ES2934862T3 - Procedimiento para el uso de un dispositivo fotovoltaico con eficiencia general mejorada - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo fotovoltaico que tiene una célula fotovoltaica de perovskita y, en particular, a la eficiencia de dicho dispositivo. De acuerdo con la invención, el dispositivo fotovoltaico funciona, por ejemplo, durante el arranque, inicialmente en un modo de funcionamiento de voltaje polarizado, en el que se aplica un voltaje polarizado a la célula fotovoltaica de perovskita del dispositivo fotovoltaico. El voltaje de polarización o la energía necesaria para el mismo se puede extraer ventajosamente de la electrónica de potencia asociada con la celda fotovoltaica de perovskita. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para el uso de un dispositivo fotovoltaico con eficiencia general mejorada

La presente invención hace referencia a un dispositivo fotovoltaico y en particular a la eficiencia del mismo. La solicitud US2018/248061A describe un dispositivo fotovoltaico.

Por razones medioambientales y cada vez más económicas, la generación de energía solar mediante energía fotovoltaica (FV) contribuye cada vez más a la producción de electricidad en Europa Central, por ejemplo. Ya se ha instalado un gran número de sistemas fotovoltaicos en todo el mundo, que se basan principalmente en enfoques convencionales con células fotovoltaicas de silicio. Sin embargo, durante varios años, los así llamados como materiales de perovskita como CH3NH3PbI3 (o más generalmente (CH3NH3)MX3-xYx (con M=Pb o Sn, así como X,Y=I, Br o Cl)) han sido investigados con respecto a su uso en células fotovoltaicas que, debido a sus propiedades optoelectrónicas, permiten una conversión altamente eficiente de la energía de la radiación electromagnética en energía eléctrica. Por un lado, las células fotovoltaicas basadas en perovskita se caracterizan por ser comparativamente económicas. Por otra parte, las células fotovoltaicas de perovskita representan una seria alternativa a las células fotovoltaicas convencionales basadas en silicio, porque los progresos realizados en los últimos años en cuanto a su eficiencia, en la que influye la llamada "eficiencia de fotoconversión" (PCE, por sus siglas en inglés: "photo conversion efficiency"), desde unos pocos porcentajes hasta más del 20% actual, indican que se pueden alcanzar eficiencias o rendimientos que superan considerablemente los de las células fotovoltaicas convencionales. En tal sentido, resulta concebible hacer funcionar una célula fotovoltaica de perovskita sola o en un módulo fotovoltaico en tándem, por ejemplo, en combinación con una célula fotovoltaica de silicio convencional. Este último caso se describe, por ejemplo, en la solicitud PCT/EP2018/055499.

Sin embargo, a pesar del desarrollo prometedor, las células fotovoltaicas de perovskita están sujetas al problema de que su eficiencia no es constante. En particular, se ha comprobado que dichas células muestran un así conocido como comportamiento de arranque o encendido, que se caracteriza por el hecho de que inicialmente la eficiencia no es la óptima, por ejemplo, cuando se enciende la célula fotovoltaica, sino que la misma sólo se alcanza después de un tiempo. En este contexto, el término "puesta en marcha" no sólo debe incluir la primera puesta en marcha tras la instalación inicial de la célula fotovoltaica, sino también, por ejemplo, un reinicio tras una desactivación temporal de la célula fotovoltaica, así como las situaciones en las que la célula fotovoltaica no ha suministrado energía eléctrica por falta de iluminación, por ejemplo, durante la noche. En otras palabras, la puesta en marcha incluye por lo general la transición del estado operativo de la célula fotovoltaica de un estado desactivado a un estado activo, en donde la célula fotovoltaica no suministra una cantidad significativa de energía eléctrica en el estado desactivado. En contraste con esto, en el estado activo la célula fotovoltaica proporciona energía eléctrica en un grado significativo debido a la iluminación de un componente sensible a la luz de la célula fotovoltaica. El hecho de que la eficiencia óptima de la respectiva célula fotovoltaica sólo se alcance después de un tiempo tiene un impacto negativo en la eficiencia general del dispositivo fotovoltaico. Por lo tanto, un objeto de la presente invención consiste en especificar la posibilidad de lograr una célula fotovoltaica de perovskita con una eficiencia en gran medida estable, de modo que se mejore así la eficiencia general.

Dicho objeto se resuelve mediante el procedimiento operacional descrito en la reivindicación 1. Las reivindicaciones relacionadas describen configuraciones ventajosas. Más allá del contenido del resto de esta descripción, el alcance de la presente invención es exclusivamente el que se establece en las reivindicaciones adjuntas.

Un correspondiente dispositivo fotovoltaico presenta una célula fotovoltaica de perovskita para convertir la luz L que incide sobre la célula fotovoltaica de perovskita en una tensión de salida eléctrica U1, que se puede absorber en una conexión eléctrica de la célula fotovoltaica de perovskita. Además, se proporciona una unidad de control para el funcionamiento del dispositivo fotovoltaico, en particular, en donde para controlar el funcionamiento de la célula fotovoltaica de perovskita como parte del dispositivo fotovoltaico, de hecho, se controla una electrónica de potencia del dispositivo fotovoltaico, que está asociado a la célula fotovoltaica y al cual se suministra la tensión eléctrica U1 generada por la célula fotovoltaica durante la iluminación a través de una correspondiente línea eléctrica. La unidad de control ahora está configurada para monitorear el dispositivo fotovoltaico con respecto a la aparición de una situación de una lista de situaciones específicas, por ejemplo, la puesta en marcha, y operarlo de tal manera que cuando la situación específica ocurra durante un período de tiempo predeterminado, se active un estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico en el cual se aplica una polarización eléctrica de una fuente de alimentación a un componente fotosensible de la célula fotovoltaica de perovskita. Tras la finalización del estado de funcionamiento de polarización, el dispositivo fotovoltaico pasa al estado de funcionamiento normal en el cual la célula fotovoltaica de perovskita proporciona la tensión de salida U1.

