BR112017000036B1

BR112017000036B1 - Painel solar modular para aquecimento de um fluido, método de construção de um painel solar e estrutura tendo uma pluralidade de painéis solares

Info

Publication number: BR112017000036B1
Application number: BR112017000036-9A
Authority: BR
Inventors: Jay D. Fischer
Original assignee: Tyll Solar, Llc; Jay D. Fischer
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2022-08-30
Also published as: JP2017523379A; WO2016004276A2; AP2017009686A0; CN107076428A; WO2016004276A9; EP3164643B1; BR112017000036A8; BR112017000036A2; ZA201700385B; CA2954881C; US11067312B2; AU2015284003A1; JP6767975B2; CN107076428B; KR20170041716A; KR102365800B1; CA2954881A1; EP3164643A2; WO2016004276A3; AU2015284003B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema de energia solar modular que compreende um ou mais painéis solares modulares. Os painéis solares incluem um par de placas planas gerais que são presas em conjunto para a formação de um canal estreito ente elas para a circulação de um líquido. Os painéis solares têm conjuntos de cabeçote afixados a bordas opostas dos mesmos e os quais controlam a entrada de líquido no canal e a saída dali. O conjunto de cabeçote de entrada tem uma pluralidade de bocais que são ajustáveis no tamanho para o controle do fluxo através dali, enquanto o conjunto de cabeçote de saída tem bocais alongados para o recebimento de um fluxo ou líquido a partir do canal. As placas preferencialmente são construídas de alumínio, e uma placa tem uma célula fotovoltaica afixada a ela para se voltar para o Sol, e a outra placa tem uma pluralidade de reentrâncias que melhoram as características de transferência de calor com respeito ao líquido fluindo através do canal entre as placas.

Description

Referência a Casos Relacionados

[001] O presente pedido de patente é baseado em, e reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório U.S. N° de Série 62/020948, depositado em 3 de julho de 2014, e a integridade daquele pedido provisório é, desse modo, incorporada aqui em sua totalidade por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção está no campo técnico de energia solar e, mais particularmente, a presente invenção está no campo técnico de sistemas de energia solar que usam painéis solares para a geração de calor, água quente e/ou eletricidade.

[003] No presente, há sistemas de energia solar empregando painéis solares que acumulam a energia radiante do Sol para o aquecimento de um fluido circulando através dali, a geração de eletricidade ou ambos. Um exemplo desses painéis solares é mostrado e descrito no pedido de Patente U.S. N° 12/660.646, depositado em 2 de março de 2010, intitulado “SOLAR ENERGY SYSTEM”, publicado como a Publicação U.S. 2010/0224234, e o relatório descritivo e a descrição daquele pedido de patente são, desse modo, incorporados em sua totalidade no presente pedido de patente por referência.

[004] Como tal, embora o sistema de energia solar e os painéis solares modulares individuais do pedido de patente descrito anteriormente sejam inteiramente adequados para a finalidade de provisão de água aquecida e/ou eletricidade, a eficiência geral desses sistemas solares é crítica no seu uso e, assim, qualquer melhoramento das características de transferência de calor do sistema de energia solar e dos painéis de energia solar é benéfico.

[005] Contudo, o custo de painéis solares híbridos tem sido a razão primária para uma estagnação no mercado, de modo que qualquer melhoramento no projeto que permitisse que este segmento de mercado crítico crescesse seria vantajoso.

[006] Assim sendo, seria vantajoso prover materiais, dimensões de painel e vários recursos melhorados de um sistema de energia solar que melhorasse a eficiência térmica geral dos painéis solares e, assim, do sistema.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção é um sistema de energia solar, e uma inovação principal é o uso de células fotovoltaicas em conjunto com painéis solares feitos de uma “câmara” de placas finas de um material de metal, tal como alumínio, para a captura de energia (calor) durante uma cogeração de eletricidade. Os painéis solares aquecem o fluido que passa através de um canal de turbulência formado entre as placas planas finas.

[008] As placas são ambas formadas por um metal condutor de calor ou polímero e são orientadas em planos paralelos com um canal formado entre as placas. As placas são afixadas em conjunto, e uma placa tem uma superfície plana externa com as células fotovoltaicas afixadas a ela, enquanto a outra placa tem reentrâncias alongadas que controlam o fluxo de líquido passando através do canal, para a melhoria da condução de calor entre o líquido e as placas. Estas reentrâncias também servem para o controle do volume de fluido nos painéis em que o peso é um problema. A capacidade de controlar o volume também serve para a maximização da transferência a partir das células PV (as quais ficam quentes gerando eletricidade) para o fluido de trabalho na “câmara” mencionada anteriormente ao se causar uma “turbulência projetada”, bem como forçando o fluido através do painel para uma absorção de calor uniforme pela área inteira do painel.

