BR122022019972B1

BR122022019972B1 - Usina elétrica fotovoltaica flutuante e piscicultura

Info

Publication number: BR122022019972B1
Application number: BR122022019972-0A
Authority: BR
Inventors: Børge Bjørneklett
Original assignee: Ocean Sun As
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2023-05-09
Also published as: UA126062C2; WO2017209625A1; MX2022011144A; PT3829054T; ES2903007T3; HRP20211959T1; HUE059459T2; GB2560289B; HRP20221029T1; PH12018502412A1; ZA201808163B; GB2560289A; PT3465907T; MY191076A; EP3799297C0; CL2018003350A1; KR102615074B1; JP2023106409A; KR20190019095A; US20190131919A1

Abstract

Trata-se de uma usina elétrica fotovoltaica offshore (100) que compreende uma esteira maleável (2) configurada para ser disposta em uma superfície (33) de um corpo de água, sendo que a esteira (2) tem uma pluralidade de módulos fotovoltaicos (1) fixados na mesma. Os módulos fotovoltaicos podem ser marinizados e equipados com uma estrutura de alumínio rígida flutuante que impede danos mecânicos às células. A estrutura de lado traseiro rígida também pode servir como um dissipador de calor eficaz por meio de condução térmica direta das células solares para a esteira maleável. Fornece-se também uma piscicultura, uma usina elétrica offshore, um método de construção de uma usina elétrica fotovoltaica offshore e um método de instalação de uma usina elétrica fotovoltaica flutuante.

Description

[001] A presente invenção refere-se à produção de energia renovável, e mais especificamente a aparelhos e métodos que se referem às usinas elétricas solares flutuantes.

ANTECEDENTES

[002] Os sistemas de energia solar fotovoltaicos flutuantes (PV) são conhecidos, embora não extensivamente usados no presente. Tais sistemas são tipicamente implantados em águas calmas, isto é, em lagos, barragens para energia hidroelétrica, reservatórios de água, rios, ou semelhantes. Alguns dos desafios associados aos sistemas de energia solar flutuantes incluem exposição às cargas das ondas e correntes, implantação desafiadora e trabalhosa da usina (ou componentes da mesma), e problemas associados ao acesso para manutenção de sistema e limpeza (por exemplo, partículas de sal ou sólido que se acumulam nas superfícies da usina). Atualmente, os sistemas de energia solar flutuantes adequados também são limitados por seu custo relativamente alto.

[003] Exemplos da técnica anterior podem ser úteis para compreender os antecedentes incluem: O documento n° US 2012/0242275 A1, que descreve um sistema de geração de energia solar móvel em oceano em grande escala; o documento n° US 2015/0162866 A1, que descreve um dispositivo de suporte para um painel solar; o documento n° US 2014/0224165 A1, que descreve um dispositivo para sustentar um painel fotovoltaico; e os documentos n° KR 1011013316 B e n° KR 101612832 B, que descrevem células solares dispostas em dispositivos flutuantes.

[004] No presente, há desafios tanto técnicos quanto econômicos associados às usinas de energia PV flutuante. Há, consequentemente, uma necessidade por sistemas e métodos aprimorados para tal geração de energia renovável para uma variedade de aplicações e finalidades. A presente invenção visa fornecer aparelhos e métodos aprimorados relacionados às usinas elétricas solares flutuantes, que fornecem vantagens e/ou desafios atuais reparadores ou desvantagens associadas aos sistemas e técnicas conhecidos.