La lista de las situaciones específicas comprende, por ejemplo, el arranque de la célula fotovoltaica de perovskita y/o una iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita, en donde está proporcionado un sensor de luz para medir la iluminación que incide sobre la célula fotovoltaica de perovskita, en donde el sensor de luz está conectado a la unidad de control para transmitir datos del sensor a la unidad de control, y la unidad de control está configurada para evaluar los datos del sensor y compararlos con un valor umbral de iluminación, en donde, cuando no se alcanza el umbral de iluminación, se presenta la situación específica de iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita. Además, la lista puede incluir una situación en la cual una variable medida que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita cae por debajo de un valor umbral de eficiencia predeterminado (EFFmin) de la célula fotovoltaica de perovskita. Una variable medida representativa de este tipo puede ser, por ejemplo, el así denominado como "punto de máxima potencia" de la característica corriente-tensión instantánea de la célula fotovoltaica o la eficiencia real determinada por la comparación de la potencia de radiación que incide en la célula fotovoltaica de perovskita con la correspondiente potencia proporcionada por la célula fotovoltaica. La lista también puede incluir una situación en la cual la tensión de salida instantánea U1 de la célula fotovoltaica de perovskita cae por debajo de una tensión de salida mínima predeterminada U1min, en donde está provisto un voltímetro para medir la tensión de salida U1 de la célula fotovoltaica de perovskita, en donde el voltímetro está conectado con la unidad de control para transmitir datos de medición de tensión a la unidad de control, y la unidad de control está configurada para evaluar los datos de medición de tensión y compararlos con un valor de umbral de tensión, en donde, cuando la tensión cae por debajo del valor umbral, se presenta la situación específica de caída por debajo de la tensión de salida mínima predeterminada U1. Otra situación específica concebible puede consistir en un período de tiempo predeterminado desde la última ocurrencia de una situación predeterminada, es decir, la tensión de polarización se aplicaría básicamente de manera regular o periódica. En particular, las situaciones específicas de la puesta en marcha y el transcurso del período de tiempo predeterminado desde la última ocurrencia de una situación específica pueden ser monitoreadas por la unidad de control sin herramientas adicionales especiales equipándola con el software de control/regulación apropiado que registre tales situaciones.

Se ha comprobado que el comportamiento de arranque o encendido durante el arranque o en otras situaciones específicas equivalentes parece estar relacionado con un acondicionamiento de la célula fotovoltaica en el momento del arranque. Por lo tanto, resulta particularmente importante en qué estado se encuentra la célula fotovoltaica de perovskita, por ejemplo, cuando se pone en funcionamiento. De acuerdo con la invención, se puede influir en este estado aplicando la tensión de polarización eléctrica a la célula fotovoltaica de perovskita o a su componente fotosensible durante un período de tiempo predeterminado, por ejemplo, durante unos segundos. Esto tiene el efecto de que la eficiencia no está significativamente por debajo de la eficiencia óptima de la célula después de que haya transcurrido el período de tiempo predeterminado. Debido a que la eficiencia óptima se alcanza entonces después de un cierto período de tiempo, por lo general, unos pocos segundos, la tensión de polarización se puede desconectar después del tiempo predeterminado mencionado anteriormente, después del arranque o similares. La tensión de polarización puede ser, por ejemplo, del orden de los 1,2 V - 2,0 V y ser, por lo tanto, significativamente más alta que la tensión de funcionamiento típica de alrededor de los 0,8 V.

De manera ventajosa, la electrónica de potencia del dispositivo fotovoltaico que, al menos en un estado de funcionamiento normal del dispositivo fotovoltaico, convierte la tensión eléctrica de salida U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita cuando se ilumina con luz L, en una tensión de salida U2 que puede aprovecharse en una salida de la electrónica de potencia, representa la fuente de energía. En otras palabras, la electrónica de potencia que está presente de todos modos, proporciona la tensión de polarización que se aplica a la célula fotovoltaica de perovskita, operada por la unidad de control. Por lo tanto, no se requieren componentes adicionales.

En concreto, la fuente de energía puede tratarse de un acumulador de energía del que se puede obtener la energía eléctrica necesaria para proporcionar la tensión de polarización. Alternativamente, la fuente de energía también podría realizarse, por ejemplo, mediante la conexión a una red eléctrica pública o no pública.

Idealmente, el acumulador de energía está integrado en la electrónica de potencia, es decir, en el circuito de la electrónica de potencia, y en particular, está diseñado como un condensador, por ejemplo, como el así denominado como "supercap" (supercondensador), o como una batería. Por ejemplo, la solicitud PCT/EP2015/061129 o también la solicitud PCT/EP2015/061932 muestran circuitos electrónicos de potencia con acumuladores de energía eléctrica integrados en sus circuitos intermedios. Aquí también se puede utilizar un optimizador de potencia de un inversor o de su acumulador de energía integrado.

La unidad de control ahora está configurada para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico de tal manera que a más tardar después del período de tiempo predeterminado o tras la finalización del estado de funcionamiento de la tensión de polarización, al menos una parte de la tensión U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita cuando se ilumina con luz L se pueda utilizar para recargar el acumulador de energía eléctrica. Esto no tiene que suceder inmediatamente después del período de tiempo predeterminado, sino que sólo se puede iniciar a través la unidad de control, por ejemplo, cuando el requisito de energía de un consumidor suministrado por la célula fotovoltaica es menor que la energía eléctrica proporcionada instantáneamente a través de la célula fotovoltaica.