[009] O fluido é introduzido no e recuperado a partir do canal por meio de conjuntos de cabeçote. Os conjuntos de cabeçote são compreendidos por flanges superior e inferior com um coletor de extremidade intercalado entre eles. O coletor de extremidade tem uma pluralidade de bocais espaçados substancialmente ou de forma plena ao longo do comprimento de bordas opostas das placas e em comunicação com o canal entre as placas. Como tal, o fluido é introduzido e removido do canal em um fluxo uniforme suave. Um dos cabeçotes atua como uma entrada para o fluido para o canal e o outro atua como uma saída para a remoção do fluido, após ter passado através do canal.

[0010] O tamanho dos bocais no cabeçote de entrada é, na modalidade de exemplo, controlável de modo que o fluxo de entrada possa ser aumentado ou diminuído por um operador para a otimização do sistema geral, quando usado em um arranjo com múltiplos painéis. Além disso, as aberturas gerais ou cumulativas dos bocais no cabeçote de saída removendo fluido do canal são maiores do que as aberturas gerais ou cumulativas no cabeçote de entrada, de modo a se manter um fluxo suave através do canal, sem a criação de um retorno.

[0011] Os presentes painéis solares podem ser produzidos facilmente e de forma barata, e, ainda, são fáceis de montar. A facilidade de fabricação e de montagem dos presentes painéis solares provê vantagens no uso de painéis solares para a produção de calor, água aquecida e eletricidade (10% de produção de eletricidade anual a mais versus um painel de célula PV similar sem esta tecnologia).

[0012] Outros recursos do presente sistema de energia solar tornar- se-ão mais evidentes à luz da descrição detalhada a seguir de uma modalidade preferida do mesmo e conforme ilustrado nos desenhos associados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] A figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de energia solar construído de acordo com a presente invenção;

[0014] A figura 2 é uma vista explodida de um painel solar da presente invenção,

[0015] A figura 3 é uma vista em perspectiva do conjunto de cabeçote de entrada usado com o presente painel solar;

[0016] A figura 4A é uma vista em perspectiva do coletor de saída usado na construção de um conjunto de cabeçote de saída do presente painel solar, e a figura 4B é uma vista lateral aumentada do coletor de saída;

[0017] A figura 5 é uma vista esquemática que ilustra o coletor de entrada da presente invenção;

[0018] A figura 6A é uma vista esquemática que ilustra o formato e a orientação de reentrâncias usadas no canal de fluido principal da presente, e a figura 6B é uma vista lateral daquelas reentrâncias;

[0019] A figura 7 é uma vista esquemática adicional que ilustra o formato e a orientação das reentrâncias; e

[0020] A figura 8 é uma vista em perspectiva que ilustra um conjunto de suporte lateral usado com o painel solar da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0021] Voltando-nos, primeiramente, para a figura 1, é mostrada uma vista explodida, parcialmente explodida, que ilustra um sistema de energia solar 10 construído de acordo com a presente invenção. Conforme pode ser visto, há uma estrutura de edificação 12 com um telhado 14 com uma descrição a alguma forma de luz solar, seja direta ou indireta. A estrutura de edificação 12 obviamente pode ser qualquer tipo de edificação que tenha uma necessidade de eletricidade e/ou água aquecida. Conforme será visto, a presente invenção pode ser usada com uma estrutura que é devotada inteiramente à produção de calor, água aquecida e/ou eletricidade, isto é, uma estrutura dedicada ou quadro e não servir a qualquer outra finalidade, tal como para habitantes ou uma estrutura para alojamento de ocupantes.

[0022] Conforme pode ser visto na figura 1, o telhado 14 tem uma pluralidade de painéis solares 16 dispostos em colunas (alinhamento vertical) e em linhas (alinhamento lateral). Conforme mostrado, há nove (9) painéis solares 16; contudo, conforme se tornará claro, o número de painéis, seu tamanho e a orientação podem variar, dependendo da instalação em particular, incluindo as exigências do calor, da água aquecida e/ou da eletricidade dos mesmos. Com um projeto modular, um painel único pode ser usado, ou dois ou mais, facilmente conectados em conjunto para a provisão de necessidades de energia solar suficiente para a estrutura na qual eles estão posicionados.

[0023] Os painéis solares 16 podem ser afixados ao telhado 14 de uma maneira convencional, permitindo uma circulação de ar entre os painéis solares 16 e o telhado 14, ou podem ser diretamente afixados alinhados ao telhado 14. Se instalados diretamente ao telhado de uma estrutura, poderá haver um material de isolamento interposto entre os painéis solares e o telhado. Conforme também notado na figura 1, há um painel solar explodido 16 que é compreendido por uma primeira placa 18 e uma segunda placa 20.