SUMÁRIO

[005] Em uma modalidade, fornece-se uma usina elétrica fotovoltaica offshore que compreende uma esteira maleável configurada para ser disposta em uma superfície de um corpo de água, sendo que a esteira tem uma pluralidade de módulos fotovoltaicos fixados na mesma. As modalidades alternativas e/ou particularmente vantajosas adicionais são esboçadas nas reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] As modalidades ilustrativas serão descritas, agora, com referência aos desenhos anexos, em que:

[007] A Figura 1 mostra uma vista diagramática do sistema fotovoltaico que flutua no mar,

[008] A Figura 2 mostra um módulo PV fixado à esteira de flutuação perfurada,

[009] A Figura 3 mostra uma seção transversal de um módulo PV com elemento de endurecimento que contém um dissipador de calor,

[0010] A Figura 4 mostra uma seção transversal de um módulo PV com um elemento de resfriamento de endurecimento que consiste em um perfil corrugado,

[0011] A Figura 5 mostra uma seção transversal de uma esteira de acordo com uma modalidade,

[0012] A Figura 6 mostra um sistema fotovoltaico de acordo com uma modalidade,

[0013] As Figuras 7a a 7c mostram um sistema fotovoltaico de acordo com uma modalidade,

[0014] As Figuras 8a a 8b mostram um sistema fotovoltaico de acordo com uma modalidade,

[0015] A Figura 9 mostra um sistema fotovoltaico de acordo com uma modalidade,

[0016] A Figura 10 mostra aspectos de um módulo PV,

[0017] A Figura 11 mostra uma seção transversal de um módulo PV com um elemento de resfriamento de endurecimento que consiste em um perfil corrugado,

[0018] As Figuras 12a e 12b mostram um sistema fotovoltaico de acordo com uma modalidade, e

[0019] A Figura 13 ilustra uma usina de energia solar de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0020] Muitas unidades offshore fixas ou flutuantes como plataformas de produção de óleo e gás, instalações de perfuração ou processamento requerem quantidades consideráveis de energia para operar. Outras instalações que demandam energia incluem grandes pisciculturas (“fish farms”), ou ilhas povoadas que estão localizadas longe da rede elétrica. A demanda de energia para esses locais é comumente fornecida por meio de geradores de turbina a gás ou diesel. Devido ao grande consumo de energia que se origina das fontes de combustível fóssil e da liberação subsequente de dióxido de carbono, a atividade originou debates consideráveis dentre ambientalistas e políticos. Adicionalmente, o custo de energia é uma consideração importante pelos operadores e proprietários de tais instalações.

[0021] De acordo com as modalidades descritas no presente documento, fornece-se uma instalação de geração de energia renovável flutuante adequada para a conexão a uma rede de eletricidade baseada em terra regular através de um cabo, ou para geração de energia fora da rede, independente. As modalidades podem ser empregadas em locais offshore remotos ou próximos da costa ou em águas em terra e podem, por exemplo, ser projetadas para substituir os geradores à base de combustível fóssil ou usinas de energia e, desse modo, reduzem a emissão de CO2 da geração de energia elétrica. Por exemplo, muitas áreas densamente povoadas, incluindo muitas megacidades, estão localizadas próximas da costa. Em tais áreas, a área disponível ou os terraços usáveis para renováveis convencionais, como energia eólica e solar, é muito limitada. De acordo com as modalidades descritas no presente documento, contribuições significativas podem ser feitas para a geração de energia renovável em tais áreas, a custo moderado e alta confiabilidade operacional.

[0022] As modalidades do sistema são adequadas para uma variedade de aplicações, e podem, por exemplo, ser projetadas para substituir ou fornecer uma parte substancial da demanda de energia durante o dia na primavera, verão e outono. Por exemplo, PV pode funcionar bem em sistemas de energia híbridos em que os geradores à base de combustível flexíveis podem, facilmente, nivelar as típicas irregularidades que ocorrem com a mudança emitida dos sistemas de energia solar devido às nuvens e à posição do sol. Alternativamente, as baterias também podem ser usadas para armazenamento de energia.

[0023] O módulo fotovoltaico de 60 ou 72 células padrão para uso em grandes usinas de energia não é diretamente projetado para suportar forças mecânicas que podem ocorrer a partir das ondas batendo e/ou dos fortes ventos no mar. Além do mais, os módulos requerem normalmente armações sólidas que são fixadas com segurança ao solo. As armações de instalação poderiam, em teoria, ser dispostas em barcaças ou outras embarcações flutuantes, mas não sem uma penalidade de custo substancial em comparação com, por exemplo, as instalações baseadas em terra de grande escala. As modalidades descritas no presente documento mitigam tais problemas associados à tecnologia convencional.