La unidad de control también puede estar diseñada para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico de tal manera que, en el estado de funcionamiento de polarización, la tensión de polarización sea constante o pulsada en la célula fotovoltaica de perovskita o que fluya una cantidad predeterminada de carga en la célula fotovoltaica de perovskita. En el caso de aplicación pulsada, se aplica una secuencia de pulsos de polarización de tal manera que no haya tensión de polarización presente entre dos pulsos de tensión de polarización consecutivos. Un parámetro que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita se mide al menos entre algunos de los pulsos de tensión de polarización, es decir, mientras no se aplica tensión de polarización. En el caso de que la eficiencia instantánea medida sea mayor que un umbral predeterminado, el estado de funcionamiento de polarización finaliza y se inicia el estado de funcionamiento normal. Esto ofrece la ventaja de que, eventualmente, se puede cambiar antes al estado de funcionamiento normal.

En un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo fotovoltaico de este tipo, el dispositivo fotovoltaico se supervisa con respecto a la aparición de una situación de una lista de situaciones específicas. Cuando se presenta una de las situaciones específicas, se activa un estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico durante un período de tiempo predeterminado, en el cual se aplica una tensión de polarización eléctrica desde una fuente de energía a un componente fotosensible de la célula fotovoltaica de perovskita.

El procedimiento operacional establece que la lista de situaciones específicas comprende al menos un arranque de la célula fotovoltaica de perovskita, una iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita, una situación en la cual una variable medida que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita cae por debajo de un valor umbral de eficiencia predeterminado (EFFmin) de la célula fotovoltaica de perovskita, una situación en la cual la tensión de salida instantánea U1 de la célula fotovoltaica de perovskita cae por debajo de una tensión de salida mínima predeterminada U1min y/o un transcurso de un período de tiempo predeterminado desde la última ocurrencia de una situación específica.

De acuerdo con la invención, cuando se produce la situación específica de una iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita, el estado de funcionamiento de polarización no se activa hasta que un valor medido de iluminación supera un nuevo valor umbral de iluminación BS' después de caer por debajo del valor umbral de iluminación BS. En este caso, los valores BS y BS' pueden ser idénticos. Esto garantiza que el estado de funcionamiento de polarización sólo se active cuando sea previsible que la iluminación resulta suficiente para el funcionamiento normal de la célula fotovoltaica de perovskita.

En este caso, la tensión de polarización que se debe aplicar a la célula fotovoltaica de perovskita en el estado de funcionamiento de polarización la proporciona ventajosamente la electrónica de potencia del dispositivo fotovoltaico, de modo que la electrónica de potencia, que de todos modos, al menos en un estado de funcionamiento normal del dispositivo fotovoltaico, convierte la tensión eléctrica de salida U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita cuando se ilumina con luz L, en una tensión de salida U2 que puede aprovecharse en una salida de la electrónica de potencia, representa la fuente de energía. La fuente de energía propiamente dicha consiste, particularmente, en un acumulador de energía integrado en la electrónica de potencia, por ejemplo, una batería o un condensador. En general, la fuente de energía puede consistir en un acumulador de energía del que se obtiene la energía eléctrica necesaria para proporcionar la tensión de polarización.

Después del período de tiempo predeterminado o después de la finalización del estado de funcionamiento de polarización, al menos parte de la tensión de salida U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita cuando se ilumina con luz L se usa para recargar el acumulador de energía eléctrica.

El procedimiento operacional prevé que la tensión de polarización se aplique a la célula fotovoltaica de perovskita en el estado de funcionamiento de polarización mencionado anteriormente, ya sea de forma constante o por impulsos, o de manera que fluya una cantidad predeterminada de carga hacia la célula fotovoltaica de perovskita. En el caso de la aplicación pulsada, se aplica una secuencia de pulsos de polarización de manera que no se aplica tensión de polarización entre dos pulsos de polarización consecutivos, en donde al menos entre algunos de los pulsos de polarización, es decir, mientras no se aplica tensión de polarización, se mide un parámetro que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita. En el caso de que la eficiencia instantánea medida sea mayor que un umbral predeterminado, el estado de funcionamiento de polarización finaliza y se inicia el estado de funcionamiento normal.

Otras ventajas y formas de ejecución de la presente invención resultan de los dibujos y de la correspondiente descripción.

Con respecto a las expresiones "para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico" o "que la unidad de control está configurada para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico de tal manera", etc., es decir, expresiones en las que la unidad de control "opera" el dispositivo fotovoltaico o uno de sus componentes, debe tenerse en cuenta que la respectiva operación consiste en una regulación o un control del componente operado respectivamente, según la situación y los requisitos. Se supone que, dependiendo de la situación y la necesidad, estará claro para un experto en la materia si en la respectiva situación la unidad de control, por ejemplo, controla o regula.

A continuación, la presente invención y los ejemplos de sus formas de ejecución se explican en detalle en base a los dibujos. Allí, los mismos componentes en diferentes figuras se identifican con los mismos símbolos de referencia.