[0024] Conforme pode ser visto, a primeira placa 18 está em uma posição superior com respeito à segunda placa 20, e o painel solar 16 também inclui um conjunto de cabeçote de entrada 24 e um conjunto de cabeçote de saída 22, que serão explicados mais tarde; contudo, os conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24 e 22 incluem uma entrada 26 e uma saída 28, respectivamente, para a introdução de um líquido no painel solar 16 e para a remoção de líquido do painel solar 16, após o líquido ter passado através do painel solar 16.

[0025] Na modalidade conforme é mostrado, a entrada 26 em cada painel solar 16 é orientada de modo a ser mais alta do que a saída 28 com respeito ao solo, de modo que a passagem de líquido através de um painel solar 16 seja em uma direção para baixo, desse modo ajudada por gravidade. Isso também é verdadeiro, se houver múltiplos painéis, isto é, o líquido frio entra no painel superior ou nos painéis e, então, progride na direção para baixo para o painel solar inferior ou painéis. Embora o líquido possa ser água, que passa através do painel solar 16, outros fluidos poderiam ser usados, incluindo, mas não limitando, etileno glicol ou mesmo ar. Na presente descrição, o meio será referido, aqui adiante, como um líquido, por conveniência.

[0026] Conforme é convencional, o líquido circula através dos painéis solares 16, em que é aquecido pela energia radiante do Sol e pelo calor gerado pelas células fotovoltaicas nos painéis solares em si. Na modalidade de exemplo da figura 1, a primeira placa 18 está na posição superior e se volta para o Sol, enquanto a segunda placa 20 está na posição inferior e se volta para o telhado 14. O líquido aquecido pode passar através de um tubo adequado 30 (sistema de laço fechado) para um trocador de calor em um reservatório 32. O reservatório 32 também pode ser do tipo modular, em que uma capacidade adicional pode ser acrescentada ou a capacidade reduzida pelo usuário ou projetista pelo empilhamento (com conectores adequados) e/ou usando múltiplas unidades empilhadas, dependendo da configuração requerida. Em qualquer caso, o líquido aquecido é armazenado e acumulado no reservatório 32 para ser usado para alguma finalidade através de um tubo de descarga 34.

[0027] O sistema de energia solar 10 também pode incluir um sistema de aquecimento 36 para a provisão de calor, quando necessário, de modo a se manter o líquido no reservatório 32 em uma temperatura predeterminada. Um tipo de sistema de aquecimento 36 pode ser uma bomba de calor; contudo, outros sistemas podem ser usados para a manutenção daquela temperatura predeterminada. O sistema de aquecimento 36 é o único componente que não será intrinsecamente modular; contudo, vários tamanhos / capacidades (saída) estão prontamente disponíveis, dependendo da configuração requerida.

[0028] Voltando-nos, agora, para a figura 2, tomada juntamente com a figura 1, é mostrada uma vista explodida de um painel solar 16 e ilustrando a construção de um painel solar individual 16 de uma modalidade de exemplo. Conforme pode ser visto, o painel solar 16 da figura 2 é construído pelo uso de duas placas geralmente planas, isto é, a primeira placa 18 e a segunda placa 20. Conforme pode ser visto na figura 2, o painel solar 16 é invertido a partir de sua orientação normal em uso, isto é, a primeira placa 18 está na posição inferior com a segunda placa 20 no topo da mesma, ao passo que, em um uso normal, a primeira placa 18 está na posição superior; contudo, o painel solar 16 está invertido na figura 2, de modo a mais bem ilustrar a construção em particular da segunda placa 20.

[0029] Assim sendo, quando em uso, o componente mais superior é a célula fotovoltaica 40 (célula PV) ou células, e que é convencional, e se volta para a luz solar para receber a energia radiante para a produção de eletricidade. A célula PV 40 é afixada à superfície superior 42 da primeira placa 18 e pode ser afixada ali por meio de um adesivo ou por laminação. As células PV que são usáveis com os presentes painéis solares estão prontamente disponíveis comercialmente, e uma das vantagens do presente painel solar é que uma célula PV não precisa ser personalizada, mas pode ser quase qualquer uma das células PV comerciais atualmente disponíveis.

[0030] Uma célula PV encapsulada comercial típica pode ser obtida como uma unidade com uma cobertura de vidro para as dimensões desejadas, e pode ser uma célula PV única que cobre toda ou substancialmente toda a área da superfície superior 42 da primeira placa 18. Conforme citado, a superfície superior 42 da primeira placa 18 é uma superfície geralmente plana, de modo que a célula PV 40 uniformemente cubra aquela superfície para melhoria da transferência de calor.