[0024] A Figura 1 (fora de escala) mostra uma modalidade que compreende os módulos PV interconectados 1 instalados em esteiras flutuantes flexíveis alongadas 2. As esteiras 2 são fixadas às boias 3 que são amarradas, por exemplo, com correntes, cordas de poliéster ou náilon 4, que são novamente presas ao leito marinho por âncoras 5.

[0025] A Figura 2 (fora de escala) mostra um módulo PV 1 que tem um quadro 8 com pontos de fixação para fixação à esteira de flutuação 2 com olhais 9 que usam manilhas 10. A esteira 2 pode ser perfurada com furos 30 como para drenar qualquer água que se acumula no lado superior da esteira 2.

[0026] A Figura 3 mostra uma seção transversal de uma modalidade de um módulo PV 1 adequado para uso com uma esteira 2 conforme descrito acima. O módulo PV 1 tem um laminado 12 que encapsula a células solares à base de silício 13. O módulo 1 é projetado com um material de núcleo compósito em sanduíche leve 6 e elementos de dissipador de calor 7. Os elementos de dissipador de calor 7 são dispostos para facilitar a dissipação de calor do lado de trás do laminado 12 para o mar.

[0027] A Figura 4 mostra uma seção transversal de uma segunda modalidade em que o dissipador de calor é produzido a partir de perfil de alumínio ou placas de dissipador de calor corrugadas 11 fixadas a um quadro de alumínio 8 do módulo 1.

[0028] As modalidades descritas acima se baseiam em múltiplos módulos PV 1 duros e reforçados que são interconectados em colunas ou matrizes, e instalados em esteiras ou tiras flexíveis, finas e grandes 2 que flutuam no mar. As esteiras de substrato ou tiras alongadas 2 são totalmente flexíveis, seguem essencialmente o movimento das ondas do mar e geralmente exibem um comportamento denominado hidroelástico. Ondas quebradas e borrifo do mar são efetivamente prevenidos pela presença das esteiras 2, que podem cobrir grandes áreas. Uma pluralidade de esteiras 2 também pode ser interconectada.

[0029] As esteiras 2 podem ou não ser perfuradas, ter reentrâncias, válvulas unidirecionais, bombas ou outras disposições para permitir a drenagem de água acumulada (como água da chuva). As esteiras 2 podem ser, alternativamente, produzidas a partir de uma rede, isto é, ter aberturas relativamente grandes. A Figura 2 mostra um exemplo de tais perfurações 30 dispostas transversalmente através da esteira 2. Se desejável, a flutuação das esteiras 2 pode ser projetada para manter um filme fino de água no topo das partes ou substancialmente de toda a esteira 2. Isso pode ser benéfico para o resfriamento da própria esteira 2 e/ou dos módulos PV 1.

[0030] As esteiras 2 podem ser construídas a partir de folha, uma rede, produto têxtil tecido, filme ou placa de, por exemplo, polietileno, polipropileno, poliuretano, EVA, borracha sintética ou copolímeros que podem ser fabricados em grandes seções. Alternativamente, o tecido também pode ter múltiplas camadas ou ser parcialmente inflado por compartimentos ou túneis alongados que contêm gás, água que tem baixa salinidade, sólidos flutuantes, óleos, gelatinas, espuma ou outros componentes. Isso é ilustrado esquematicamente na Figura 5, mostrando uma seção transversal cortada da esteira 2 mostrada na Figura 2, com perfurações 30 e compartimentos 31 que compreendem um fluido ou um material sólido com uma densidade menor que aquela da água, isto é, menor que 1 kg/dm3. Os compartimentos 31 podem ser formados como túneis alongados ao longo de um comprimento da esteira 2.