Por lo tanto, es posible que, en la descripción de una segunda figura, no haya explicaciones más detalladas para un número de referencia específico que ya se ha explicado en relación con una primera figura. En tal caso, en la forma de ejecución de la segunda figura se puede suponer que el componente marcado allí con ese signo de referencia presenta las mismas propiedades y funcionalidades que se explican en relación con la primera figura, incluso sin más explicaciones en relación con la segunda figura. Además, en aras de la claridad, no se muestran todos los símbolos de referencia en todas las figuras, sino sólo aquellos a los que se hace referencia en la descripción de la respectiva figura.

Las figuras muestran:

Figura 1: una célula fotovoltaica de perovskita.

Figura 1: un dispositivo fotovoltaico.

A efectos de aclaración, cabe señalar que términos como "por encima", "por debajo", "sobre", "abajo", etc., se refieren a un sistema de coordenadas en el que la fuente de la luz que debe ser convertida en tensión eléctrica a través de la célula fotovoltaica, es decir, por ejemplo, el sol, está situada "arriba" o "por encima" de la célula fotovoltaica.

La figura 1 muestra un ejemplo simplificado de una célula fotovoltaica 110. La célula fotovoltaica 110 presenta un componente fotosensible 111, que está integrado en un soporte 112, por ejemplo, un vidrio. El componente fotosensible 111, que proporciona una tensión eléctrica U1 cuando se irradia con luz L, es decir, que convierte la luz L que incide sobre la célula fotovoltaica de perovskita 110 en una tensión eléctrica de salida U1, consiste esencialmente en un material de perovskita como el descrito al principio, razón por la cual la célula fotovoltaica 110 se denomina también "célula fotovoltaica de perovskita" en lo sucesivo. En la práctica, el componente fotosensible 111 consiste en múltiples capas, en particular incluyendo esencialmente una capa de material de perovskita, en donde, sin embargo, la estructura exacta de la capa de la célula fotovoltaica 110 no juega un papel significativo en el contexto discutido aquí y por ello no se explica con más detalle. El modo de funcionamiento general de una célula fotovoltaica y, en particular, el de un componente fotosensible también son suficientemente conocidos y, por lo tanto, tampoco se explican con más detalle a continuación. Sólo se menciona que la tensión eléctrica de salida U1 generada en el componente fotosensible 111 debido a la irradiación con luz L puede ser aprovechada en los electrodos 113, 114 de la célula fotovoltaica. En la práctica, por lo general, los electrodos 113, 114 se extienden sobre toda la superficie superior o inferior 111o, 111u del componente fotosensible 111. En este caso, el electrodo 113 de la superficie 111o del componente fotosensible 111 que se enfrenta a la luz L o a la correspondiente fuente de luz, no mostrada específicamente, es al menos transparente para la parte del espectro de la luz L para la que el componente fotosensible 111 presenta su máxima eficacia. Este material, por lo tanto, semitransparente puede ser, por ejemplo, Spiro-OMeTAD dopado con Li-TFSI. Por el contrario, el electrodo 114 en la superficie inferior 111u del componente fotosensible 111 no tiene que ser transparente y puede estar fabricado, por ejemplo, de oro. La célula PV de perovskita 110 también presenta una conexión eléctrica 115 con las líneas 115-1, 115-2, con las cuales, tal como se indica en la figura 2, la célula fotovoltaica 110 se puede conectarse con una electrónica de potencia 120 para poner a disposición de la electrónica de potencia 120 la tensión U1 generada durante la iluminación. Por lo general, la electrónica de potencia 120 está diseñada como un inversor, que convierte la tensión continua U1 proporcionado por la célula fotovoltaica de perovskita 110 en una tensión alterna U2 adecuada para un consumidor 2.

La figura 2 muestra un ejemplo simplificado de un dispositivo fotovoltaico 1 con una célula fotovoltaica de perovskita 110 como se explica en la figura 1 y con la electrónica de potencia 120 ya mencionada. El dispositivo fotovoltaico 1 también comprende una unidad de control 130 que está configurada para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico 1 en función del modo operativo deseado o requerido. En este caso, en particular para controlar el funcionamiento de la célula fotovoltaica de perovskita 110 como parte del dispositivo fotovoltaico 1, se controlan realmente los componentes electrónicos de potencia 120, que, por un lado, están conectados a la unidad de control 130 a través de una conexión de datos 131. Por otro lado, la electrónica de potencia 120 está asociada a la célula fotovoltaica 110 y la tensión eléctrica U1 generada por la célula fotovoltaica 110 cuando está iluminada se alimenta a la electrónica de potencia 120 a través de la línea eléctrica o la conexión 115.

La unidad de control 130 distingue en particular entre un estado operativo normal o "funcionamiento normal" y un estado de funcionamiento de polarización. Durante el funcionamiento normal del dispositivo fotovoltaico 1, la célula fotovoltaica de perovskita 110 se ilumina con luz L y genera la tensión de salida U1. Esta tensión se alimenta a la electrónica de potencia 120 y allí se convierte y opera, según sea necesario a través de la unidad de control 130, en una tensión eléctrica U2, que finalmente se pone a disposición del consumidor eléctrico 2. Durante el funcionamiento normal, el dispositivo fotovoltaico 1 y, en particular, la célula fotovoltaica de perovskita 110 funcionan con una eficiencia normal EFF(t)=EFFnorm, que corresponde idealmente a la máxima eficiencia alcanzable EFFmax. Sin embargo, como se ha explicado en la introducción, después de un período sin iluminación o, a lo sumo, con una iluminación muy débil, por ejemplo, después de la puesta en marcha de la célula fotovoltaica 110 en un momento T0, pasa un cierto período de tiempo hasta que la eficiencia EFF alcanza el estándar de eficiencia normal EFFnorm en un momento ^t 1. En esencia, se aplica EFF(t')<EFFnorm para un período T0<t'T1, mientras que para t>T 1 se aplica EFF(t)=EFFnorm.