[0031] Na figura 2, o painel solar 16 é configurado como um retângulo tendo extremidades 44, 46 e lados 48, 50; contudo, pode ser visto que outros formatos geométricos poderiam ser usados. Conforme citado, as extremidades 44, 46 do painel solar 16 são presas pelos conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22. Na modalidade de exemplo, o conjunto de cabeçote de entrada 24 é usado para a introdução de um líquido através do painel solar 16 via a entrada 26 (figura 1), enquanto o conjunto de cabeçote de saída 22 é usado para a remoção de líquido do painel solar 16 através da saída 28 (figura 1).

[0032] Assim, conforme pode ser visto na figura 2, embota, conforme será explicado mais tarde, os conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22 sejam basicamente diferentes em certos aspectos, cada um inclui um flange superior 54 e um flange inferior 52. Além disso, há um coletor de entrada 56 e um coletor de saída 57. Na feitura dos conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22, os flanges superior e inferior 54, 52 são presos em conjunto com os coletores de entrada e de saída 56, 57 intercalados entre eles.

[0033] Na figura 3, tomada juntamente com a figura 2, há uma vista em perspectiva de um conjunto de cabeçote de entrada completado 24, e inclui os componentes comuns de ambos os conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22, tomada em conjunto com a figura 2. Assim sendo, na descrição do conjunto de cabeçote de entrada 24, podem ser vistos o flange superior 54, o flange inferior 52 e o coletor de entrada 56 posicionados entre eles. A montagem do conjunto de cabeçote de entrada 24 pode ser realizada por prendedores 58 que podem ser parafusos, rebites e outros dispositivos de fixação. Conforme também pode ser visto, uma fenda alongada 60 é formada no conjunto de cabeçote de entrada 24, quando plenamente montado, que recebe as bordas de extremidade 62, 64 das primeira e segunda placas 18, 20, após elas terem sido afixadas em conjunto, conforme será explicado mais tarde.

[0034] Conforme explicado, ambos os conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22 são similares, com exceção de um coletor que é intercalado entre o flange superior 54 e o flange inferior 52, e aquele coletor é uma diferença entre os conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22.

[0035] Tomando, então, as figuras 4A e 4B, são mostradas uma vista em perspectiva e uma vista dianteira do coletor de saída 57 e, conforme pode ser visto, inclui a saída 28 que provê um meio de descarga para um líquido saindo de uma passagem alongada no coletor de saída 57. Uma pluralidade de bocais de saída 66 é formada no coletor de saída 57, e cada bocal de saída 66 se comunica com a passagem alongada no coletor de saída 57, de modo que um líquido saindo através da saída 28 seja recebido uniformemente na pluralidade de bocais de saída 66.

[0036] Na figura 4B, pode ser visto que, na modalidade de exemplo, os bocais de saída 66 são de formato alongado ou oval, e podem ser distribuídos uniformemente ao longo do coletor de saída 57.

[0037] Voltando-nos, então, para a figura 5, há uma vista esquemática do coletor de entrada 56. Conforme pode ser visto, o coletor de entrada 56 tem uma pluralidade de bocais de entrada alongados 67 similares aos bocais de saída 66 das figuras 4A e 4B; contudo, também há uma luva 69 que desliza no coletor de entrada 56, e a luva também tem uma pluralidade de aberturas 71 espaçadas aproximadamente (ligeiramente espaçadas) pela mesma distância que os bocais de entrada 67 e de um tamanho similar. Como tal, para alteração do fluxo de líquido através do coletor de entrada 56, a luva pode ser movida axialmente com respeito ao coletor de entrada 56, de modo que mais ou menos das aberturas 71 estejam em alinhamento com os bocais de entrada 67.

[0038] Assim sendo, quando a luva 69 é movida para uma posição em que as aberturas 71 estão plenamente em alinhamento com os bocais de entrada 67, um líquido máximo pode passar através do coletor de entrada 67. Conforme a luva 69 então é movida axialmente, as aberturas 71 estarão em menos alinhamento com os bocais de entrada 67 e a abertura cumulativa efetiva dos bocais de entrada 67 será reduzida, assim se reduzindo o fluxo através do coletor de entrada.

[0039] Dessa maneira, o fluxo através do coletor de entrada 56 pode ser controlado por um operador, e pode haver algum mecanismo 73 para se causar de forma manual ou automática o movimento axial da luva 69.