[0031] Os módulos PV 1 são fixados às esteiras 2 com, por exemplo, mosquetões de trava rápida ou manilhas 10 que são fixadas aos olhais 9 que são soldados ou integrados, com segurança, nas esteiras 2. Meios de fixação alternativos podem ser, por exemplo, fitas, compartimentos costurados, braçadeiras soldadas, trilhos-guia de interconexão, etc. Muitos métodos de fixação podem ser contemplados dentro do escopo da presente invenção.

[0032] Vantajosamente, a estrutura de quadro 8 e módulo 1 é projetada com uma finalidade de forma tripla: em primeiro lugar, para fornecer dureza aprimorada e prevenir a quebra das células solares, em segundo lugar, para facilitar a dissipação térmica por meio de condução de calor para a esteira mais fria 2 e a água e, por fim, para fornecer um confinamento hermético e, desse modo, opcionalmente tornar o módulo marinho flutuante.

[0033] As células solares à base de silício relativamente finas em módulos PV 1 são frágeis por natureza e vulneráveis à fratura. A fim de eliminar o problema de fratura causado por movimento repetido gerado por ondas do mar e/ou forças abatedoras, os módulos 1 podem ser reforçados. O reforço pode, por exemplo, ser obtido por meio do projeto do quadro de sustentação 8 e/ou adicionando-se um material de núcleo de endurecimento ao lado traseiro 1b do módulo 1. Os elementos de dissipador de calor 7 e/ou as placas de dissipador de calor 11 também podem ser projetados para fornecer resistência estrutural no módulo 1. É, então, possível criar um módulo muito duro 1, aumentando a resistência à flexão e o raio de flexão eficaz das células solares laminadas e, por isso, evita danos excessivos. Tal reforço pode, por exemplo, ser usado para evitar danos e garantir a confiabilidade do sistema em áreas offshore extremas. Em locais com menos demanda, como águas em terra, os requisitos para o reforço podem ser relaxados.

[0034] Convencionalmente, o lado traseiro do módulo PV 1 é aberto para a circulação de ar a fim de evitar o isolamento térmico que pode fazer com que as células se aqueçam excessivamente e percam sua eficiência elétrica. Em uma modalidade, este problema é tratado deixando-se o lado traseiro 1b ser termicamente conectado à água do mar. Isto pode ser obtido fornecendo-se um dissipador de calor de alumínio 7,11 fixado ou formando parte do lado traseiro 1b do módulo 1. O efeito favorável do resfriamento de água das células solares de tal modo já é bem estabelecido e conhecido na indústria. O material de núcleo de endurecimento, que também age como um dissipador de calor 6 também pode ser equipado com canais de resfriamento para permitir a dissipação térmica diretamente na água. O material de núcleo compósito 6 também pode ser, de preferência, produzido a partir de um material com uma condutividade térmica benéfica.

[0035] O arranjo PV offshore pode ser projetado com flutuação para flutuar, com o lado traseiro dos módulos PV 1 parcialmente submersos, possibilitando a transferência de calor com a água. Os próprios módulos 1 podem ou não ser flutuantes. As colunas do módulo 2, ou múltiplas colunas que formam um arranjo, são amarradas ao leito marinho por âncoras 5, correntes e, em combinação com a corda leve, produzidas a partir, por exemplo, de poliéster ou náilon. Meios alternativos de amarra também são possíveis, por exemplo, as colunas do módulo 2 podem ser fixadas à terra, por exemplo, em aplicação próximas da costa ou de barragem. As boias 3 também são instaladas para prevenir que a instalação PV seja arrastada sob a corrente do mar e/ou forças de arrasto da onda. A geometria assim como o número e o tamanho das âncoras 5 e boias 3 podem ser projetados para minimizar as forças de arrasto laterais. Os pontos de flutuação e fixação adequados para ancoramento também podem ser fornecidos por um ou diversos elementos tubulares sem fim que abrangem o perímetro da esteira. As boias 3 também podem ser equipadas com lanternas adequadas para marcar a localização da usina de energia para marinheiros.