En otras palabras, y en particular de forma generalizada, la eficiencia EFF de la célula fotovoltaica de perovskita 110 es, por tanto, inferior a la eficiencia EFFnorm que puede esperarse durante el funcionamiento normal cuando se produce una determinada situación, en el ejemplo mencionado, durante una puesta en marcha, y durante un determinado período posterior.

La unidad de control 130 está dispuesta ahora para supervisar el dispositivo fotovoltaico 1 con respecto a la aparición de tal situación específica y para operarlo de tal manera que, cuando se produce la situación específica, el estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico 1 se activa durante un período de tiempo predeterminado dT, que por lo general, durará unos pocos segundos. En el estado de funcionamiento de polarización, se aplica una tensión eléctrica de polarización del orden de magnitud de, por ejemplo, 1,2V - 2,0V desde una fuente de energía 121 a la célula fotovoltaica de perovskita 110 o a su componente fotosensible 111 y, en particular, a través de los electrodos 113, 114. La tensión de polarización induce la migración de iones dentro del componente fotosensible 111, lo que provoca la creación de un campo eléctrico que tiene un efecto positivo en la eficiencia EFF(t), en particular, cuando no se ha alcanzado el estándar de eficiencia EFFnorm.

Cuando se desconecta la tensión de polarización, el estado de funcionamiento de la tensión de polarización también finaliza y el dispositivo fotovoltaico 1 pasa a un funcionamiento normal, en el cual la célula fotovoltaica de perovskita 110 proporciona una tensión de salida U1 que se suministra de forma conocida a la electrónica de potencia 120 para su posterior procesamiento, y en el cual el dispositivo fotovoltaico 1 trabaja, en particular, con eficiencia normal EFFnorm y con una eficiencia normal.

La fuente de energía 121 está integrada idealmente en la electrónica de potencia 120 que está presente de todos modos. En este contexto, el término "integrado" debe entenderse en el sentido de que la fuente de energía 121 no está simplemente alojada, por ejemplo, en una carcasa de la electrónica de potencia 120. Más bien, "integrado" significa que la fuente de energía 121, que en este caso está configurada especialmente como una batería o como un condensador, está integrada en el circuito de la electrónica de potencia 120 en términos de circuito. De manera particularmente ventajosa, la fuente de energía 121 puede ser un componente provisto de todos modos en el circuito de la electrónica de potencia 120. Como ya se ha mencionado anteriormente, la solicitud PCT/EP2015/061129 así también como la solicitud PCT/EP2015/061932 muestran circuitos electrónicos de potencia con acumuladores de energía eléctrica integrados en sus circuitos intermedios.

De manera alternativa, la fuente de energía 121 puede, por supuesto, estar integrada en la electrónica de potencia 120, ser también una fuente de energía separada 121' dispuesta fuera e independientemente de la electrónica de potencia 120, por ejemplo, una batería o también una conexión a una red eléctrica pública o no pública. Esto se demuestra en la figura 2 mediante la fuente de energía 121' indicada con líneas discontinuas, que puede estar conectada al componente fotosensible 111, por ejemplo, a través de la conexión eléctrica 115 y los correspondientes electrodos 113, 114. Alternativamente, la fuente de energía 121' también podría estar conectada con los electrodos 113, 114 del componente fotosensible 111 a través de una conexión adicional separada. Sin embargo, esto resulta menos ventajoso ya que en este caso se requeriría un esfuerzo adicional con respecto al cableado y el contacto correspondientes. Dependiendo del tipo de fuente de energía independiente 121', puede ser necesaria una electrónica 122' que convierta la tensión alterna proporcionada, por ejemplo, por la red 121' en la tensión de polarización necesaria. Aquí, la electrónica 122', que en el caso descrito estaría diseñada como un rectificador, sería operada correspondientemente a través de la unidad de control 130.

Sin embargo, en comparación con el uso de una fuente de energía separada 121', la integración de la fuente de energía 121 en la electrónica de potencia 120 ofrece la importante ventaja de que la conexión de datos ya existente 131 entre la unidad de control 130 y la electrónica de potencia 120 se puede aprovechar para hacer funcionar la fuente de energía 121 directamente en la electrónica de potencia 120 de manera que suministre la tensión de polarización necesaria en las situaciones específicas. Resulta particularmente ventajoso utilizar una fuente de energía ya presente en el circuito electrónico de la electrónica de potencia 120. Esta moderna electrónica de potencia 120 suele estar conectada o incluir los así denominados como "optimizadores de potencia" (del inglés:"power optimizer"), que están acoplados eléctricamente con el inversor 120 y presentan un componente que se puede utilizar como fuente de energía o pueden funcionar ellos mismos como tal. Este componente del circuito electrónico de la electrónica de potencia 120 puede ser utilizado en la aplicación descrita aquí como una fuente de energía eléctrica 121 para proporcionar la tensión de polarización en los electrodos 113, 114, con el correspondiente control o regulación necesarios proporcionados por la unidad de control 130. Así, en el caso descrito, no resulta necesario modificar la electrónica de potencia 120, sino que se utiliza el circuito electrónico disponible.

