14 cuando b/a = 0.9 y H = 0.0 mm. 2.2 Resistencia al clima La resistencia al clima se evaluó bajo las mismas condiciones con en el primer ejemplo. 3. Resultados 3.1 Efectividad de la generación de energía La Fig. 3 muestra la relación entre el espesor H de la capa que evita la transmisión de la luz 20 y la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito cuando b/a = 0.9.

De la Fig. 3, se puede ver lo siguiente. (1) Cuando H se convierte en 0.1 mm o más, la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se convierte en 0.5% o más. (2) Cuando H se convierte en 0.1 mm o más, la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito casi se satura. (3) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 1.0%, H necesita ser igual a o mayor de 0.25 mm. (4) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 1.5%, H necesita ser igual a o mayor de 0.42 mm. (5) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 2.0%, H necesita ser igual a o mayor de 0.73 mm. 3.2 Resistencia al clima Todas las celdas de batería solar mostraron una buena resistencia al clima sin grietas o pegajosidad en el sellador.

Tercera Modalidad 1. Fabricación de una muestra El dispositivo fotovoltaico concentrador 10 se fabricó en la misma forma como en el primer ejemplo excepto que el espesor se estableció en 1.0 mm y la proporción b/a de la capa que evita la transmisión de la luz 20 se cambió en el intervalo de 0.1 a 1.2. El número total de celdas de batería solar 14 fue de 120 (12 niveles x 10) . 2. Método de Prueba Bajo las mismas condiciones como en la primera modalidad, se midió una corriente de corto circuito en ese momento para cada celda de batería solar 14. La cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se calculó a partir de la corriente de corto circuito adquirida.

La "cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito (%)" se refiere a un incremento (=(im4 -im3) del valor promedio (im4) de la corriente de corto circuito de la celda de batería solar 14 de cada nivel del valor promedio (im3) de la corriente de corto circuito de la celda de batería solar 14 cuando b/a = 0.9 y H = 1.0 mm. 2.2 Resistencia al clima La resistencia al clima se evaluó bajo las mismas condiciones con en la primera modalidad. 3. Resultados 3.1 Efectividad de la generación de energía La Fig. 4 muestra la relación entre la proporción b/a de la capa que evita la transmisión de la luz 20 y la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito cuando H = 1.0 mm.

De la Fig. 4, se puede ver lo siguiente. (1) Cuando la proporción b/a se convierte en 0.5 o más, la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se convierte en 0.45% o más. (2) La cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se convierte en máxima cuando la proporción b/a es 1. (3) Cuando la proporción b/a excede 1, la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito se reduce porque una porción de contacto entre el homogeneizador 16 y el aire se reduce. (4) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 1.0%, la proporción b/a necesita ser igual a o mayor de 0.75. (5) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 1.5%, la proporción b/a necesita ser igual a o mayor de 0.85 e igual a o menor de 1.16. (6) Con el fin de obtener la cantidad de aumento relativo en una corriente de corto circuito que es igual a o mayor de 2.0%, la proporción b/a necesita ser igual a o mayor de 0.95 e igual a o menor de 1.5. 3.2 Resistencia al clima Cuando la proporción b/a fue igual a o mayor de 1, se encontró una grieta o pegajosidad en el sellador. En contraste, cuando la proporción b/a fue menor de 1, no se encontró ni una grieta ni pegajosidad en el sellador Aunque las modalidades de la presente invención han sido descritas con detalles, la presente invención no está limitada a ninguna de las modalidades anteriores, y se pueden hacer varias modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Aplicabilidad Industrial El dispositivo fotovoltaico concentrador de acuerdo con la presente invención puede utilizarse como un generador de energía para suministrar energía eléctrica a fábricas u hogares .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (3)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un dispositivo fotovoltaico concentrador caracterizado porque comprende: un concentrador óptico para concentrar la luz solar; una celda de batería solar; un homogeneizador que es provisto arriba de la celda de batería solar de tal forma que una de sus superficies inferiores se orienta hacia la celda de batería solar y que guía la luz solar concentrada por el concentrador óptico hacia la celda de batería solar; un sellador que cubre la superficie lateral de una porción inferior del homogeneizador y la celda de batería solar; y una capa que evita la transmisión de la luz entre el sellador y el homogeneizador, en donde el homogeneizador tiene una forma trapezoidal en donde un área seccional en el lado del concentrador óptico es más grande que un área seccional en el lado de la celda de batería solar, una relación de nh > nf > nt se satisface entre un índice de refracción nh del homogeneizador, un índice de refracción entre un índice de refracción *nf del sellador, y un índice de refracción nt de la capa que evita la transmisión de la luz; un espesor (H) de la capa que evita la transmisión de la luz es igual a o mayor de 0.1 mm e igual o menor de 1.2 mm, y una relación de 0.5 = b/a < 0.1 se satisface entre una altura (b) de la capa que evita la transmisión de la luz y una altura (a) del sellador en una posición en donde se forma la capa que evita la transmisión de la luz.

2. El dispositivo fotovoltaico concentrador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el espesor (H) de la capa que evita la transmisión de la luz es igual o mayor de 0.2 mm e igual a o menor de 1.0 mm.

3. El dispositivo fotovoltaico concentrador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se satisface una relación de una relación de 0.6 = b/a < 0.98 entre una altura (b) de la capa que evita la transmisión de la luz y una altura (a) del sellador en una posición en donde se forma la capa que evita la transmisión de la luz.