[0040] Retornando para a figura 2, no conjunto do painel solar 16, as primeira e segunda placas 18, 20 são afixadas em conjunto para a formação entre elas de um canal 68 para a passagem de líquido através do painel solar 16. Conforme descrito com respeito aos conjuntos de cabeçote de entrada e de saída 24, 22, uma vez que as primeira e segunda placas 18, 20 sejam afixadas em conjunto, conforme será explicado, a combinação se adapta na fenda alongada 60 (figura 3) no conjunto de cabeçote de entrada 24 e uma fenda alongada idêntica no conjunto de cabeçote de saída 22, de modo que os bocais de saída 66 do conjunto de coletor de saída 57 e os bocais de entrada no conjunto de cabeçote de entrada 24 possa se comunicar com o canal 68. Como tal, a pluralidade de bocais de entrada 67 localizada substancialmente ao longo ou plenamente ao longo da largura do conjunto de cabeçote de entrada 24 introduz líquido no canal 68, e os bocais de saída 66 localizados substancialmente ao longo da ou plenamente ao longo da largura do conjunto de cabeçote de saída 22 removem líquido do canal 68, de modo a se criar um fluxo uniforme suave do líquido através do canal 68.

[0041] Está contribuindo para o fluxo suave o recurso de a área cumulativa de abertura geral dos bocais de saída 66 ser projetada para ser maior do que a área cumulativa dos bocais de entrada 67, de modo a se evitar um retorno de fluxo através do canal 68.

[0042] O fluxo do líquido é adicionalmente melhorado pelo uso de reentrâncias 70 na segunda placa 20, que se projetam para o canal 68. As reentrâncias 70 são uniformemente distribuídas sobre a segunda placa 20 e se estendem para o canal 68, mas não se estendem todo o caminho através do canal 68, de modo a se contatar a primeira placa 18. Dessa maneira, as reentrâncias 70 permitem que o líquido passando através do canal 68 ocupe a área inteira da placa inferior 20 para uma transferência de calor máxima, bem como coaxial com o líquido para fluir através do espaço estreito, ao invés de tomar a rota mais rápida (possivelmente causada por uma informação ou um percurso de fluxo mais fácil) e as reentrâncias 70 também servem para o gerenciamento da quantidade de líquido passando através do painel solar 16.

[0043] Voltando-nos para as figuras 6A e 6B, tomadas juntamente com a figura 2, há uma vista de topo e uma vista lateral que mostram o canal 68 e uma modalidade de exemplo ilustrando o formato e a orientação das reentrâncias 70. Conforme pode ser visto, as reentrâncias 70 são dispostas em linhas (paralelas à direção de fluxo do líquido ilustrado pela seta A) da figura 6A e colunas (normais ao fluxo de líquido).

[0044] As reentrâncias 70 ainda podem ser descritas como espirais conformadas com as extremidades da espiral orientadas de modo a serem normais à direção de fluxo através do canal 68. Além disso, conforme visto na figura 6B, uma extremidade das reentrâncias em espiral 70 crescentemente se projeta para o canal 68.

[0045] Voltando-nos para a figura 7, há uma vista esquemática que ilustra o formato e a orientação das reentrâncias 70. Na figura 7, a direção do fluxo de fluido é indicada pelas setas B. Conforme pode ser visto, as reentrâncias 70 são dispostas em linhas normais à direção de fluxo, conforme indicado pela linha C, e colunas indicadas pela linha D, que são paralelas ao fluxo de fluido.

[0046] As reentrâncias 70 são basicamente um círculo ou 360 graus de uma bobina em espiral, em que uma extremidade 75 da reentrância em espiral 70 é basicamente alinhada com a superfície plana da segunda placa 20 e a outra extremidade ou de entrada 77 é deslocada para fora, para longe da superfície plana da segunda placa 20. Como com a configuração em espiral, há uma divisão 79 em que uma extremidade 75 e a extremidade de entrada 77 das reentrâncias 70 são separadas por uma distância finita.

[0047] Assim sendo, conforme o fluxo de fluido mais frio, mostrado pelas setas E, entra no canal 68 e uma porção do fluxo é desviada pelas reentrâncias 70 e é aquecida assim, conforme mostrado pelas setas H, enquanto forma um padrão de redemoinho de fluxo e, assim, melhora a condução de calor. Na modalidade de exemplo, a divisão 81 é normal ao fluxo de fluido e pode ser orientada de modo que a divisão 81 seja deslocada 180 graus com as linhas alternativas. O padrão em espiral do fluxo de fluido força o fluido em cascata a formar um redemoinho em torno dos pontos quentes da célula PV 40 (figura 2), de modo a se maximizar a transferência de calor para o fluido.

[0048] As reentrâncias 70 são pressionadas sobre a segunda placa, de modo que haja uma transição de metal contínua suave entre a segunda placa 20 e as reentrâncias 70 e nenhuma ruptura ou espaço entre elas.