[0036] Rápidos conectores entre as esteiras 2 e os módulos 1 podem ser usados para facilitar a fixação dos módulos PV 1 que possibilitam a instalação rápida e rentável implantando-se os módulos PV 1 fixados às esteiras flexíveis 2, tiras de esteira ou mangueiras na superfície de uma embarcação adequada ou de uma localização baseada em terra como um cais. Os módulos 1 são empilháveis e podem ser facilmente implantados ou retraídos no caso de clima extremo. Os módulos PV 1 são interconectados eletricamente com o uso de alta qualidade, contatos não degradáveis com capacidade de submersão. Ademais, os cabos elétricos podem ser opcionalmente fixados de modo mecânico ao módulo rígido 1 a fim de fortalecer as propriedades de alívio de tensão além do que é oferecido por meio de terminais de caixa de junção regular.

[0037] Dependendo do tamanho do arranjo PV, o número de colunas 2, a voltagem de pico projetada, etc., o sistema PV é conectado aos inversores com capacidade de transformar a energia para o consumidor onshore ou offshore destinado. Se os inversores e transformadores ou não diretamente instalados em uma instalação offshore de usuário final, os mesmos podem ser encapsulados e tornados flutuantes. O último é particularmente relevante para a instalação em grande área com, por exemplo, múltiplos inversores de coluna e em que a energia é liberada através de um cabo de energia principal para o usuário final.

[0038] Em uma modalidade, as colunas pré-montadas de módulos podem ser empilhadas no deque de embarcações ou barcaças para fácil implantação ou retração, por exemplo, para o inverno, a fim de evitar o clima mais extremo e para preservar o sistema quando o potencial de geração de energia for menor devido à luz do dia limitada. Alternativamente, o sistema PV pode ser operado por estações e rebocado para águas mais favoráveis, por exemplo, fiordes durante o inverno. Em águas mais equatoriais, as instalações podem ser possivelmente operadas sob condições de isolamento semelhantes ao longo do ano. A disposição horizontal dos módulos 1 quando implantados é ideal para isolamento quase vertical ao redor de águas equatoriais, mas o sistema de flutuação ou os próprios módulos podem, alternativamente, ser fabricados com inclinação fixa, por exemplo, 20 a 30 graus para otimização no hemisfério norte ou sul. A inclinação dos módulos também pode ser obtida elevando-se a superfície de topo da esteira ao longo de linhas ou cristas facilitadas por túneis ou seções com maior flutuação. Semelhantemente, é possível fornecer reentrâncias ou valas com o uso de material mais denso, por exemplo, cabo ou correntes. A ligeira inclinação dos módulos pode ser, às vezes, favorável para guiar a água da chuva e/ou possibilitar a limpeza natural dos módulos.

[0039] O sistema fotovoltaico também pode ser combinado com baterias e, de preferência, ser usado em combinação com tecnologia de bateria de fluxo de redox com baixa densidade energética.

[0040] Diversos arranjos grandes terão um efeito calmante no mar nas redondezas das instalações offshore, semelhante àquelas de manchas de óleo ou gelo oleoso em águas turbulentas. O sistema PV que cobre essencialmente a superfície do mar prevenirá a quebra de ondas induzida por vento, ondulações e mar quebrado, enquanto os módulos PV individuais experimentarão movimento de levantamento de camadas de solo lento quanto submetidos às grandes ondulações. O sistema PV de acordo com as modalidades descritas no presente documento pode, portanto, ser favoravelmente combinado com outros geradores de energia renovável offshore, como geradores de turbina eólica.