Durante el funcionamiento del dispositivo fotovoltaico 1, la unidad de control 130 opera de tal manera que devuelve el dispositivo fotovoltaico 1 al estado de funcionamiento normal a más tardar después del período de tiempo predeterminado dT en el cual el dispositivo fotovoltaico 1 está en el estado de funcionamiento de polarización, de modo que funciona en el modo normal. Ventajosamente, al menos una parte de la tensión de salida U1, que genera la célula fotovoltaica de perovskita 110 en el funcionamiento normal, se utiliza ahora para recargar el acumulador de energía eléctrica 121 en el funcionamiento normal. Esto no tiene que suceder inmediatamente después del período de tiempo predeterminado dT, sino que sólo se puede iniciar a través la unidad de control 130, por ejemplo, cuando la demanda de energía de un consumidor 2 suministrada por el dispositivo fotovoltaico es inferior a la energía eléctrica proporcionada instantáneamente a través de la célula fotovoltaica 110.

La unidad de control 130 está dispuesta además para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico 1 y, en el caso de que la fuente de energía 121 esté integrada en la electrónica de potencia 120, en particular, también la electrónica de potencia 120, de tal manera que la tensión de polarización se aplique constantemente al componente fotosensible 111 de la célula fotovoltaica de perovskita 110 o a los electrodos correspondientes 113, 114 durante el período de tiempo predeterminado dT.

En una primera alternativa, la unidad de control 130 también puede funcionar de manera que la tensión de polarización se aplique de forma pulsada. En este caso, se aplica una serie temporal de pulsos de polarización a los electrodos 113, 114, sin que se aplique tensión a los electrodos 113, 114 entre dos pulsos sucesivos. En este caso, eventualmente, entre cada dos pulsos de polarización, se puede realizar una medición, por ejemplo, de la eficiencia o de la curva característica de corriente-tensión u otra variable que represente la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita 110. Cuando esta medición muestra que la eficiencia medida EFF(t) alcanza un valor de umbral predefinido que, por ejemplo, corresponde esencialmente a la eficiencia normal EFFnorm, el estado de funcionamiento de polarización puede terminar, eventualmente, anticipadamente, es decir, antes de que haya transcurrido el período de tiempo predeterminado dT.

En una segunda alternativa, la tensión de polarización se aplica de tal manera que una cantidad predeterminada de carga fluye hacia la célula fotovoltaica de perovskita 110 o hacia el componente fotosensible 111. Dado que, como se ha mencionado en la introducción, cabe suponer que la migración de iones en el componente fotosensible 111 desempeña un papel esencial en la eficiencia inicialmente reducida y en el efecto beneficioso de la polarización, el control de la carga que fluye hacia el componente fotosensible 111 en el estado de funcionamiento de polarización permite un ajuste aún más preciso de las condiciones de trabajo de la célula fotovoltaica 110 que en el caso de aplicar la tensión de polarización constante.

En el ejemplo anterior, la situación específica, cuya ocurrencia es un prerrequisito para iniciar el estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico 1, consiste en una puesta en marcha del dispositivo fotovoltaico 1 tal como se define en la introducción. Durante dicha puesta en marcha, la unidad de control 130 suele estar directamente implicada, ya que la puesta en marcha se activa generalmente a través de la propia unidad de control 130. Por lo tanto, la supervisión sobre la ocurrencia de esta situación específica, así como el posterior inicio de la medida de aplicar pretensión, eventualmente, no es muy compleja y en el caso más simple puede ser implementada por soluciones de software puras del software operativo de la unidad de control 130.

Sin embargo, la situación específica de puesta en marcha no es la única situación en la cual el dispositivo fotovoltaico 1 entra en el estado de funcionamiento de polarización, de modo que se aplica una polarización eléctrica a la célula fotovoltaica de perovskita 110. En un primer perfeccionamiento, la insuficiente iluminación de la célula fotovoltaica de perovskita 110, por ejemplo, debido a la nubosidad o en el caso del crepúsculo matutino o vespertino o similares, también se puede considerar como una situación específica, cuya aparición es el requisito previo para activar el estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico 1. Para supervisar el dispositivo fotovoltaico 1 en referencia a la aparición de la situación específica de la iluminación insuficiente, el dispositivo fotovoltaico 1 presenta un sensor de luz 116 que está dispuesto lo más cerca posible del componente fotosensible 111 de la célula fotovoltaica de perovskita 110 y que está conectado además con la unidad de control 130 para transmitir los datos del sensor a la unidad de control 130. Los datos del sensor son una medida del nivel de iluminación de la célula fotovoltaica perovskita 110, y la unidad de control 130 está configurada para evaluar los datos del sensor y compararlos con un valor umbral de iluminación BS. Cuando no se alcanza el valor umbral de iluminación BS, se supone que la situación específica de iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica perovskita 110 está presente y la unidad de control 130 puede activar el estado de funcionamiento de polarización durante el periodo dT, como en el caso de la puesta en marcha. Sin embargo, en un perfeccionamiento ventajoso, el estado de funcionamiento de polarización se activa en particular sólo cuando la iluminación instantánea medida por el sensor de luz 116 supera un valor umbral de iluminación predeterminado BS', ya que de otro modo la iluminación no sería suficiente para el funcionamiento normal y la aplicación de la tensión de polarización sería superflua, porque de todos modos la célula fotovoltaica de perovskita 110 no funcionaría de manera eficiente. En este caso, puede aplicarse "BS=BS" si es necesario. En la situación específica de iluminación insuficiente, se consideran idealmente dos momentos TS1, TS2, a saber, el momento TS1 en el cual el valor umbral de iluminación BS es inferior y el momento TS2 en el que se supera el valor umbral de iluminación BS'. Cuando se determina que la iluminación cae por debajo del primer valor de umbral de iluminación BS, la unidad de control 130 puede cambiar inicialmente a un modo de espera y sólo cambiar del modo de espera al modo de polarización cuando se supera posteriormente el valor de umbral de iluminación BS'. El próximo procedimiento finaliza cuando se activa el estado de funcionamiento de polarización, tal como ya se ha descrito anteriormente, es decir, la polarización y con ella el estado de funcionamiento de polarización se termina después del período de tiempo dT o, en el caso de la aplicación pulsada de la polarización, eventualmente, cuando la eficiencia medida EFF(t) alcanza el valor umbral predeterminado.