[0049] Além das reentrâncias 70, há ondulações 72 formadas na segunda placa 20 que, de novo, estendem-se para dentro e são uniformemente distribuídas sobre a segunda placa 20. As ondulações 72 se estendem para dentro através do canal 68, para contatarem a primeira placa 18 e uma solda a laser é feita no ponto de contato, de modo as e prenderem as primeira e segunda placas 18, 20 em conjunto. O uso das ondulações 72 tem duas funções, isto é, as ondulações 72 mantêm as primeira e segunda placas 18, 20 igualmente separadas por todo o painel solar 16, de modo que o canal 68 tenha uma profundidade uniforme, e também o uso das ondulações soldadas a laser 72 evita que as primeira e segunda placas 18, 20 se abaúlem no caso de uma expansão inesperada. Esta expansão, contudo, também pode ser controlada por uma válvula de segurança e/ou um sistema de “queda” de padrão da indústria.

[0050] Como componentes adicionais do painel solar 16, há os membros laterais 74, 76, de novo, os quais podem ser compreendidos por um metal, tal como alumínio, e os quais são posicionados ao longo dos lados 48, 50 do painel solar 16 entre as primeira e segunda placas 18, 20, para a selagem dos lados 48, 50 e evitar um vazamento de líquido a partir do canal 68. Os lados 48, 50 podem ser soldados a laser nos membros laterais 74, 76 para retenção dos membros laterais 74, 76 nas posições desejadas.

[0051] Na figura 8, tomada juntamente com a figura 2, ambos os membros laterais 74, 76 podem ser construídos como um conjunto de suporte lateral 80 que pode ser usado para enrijecimento do painel solar 16. Uma vez que os conjuntos de suporte lateral são os mesmos ao longo de cada lado 48, 50 do painel solar 16, apenas um será descrito. Como tal, o conjunto lateral 80 inclui uma extrusão de borda externa 82. A extrusão de borda 82 tem um canal principal 84 para retenção de um selo lateral 86 que, como com os membros laterais 74, 76, é interposto entre as primeira e segunda placas 18, 20, para a provisão de um selo entre elas.

[0052] Conforme também pode ser visto, a célula PV 40 é afixada em um recesso 88 na extrusão de borda 82 juntamente com a primeira placa 18. De uma maneira similar, a segunda placa 20 também se adapta em um recesso 90 na extrusão de borda. Os dispositivos de fixação 92, tais como parafusos ou rebites, passam através da extrusão de borda 82 para a retenção de todos os componentes em conjunto.

[0053] Retornando para a figura 2, como um recurso adicional do painel solar 16, há uma abertura 94 formada na primeira placa 18 e uma abertura 96 formada na segunda placa 20, que estão em alinhamento, quando a primeira placa 18 tiver sido afixada à segunda placa 20, conforme descrito previamente. Uma gaxeta 98 é provida intermediária às aberturas 94, 96 para a formação de um selo entre as primeira e segunda placas 18, 20. Como tal, as aberturas 94, 96 proveem uma abertura passante no painel solar 16 para a passagem de uma fiação elétrica ou de outras necessidades de serviço de utilidade pública.

[0054] Todos estes componentes serão capazes de serem configurados em computador (para fins de estimativa e instrução de instalação) com base em uma entrada de usuário (tamanho de área a ser aquecida, uso de água quente, número de pessoas, tamanho de estrutura, nível de isolamento, região geográfica, etc.), e todos os dados pertinentes também estão disponíveis com base nesta entrada, tais como configuração, tamanho, eficiências, economias estimadas (com base em uma entrada de usuário), etc.

[0055] Ainda, estes painéis solares proveem água quente suficiente, que é mantida em uma temperatura constante em um reservatório de capacidade suficiente. Ao invés de acender unidades de aquecimento acionadas a combustível alternativas, quando a temperatura cair vários graus, a unidade é projetada para manter uma temperatura predeterminada constante, eliminando os ‘picos e vales’ ineficientes, em favor de uma manutenção de temperatura mais eficiente. Os painéis solares adicionais (modulares) podem ser adicionados para a provisão de calor / água quente suficiente ou a cogeração de eletricidade, no projeto modular.

[0056] Assim, o menor denominador comum, o tamanho apropriado para uma garagem menor, por exemplo, será o tamanho básico de cada unidade de painel solar modular, e tamanhos maiores podem ser montados pela adição fácil de mais destas unidades modulares em conjunto.