[0041] As Figuras 6 e 7a a 7c mostram outras modalidades de uma usina elétrica fotovoltaica offshore, em que o elemento de flutuação 3’ é um elemento de flutuação alongado sem fim que circunda a esteira 2. A Figura 6 mostra uma vista de topo, uma vista recortada (lado direito) e uma vista lateral (topo da Figura), respectivamente. O elemento de flutuação 3’ pode ser substancialmente circular, conforme mostrado nesse exemplo, ou pode ter uma forma diferente. Os módulos 1 são fixados à esteira 2 dentro do elemento de flutuação 3’. As Figuras 7a a c mostram uma modalidade alternativa em que o elemento de flutuação 3’ é maior em diâmetro, e mais módulos 1 são fixados à esteira 2. A Figura 7c mostra a usina de energia amarrada com uma disposição de amarração de quatro pontos. Fornecendo-se um elemento de flutuação alongado sem fim 3’ ao qual a esteira 2 é conectada, a forma e o formato da esteira 2 são mais bem garantidos durante a operação, e o elemento de flutuação 3’ fornece proteção contra vento e/ou ondas. A instalação pode ser opcionalmente equipada com quebradores de onda posicionados fora do perímetro do elemento de flutuação a fim de reduzir a batida da onda ou inundação da esteira em mar revolto.

[0042] Em uma modalidade, fornece-se uma piscicultura que compreende uma usina elétrica fotovoltaica offshore de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima. O fornecimento de uma piscicultura com uma usina elétrica fotovoltaica offshore fornece vantagens em que o perfil de produção de energia da usina de energia será compatível com a demanda de energia do poço de piscicultura; a energia elétrica necessária para operar sistemas de alimentação na piscicultura é, em geral, principalmente necessária durante o dia, quando a produção fotovoltaica será a mais alta. O mesmo é válido para alterações por estação em altas latitudes, em que, por exemplo, o apetite do salmão será compatível com a luz do dia prolongada no verão e subsequente alta geração de energia PV.

[0043] Fornecendo-se a usina elétrica fotovoltaica offshore com um elemento de flutuação alongado e sem fim 3’ que circunda a esteira 2, a amarração da usina de energia na piscicultura é tornada mais fácil, uma vez que a piscicultura, em muitos casos, terá disposições no lugar da amarra como elementos de flutuação alongados e sem fim.

[0044] As Figuras 8a e 8b mostram uma outra modalidade, em que a esteira 2 em uma direção longitudinal 34 compreende seções A, B que têm flutuação alternante e os módulos 1 são dispostos entre as seções A, B. A Figura do topo em cada uma das Figuras 8a e 8b é uma vista lateral da esteira 2 com os módulos 1 dispostos na mesma. A esteira 2 flutua em uma superfície 33 de um corpo de água, como o mar. (A ilustração nas Figuras 8a e 8b é esquemática com a finalidade de clareza, e os tamanhos relativos dos elementos podem não ser representativos para um sistema real. Por exemplo, a espessura da esteira 2 pode ser mais fina em relação ao tamanho dos módulos, do que o que é indicado nas Figuras 8a e 8b.) A Figura inferior em cada uma das Figuras 8a e 8b mostra uma vista de topo da esteira.

[0045] Cada seção no primeiro conjunto de seções A tem uma densidade que é menor que 1 kg/dm3 e cada seção no segundo conjunto de seções B tem uma densidade maior que 1 kg/dm3. Para obter isso, os elementos de flutuação ou compartimentos 31 de material de baixa densidade são dispostos em cada uma das seções A no primeiro conjunto de seções. Adicionalmente (ou alternativamente), o segundo conjunto de seções B compreende pesos 32 dispostos no mesmo. O peso 32 pode ser um material disposto em compartimentos na esteira 2, pesos fixos à esteira 2, ou pode ser o próprio material da esteira 2 nessas seções que são dispostas com uma densidade maior.

[0046] Por esta disposição, é possível arranjar os módulos 1 em um ângulo com a horizontal, conforme indicado. Os módulos podem ser dispostos em um lado dos compartimentos 31 de acordo com a direção mais benéfica com o sol, ou em ambos os lados, se desejável. A disposição dos módulos com uma inclinação com a horizontal pode aprimorar o desempenho e a geração de energia dos módulos 1. Além disso, isso pode aprimorar o efeito de autolimpeza e evitar o acúmulo de contaminantes na superfície do módulo 1.