Como situación específica, cuya ocurrencia es el requisito previo para activar el estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico 1, en un segundo perfeccionamiento, también se puede considerar la caída por debajo de una eficiencia mínima predeterminada EFFmin de la célula fotovoltaica de perovskita 110. En este caso, se determina una variable medida que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita 110 y se compara con un valor umbral de eficiencia. A continuación se indican las posibilidades de medición de esta variable medida que representa la eficiencia instantánea. De forma similar al primer perfeccionamiento, en el segundo perfeccionamiento la unidad de control 130 también utiliza para supervisar la eficiencia instantánea o la correspondiente variable medida representativa. Cuando no se alcanza el valor umbral de eficiencia, se puede suponer que la situación específica de la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita 110 es demasiado baja y la unidad de control 130 activa el estado de funcionamiento de polarización durante el período de tiempo dT. A continuación se procede, cuando se activa el estado de funcionamiento de polarización, como ya se ha descrito anteriormente.

Del mismo modo, en un tercer perfeccionamiento, la caída por debajo de una tensión de salida mínima predeterminada U1min de la célula fotovoltaica de perovskita 110 se puede considerar como una situación específica, cuya aparición es un requisito previo para activar el estado de funcionamiento de polarización del dispositivo fotovoltaico 1. La tensión de salida instantánea U1 de la célula fotovoltaica de perovskita 110 se presenta en la electrónica de potencia 120 y se puede suponer que la tensión U1 también está presente en la unidad de control 130. En general, esto se puede expresar como que el dispositivo fotovoltaico 1 comprende un voltímetro para medir la tensión de salida U1 de la célula fotovoltaica de perovskita 110, en donde el voltímetro está realizado de hecho mediante la electrónica de potencia 120 en combinación con la unidad de control 130. El voltímetro 120 está conectado con la unidad de control 130 para transmitir datos de medición de tensión que representan la tensión de salida instantánea U1, y la unidad de control 130 está dispuesta para evaluar los datos de medición de tensión y compararlos con un valor de umbral de tensión. Cuando la tensión cae por debajo del valor de umbral de tensión, se presenta la situación específica de la caída de la tensión de salida mínima predeterminada U1min y la unidad de control 130 activa el estado de funcionamiento de polarización. Cuando se activa el estado de funcionamiento de polarización, el resto del procedimiento es el descrito anteriormente.

En un cuarto perfeccionamiento, el transcurso de un cierto período de tiempo desde la última ocurrencia de una situación específica se puede considerar nuevamente como una situación específica, es decir, la situación específica y con ella el estado de funcionamiento de polarización se produciría en principio de forma regular o periódica. Cuando se activa el estado de funcionamiento de polarización, el resto del procedimiento se desarrolla como ya se describió anteriormente. Específicamente, las situaciones específicas del transcurso del período de tiempo predeterminado desde la última ocurrencia de una situación específica, como la de la puesta en marcha, pueden ser monitoreadas a través de la unidad de control 130 sin ningún medio adicional particular, proporcionando una correspondiente solución de software del software operativo que registra tales situaciones. Por último, cabe señalar que una forma de medir la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita 110, o de determinar una variable medida que represente la eficiencia instantánea, consiste en medir una cantidad de luz o de irradiación que incide sobre la célula fotovoltaica 110 en forma de una correspondiente potencia y compararla con la potencia generada mediante la célula fotovoltaica 110 como resultado de dicha irradiación. Otra posibilidad para determinar una variable medida que represente la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita 110 consiste en la determinación del así llamado como "punto de máxima potencia" (MPP) instantáneo de la curva característica de corriente-tensión de la célula fotovoltaica de perovskita 110, que describe aquel punto de la curva característica de corriente-tensión en el cual la célula fotovoltaica 110 proporciona la máxima potencia posible en las condiciones ambientales dadas. En un momento Tx, por ejemplo, se puede registrar una característica instantánea de corrientetensión y determinar el MPP(Tx) instantáneo, que es entonces una medida de la eficiencia instantánea. Cuando este MPP(Tx) es menor que el MPP(norm) que se supone conocido, que describe la máxima potencia posible con una célula fotovoltaica 110 de funcionamiento normal u óptimo, hay que suponer que la eficiencia instantánea es inferior a la habitual o posible en el funcionamiento normal. Por consiguiente, lo importante no es el valor absoluto MPP(Tx), sino la comparación con un valor de referencia, por ejemplo, MPP(norm).

Además, cabe señalar que la "eficiencia de conversión de fotones" PCE ("photon conversion efficiency") del componente fotosensible 111 de la célula fotovoltaica de perovskita 110 se puede asumir más arriba como una medida de la eficiencia o del rendimiento de la célula fotovoltaica de perovskita 110, aunque pueda suponerse que la eficiencia de la célula fotovoltaica 110 no depende únicamente de la PCE, sino también de otros parámetros parcialmente fijos como, por ejemplo, el tipo o el material de los electrodo 113, 114, la disposición de los electrodos 113, 114, así como otras posibles capas del componente fotosensible 111, que no se han mencionado aquí. Sin embargo, también se supone que la tensión de polarización aplicada aquí actúa esencialmente sobre el PCE y no sobre los demás parámetros que influyen en la eficiencia. Por lo tanto, el planteo de que la eficiencia está representada esencialmente por el PCE es justificable en este punto.