[0057] Os detalhes de construção, conforme é mostrado nas figuras 1 a 5, são que a configuração de sistema pode ser adaptada a uma construção de qualquer tamanho. Os materiais usados serão apropriados para descrição (topo do telhado) e, de modo ideal, adequados para todos os climas e as condições. Além disso, as unidades podem ser facilmente configuradas e instaladas em uma nova construção, tão facilmente quanto uma retroadaptação em estruturas existentes. Em essência, o painel solar inclui uma câmara compreendida por duas folhas de alumínio ligadas em conjunto, permitindo que o fluido de trabalho flua em uma “folha” fina uniformemente através da traseira inteira do painel, agora apenas separado por uma parede de alumínio fina, desse modo se resfriando o arranjo inteiro de células PV mais eficientemente e extraindo mais calor para água quente no processo.

[0058] As duas folhas de alumínio podem ser soldadas a laser para um selo estanque à água e soldadas a laser internamente para a manutenção de um espaçamento apropriado (controle de volume de fluido) e para se evitar uma expansão (além de uma válvula de pressão de segurança). A invenção é usada para o gerenciamento adicional do volume total de fluido no painel durante uma operação, bem como para ser coaxial com o fluido para um fluxo uniforme através do plano completo do painel. As forças de projeto do fluido sobre as áreas mais quentes da camada de PV, com uma aceleração natural, permitindo mais eficiência no resfriamento e mais calor extraído para a geração de água quente.

[0059] Em uma modalidade ampla, a presente invenção é um sistema de painel solar multidimensional único que incorpora os painéis solares para aquecimento de água e células PV para a geração de eletricidade usando-se materiais inovadores, dimensões e construção. Adicionalmente, a presente invenção é de conceito totalmente modular para uma instalação e manutenção extremamente fáceis.

[0060] Embora a descrição precedente por escrito da invenção permita a alguém fazer e usar o que é considerado presentemente como sendo o melhor, mais conveniente, mais configurável e, de todas as formas, o sistema solar mais vantajoso da mesma, aqueles de qualquer nível de conhecimento entenderão e apreciarão a existência de variações, combinações e equivalentes da modalidade específica, do método e dos exemplos aqui. A invenção, portanto, não deve ser limitada pela modalidade descrita acima, pelo método e pelos exemplos, mas por todas as modalidades e os métodos no escopo e no espírito da invenção, conforme reivindicado.

Claims

1. Painel solar modular (16) para aquecimento de um fluido usando a luz do sol, que compreende: uma primeira placa geralmente plana (18) compreendida por um material condutor de calor, uma segunda placa geralmente plana (20) compreendida por um material condutor de calor, a segunda placa plana (20) afixada à primeira placa geralmente plana (18) e orientada em um plano geralmente paralelo ao plano da primeira placa geralmente plana (18), as primeira e segunda placas geralmente planas (18, 20) sendo afixadas em conjunto em uma relação estanque a fluido formando um canal (68) entre elas, o canal (68) tendo uma entrada (26) para fluido a ser introduzido no canal (68) e uma saída para descarga de fluido a partir do canal (68), cada uma das primeira e segunda placas geralmente planas (18, 20) sendo fina, a segunda placa geralmente plana (20) tendo uma pluralidade de reentrâncias (70) formadas na mesma em direção à primeira placa geralmente plana (18) para controle do fluxo de fluido que passa através dela; e uma célula fotovoltaica (40) afixada em uma relação de condução de calor à primeira placa geralmente plana (18) caracterizado pelo fato de que as reentrâncias (70) compreendem reentrâncias geralmente em espirais (70) em que uma borda de entrada (77) de uma reentrância em espiral (70) é disposta para fora da segunda placa geralmente plana (20) e em que as reentrâncias (70) são orientadas em colunas alinhadas na direção do fluxo de fluido através do canal (68) e fileiras geralmente normais ao fluxo de fluido através do canal (68) e em que as reentrâncias (70) de fileiras alternantes são posicionadas 180 graus a partir da primeira fileira de reentrâncias (70).

2. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada (26) é posicionada em uma elevação mais alta do que a saída (28).

3. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda placas geralmente planas (18, 20) são ambas compreendidas por um metal.

4. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda placas (18, 20) geralmente planas são ambas compreendidas por alumínio.

5. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada (26) inclui um cabeçote (24) que se estende ao longo da entrada do canal (68), o cabeçote (24) tendo uma pluralidade de bocais (67) que se comunicam com o canal (68), os bocais (67) sendo formados pelo menos substancialmente todos ao longo do comprimento do cabeçote (24) para a introdução de um fluido uniformemente no canal (68).

6. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os bocais (67) são alongados.

7. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui um mecanismo de controle para controle do fluxo de fluido através dos bocais (68).

8. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla o tamanho dos bocais (67).

9. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o cabeçote (24) tem uma abertura alongada (60) ali em comunicação de um fluido com cada um dos bocais (67), e uma luva (69) ser móvel com a abertura alongada (60) para controle do fluxo através dos bocais de entrada (67).