[0047] A Figura 9 mostra uma outra modalidade, em que os elementos de transferência de calor 7 ou as placas de transferência de calor 11 se estendem através da esteira 2 e para o mar 33. As aberturas adequadas na esteira 2 podem ser fornecidas para esse fim. Isso possibilita as características de transferência de calor e, então, o resfriamento do laminado 12. Essa configuração pode ser vantajosa, por exemplo, em climas mornos, para intensificar o resfriamento dos módulos 1.

[0048] A Figura 10 mostra uma outra modalidade. Nessa modalidade, o quadro 8 compreende uma placa traseira 15. A placa traseira 15 é disposta para se apoiar contra a esteira 2 e é termicamente conectada aos elementos de transferência de calor de alumínio 7, na forma de tubos soldados emendados ou finas extrusões com parede. Como na modalidade mostrada na Figura 3, esses se estendem transversalmente a partir da placa traseira 15 até uma placa de suporte (não visível na Figura 10, mas equivalente à placa de suporte 14 mostrada na Figura 11) que sustenta o laminado 12. A placa traseira 15 é fixada ao quadro 8 ao redor de sua periferia externa 15’. Também visível no recorte na Figura 10 está o elemento de fixação 10’ para fixar o quadro 8 à esteira 2. Os elementos de fixação correspondentes 10’ são dispostos nos outros cantos do quadro 8. Nessa modalidade, os elementos de transferência de calor 7 contribuem para a resistência estrutural adicionada e dureza em relação ao quadro 8 e uma espessura adequada dos elementos de transferência de calor 7 e sua disposição (por exemplo, uma disposição padrão, conforme pode ser visto na Figura 10) podem ser selecionados a fim de obter um resistência e dureza desejadas/necessárias.

[0049] A Figura 11 mostra uma outra modalidade. Nessa modalidade, as placas de transferência de calor 11 são dispostas como placas de resfriamento corrugadas 11 dispostas entre a placa traseira 15 e a placa de suporte 14. A placa intermediária 14 é disposta para sustentar o laminado 12, enquanto a placa traseira 15 é disposta no lado traseiro do quadro 8 e disposta para se apoiar contra a esteira 2. As placas de resfriamento corrugadas 11 podem ser soldadas entre as placas 14 e 15, ou fixadas através de outros meios. Também ilustrado na Figura 11 é o fluxo de entrada de radiação 40 proveniente do sol. Esse valor pode estar, dependendo do clima, localização geográfica e outros fatores, por exemplo, na ordem de 1000 W/m2. Também ilustrada é a dissipação de calor 41 da placa traseira 15 para a esteira 2 e/ou a água subjacente e relativamente mais fria. Isso garante que as células solares 13 sejam mantidas em uma temperatura operacional aceitavelmente baixa e, consequentemente, operem de modo mais eficaz (isto é, produzam mais energia elétrica).

[0050] A Figura 12a mostra uma vista lateral de uma outra modalidade, em que os compartimentos 31 são maiores em tamanho e cheios com um líquido flutuante. Dispondo-se os compartimentos 31 maiores em tamanho, pode ser possível, por exemplo, usar um líquido que tem densidade apenas ligeiramente menor que a água 33 em que a esteira 2 flutua. Por exemplo, compartimentos cheios com água doce podem ser usados para uma usina disposta no mar. Os pesos 32 são dispostos entre os compartimentos 31, nessa modalidade, dispostos na esteira 2 e não embutidos na mesma. Os pesos 32 entre os compartimentos 31 fornecem uma depressão na esteira 2 que também pode ser utilizada como uma vala de drenagem para guiar a água para fora da esteira 2. Os compartimentos 31 podem ser, por exemplo, soldados emendados ou costurados no material da esteira 2, ou a esteira 2 com compartimentos 31 pode ser fabricada de uma maneira diferente.