Símbolos de referencia

1 Dispositivo fotovoltaico

110 Célula fotovoltaica de perovskita

111 Componente fotosensible

11o Superficie superior

111u Superficie inferior

112 Soporte

113 Electrodos

114 Electrodos

15 Conexión eléctrica, conexión

115-1 Línea eléctrica

115-2 Línea eléctrica

116 Sensor de luz

120 Electrónica de potencia

121 Fuente de energía, batería, condensador, supercondensador

121' Fuente de energía, red eléctrica

122' Electrónica

130 Unidad de control

131 Conexión de datos

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo fotovoltaico (1) con

- una célula fotovoltaica de perovskita (110) para convertir la luz L que incide sobre la célula fotovoltaica de perovskita (110) en una tensión de salida eléctrica U1, que puede tomarse en una conexión eléctrica (115) de la célula fotovoltaica de perovskita; y

- una unidad de control (130) para el funcionamiento del dispositivo fotovoltaico (1); en donde

- la unidad de control (130) está configurada para monitorear el dispositivo fotovoltaico (1) con respecto a la aparición de una situación de una lista de situaciones específicas y para operarlo de tal manera que cuando la situación específica ocurre durante un período predeterminado de tiempo, un estado de funcionamiento de polarización del el dispositivo fotovoltaico (1) se activa aplicando una tensión de polarización eléctrica desde una fuente de energía (121, 121') a un componente fotosensible (111) de la célula fotovoltaica de perovskita (110 );

en donde la lista de situaciones específicas comprende:

- puesta en marcha de la célula fotovoltaica de perovskita (110) y/o

- una iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita (110), en donde está proporcionado un sensor de luz (116) para medir la iluminación que incide sobre la célula fotovoltaica de perovskita (110), en donde el sensor de luz (116) está conectado a la unidad de control (130) para transmitir los datos del sensor a la unidad de control (130), y la unidad de control (130) está configurada para evaluar los datos del sensor y compararlos con un valor umbral de iluminación, en donde la situación específica de iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita (110) se presenta cuando no se alcanza el umbral de iluminación;

- una situación en la que una variable medida que representa la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita (110) cae por debajo de un valor umbral de eficiencia predeterminado de la célula fotovoltaica de perovskita (110); y

- una situación en la cual la tensión de salida instantánea U1 de la célula fotovoltaica de perovskita (110) cae por debajo de una tensión de salida mínima predeterminada U1min, en donde está provisto un voltímetro (120) para medir la tensión de salida U1 de la célula fotovoltaica de perovskita (110), en donde el voltímetro (120) está conectado con la unidad de control (130) para transmitir datos de medición de tensión a la unidad de control (130), y la unidad de control (130) está configurada para evaluar los datos de medición de tensión y compararlos con un valor de umbral de tensión, en donde, cuando la tensión cae por debajo del valor umbral, se presenta la situación específica de caída por debajo de la tensión de salida mínima predeterminada U1, y/o

- el transcurso de un período de tiempo predeterminado desde la última ocurrencia de una situación específica;

caracterizado porque la unidad de control (130) está configurada para hacer funcionar el dispositivo fotovoltaico (1) de tal manera que, cuando se produce la situación específica de una iluminación insuficiente de la célula fotovoltaica de perovskita (110), el estado de funcionamiento de polarización no se activa hasta que el valor medido de iluminación supera un nuevo valor umbral de iluminación BS' después de caer por debajo del valor umbral de iluminación BS.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque una electrónica de potencia (120) del dispositivo fotovoltaico (1) que, al menos en un estado de funcionamiento normal del dispositivo fotovoltaico (1), convierte la tensión eléctrica de salida U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita (110) cuando se ilumina con luz L, en una tensión de salida U2 que puede aprovecharse en una salida de la electrónica de potencia (120), representa la fuente de energía (121, 121').

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la fuente de energía (121, 121') consiste en un acumulador de energía del que se obtiene la energía eléctrica necesaria para proporcionar la tensión de polarización.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 y 3, caracterizado porque el acumulador de energía (121) está integrado en la electrónica de potencia (120) y está configurado particularmente como un condensador o como una batería.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tensión de polarización que se debe aplicar a la célula fotovoltaica de perovskita (110) en el estado de funcionamiento de polarización es proporcionada mediante la electrónica de potencia (120) del dispositivo fotovoltaico (1).

6. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque tras la finalización del estado de funcionamiento de polarización, al menos una parte de la tensión de salida U1 proporcionada por la célula fotovoltaica de perovskita (110) cuando está iluminada con luz L se utiliza para recargar el acumulador de energía eléctrica (121, 121').

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el estado de funcionamiento de polarización la tensión de polarización

- se aplica de manera constante a la célula fotovoltaica de perovskita (110); o

- se aplicar de manera pulsada a la célula fotovoltaica de perovskita (110), en donde una secuencia de pulsos de tensión de polarización se aplica de tal manera que no hay tensión de polarización presente entre dos pulsos de tensión de polarización consecutivos, en donde entre al menos algunos de los pulsos de polarización se mide un parámetro representativo de la eficiencia instantánea de la célula fotovoltaica de perovskita (110), y en donde en el caso de que la eficiencia instantánea medida sea mayor que un umbral predeterminado, el estado de funcionamiento de polarización finaliza; o

- se aplica de manera que una cantidad predeterminada de carga fluye hacia la célula fotovoltaica de perovskita (110).