10. Painel solar modular (16), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a luva (69) tem uma pluralidade de orifícios (71) formados ali, conformados de forma substancialmente similar aos bocais de entrada (67), e o movimento da luva (69) mover os orifícios (71) entre uma posição em que os orifícios (71) estão pelo menos parcialmente em alinhamento com os bocais de entrada (67) e uma posição em que os orifícios (71) são deslocados com respeito aos bocais de entrada (67).

11. Método de construção de um painel solar (16), que compreende as etapas de: prover uma primeira placa geralmente plana (18) compreendida por um material condutor de calor, prover uma segunda placa geralmente plana (20) compreendida por um material condutor de calor e tendo reentrâncias (70) alongadas no mesmo, afixar a segunda placa geralmente plana (20) à primeira placa geralmente plana (18), de modo a estar em um plano orientado geralmente paralelo ao plano da primeira placa geralmente plana (18), para a formação de um canal (68) entre elas com as reentrâncias alongadas (70) voltadas para a primeira placa plana (18), selar o perímetro da primeira placa (18) à segunda placa (20), enquanto deixa uma entrada de fluido (26) e uma saída de fluido (28) para o canal (68), afixar uma célula fotovoltaica (40) a uma das placas planas (18, 20) em uma relação de condução de calor, caracterizado pelo fato de que as reentrâncias (70) compreendem reentrâncias geralmente em espirais (70) em que uma borda de entrada (77) de uma reentrância em espiral (70) é disposta para fora da segunda placa geralmente plana (20) e em que as reentrâncias (70) são orientadas em colunas alinhadas na direção do fluxo de fluido através do canal (68) e fileiras geralmente normais ao fluxo de fluido através do canal (68) e em que as reentrâncias (70) de fileiras alternantes são posicionadas 180 graus a partir da primeira fileira de reentrâncias (70).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de selagem do perímetro da primeira placa (18) à segunda placa (20), enquanto deixa uma entrada de fluido (26) e uma saída de fluido (28) para o canal (68), compreende orientar a entrada de fluido (26) para estar em uma elevação mais alta do que a saída de fluido (28).

13. Estrutura (12) tendo uma pluralidade de painéis solares (16) afixados a ela e orientados para se voltarem para o sol, cada painel solar (16) compreendido por: uma primeira placa geralmente plana (18) compreendida por um material condutor de calor, uma segunda placa geralmente plana (20) compreendida por um material condutor de calor (20), a segunda placa plana (20) afixada à primeira placa geralmente plana (18) e orientada em um plano geralmente paralelo ao plano da primeira placa geralmente plana (18), as primeira e segunda placas (18, 20) geralmente planas sendo afixadas em conjunto em uma relação estanque a fluido formando um canal (68) entre elas, o canal (68) tendo uma entrada (26) para fluido a ser introduzido no canal (68) e uma saída (28) para descarga de fluido a partir do canal (68), cada uma das primeira e segunda placas (18, 20) geralmente planas e finas, a segunda placa geralmente plana (20) tendo uma pluralidade de reentrâncias (70) formadas na mesma em direção à primeira placa geralmente plana (18) para controle do fluxo de fluido que passa através dela; e uma célula fotovoltaica (40) afixada em uma relação de condução de calor à primeira placa geralmente plana (18); caracterizada pelo fato de que as reentrâncias (70) compreendem reentrâncias geralmente em espirais (70) em que uma borda de entrada (77) de uma reentrância em espiral (70) é disposta para fora da segunda placa geralmente plana (20) e em que as reentrâncias (70) são orientadas em colunas alinhadas na direção do fluxo de fluido através do canal (68) e fileiras geralmente normais ao fluxo de fluido através do canal (68) e em que as reentrâncias (70) de fileiras alternantes são posicionadas 180 graus a partir da primeira fileira de reentrâncias (70).

14. Estrutura (12), de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a entrada (26) para introdução de fluido no canal (68) é uma entrada de abertura variável (24) para variação do fluxo através do canal (68).

15. Estrutura (12), de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que a saída (28) é maior do que a abertura variável (24) na entrada (26).

16. Estrutura (12), de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de painéis solares (16) compreende pelo menos uma primeira linha de painéis solares (16) e uma segunda linha de painéis solares (16) em uma elevação mais baixa do que a primeira linha de painéis solares (16), a primeira linha de painéis solares (16) tendo uma entrada (26) e a segunda linha de painéis solares (16) tendo uma saída (28), e em que o fluido pode passar a partir da entrada (26) na primeira linha de painéis solares (16) para a saída (28) na segunda linha de painéis solares (16).