[0051] A Figura 12b mostra uma vista lateral de uma modalidade alternativa em que os compartimentos 31 compreendem elementos espaçadores 35. Os elementos espaçadores 35 podem ser produzidos a partir do mesmo material que a esteira 2, ou de um material diferente. Os elementos espaçadores 35 podem ser dispostos de modo a definir o formato de pelo menos uma parte da esteira 2. Na modalidade mostrada na Figura 12b, os elementos espaçadores fornecem vantajosamente uma superfície mais uniforme para a montagem dos módulos 1 no lado de topo da esteira 2.

[0052] A Figura 13 ilustra uma modalidade de uma usina elétrica fotovoltaica offshore 100. A usina de energia 100 é disposta em uma localização próxima da costa perto de uma área densamente povoada 101, como uma cidade. A usina de energia 100 compreende uma pluralidade de unidades conforme mostrado nas Figuras 7a a c, no entanto, as unidades individuais podem ser de um projeto e configuração de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima. Na modalidade mostrada na Figura 13, seis unidades são amarradas próximas da costa. A usina de energia 100 é eletricamente conectada a uma estação de energia onshore 101, para distribuição da energia elétrica produzida para a cidade 101 e/ou para outros consumidores onshore por meio de uma rede onshore (não mostrada). Uma modalidade como aquela mostrada na Figura 13 pode, portanto, por exemplo, fornecer significativamente mais energia elétrica do que a que estaria disponível a partir das usinas de energia solar onshore em vista da área terrestre normalmente limitada perto de áreas densamente povoadas.

[0053] As modalidades de acordo com a presente invenção fornecem, então, uma usina elétrica fotovoltaica offshore nova e aprimorada e métodos associados. De acordo com algumas modalidades, a instalação de tal usina de energia em ambiente offshore rigoroso pode ser tornada mais fácil e mais segura, a um custo de instalação reduzido.

[0054] Em algumas modalidades, o problema de produção de energia reduzida causado pelo aquecimento das células solares pode ser reduzido e uma temperatura operacional de célula inferior pode ser possibilitada, o que aumenta a eficiência energética. A influência das ondas na instalação, operação e integridade estrutural da usina de energia podem ser menores que para soluções conhecidas garantindo, assim, a operação confiável e de longa duração.

[0055] As modalidades da invenção podem funcionar bem em combinação com parques eólicos offshore em que o acesso aos moinhos de vento e a partir dos mesmos pode ser problemático em mar revolto. O PV solar também funciona bem em combinação com a energia solar devido às condições climáticas de geração de energia sobrepostas durante, por exemplo, pouco vento e alta radiação solar e vice-versa. Para tais aplicações, o PV solar flutuante e moinhos de vento offshore podem compartilhar uma infraestrutura de cabo de energia com a terra. Um efeito benéfico de uma usina elétrica offshore que compreende uma usina elétrica fotovoltaica offshore e pelo menos um gerador de energia eólica offshore é que a esteira 2 tem um efeito benéfico na operação da instalação offshore geral e, particularmente nos geradores de energia solar. O amortecimento das ondas, semelhante ao efeito de óleo em águas turbulentas ou o amortecimento da onda, por exemplo, de gelo oleoso pode ter uma influência profunda no ambiente de trabalho e/ou no período de fadiga geral das construções offshore. Isso aprimora a vida útil dos geradores de energia solar e reduz as necessidades de inspeção e manutenção, enquanto também facilita o acesso aos geradores de energia solar.

Claims

1. Usina elétrica fotovoltaica flutuante compreendendo uma esteira maleável (2), sendo a esteira (2) fixada a um elemento de flutuação alongado sem fim (3') que circunda a esteira (2), caracterizada pelo fato de que a esteira (2) é disposta sobre uma superfície (33) de um corpo de água e em contato com o mesmo, a esteira (2) tendo uma pluralidade de módulos fotovoltaicos (1) fixados nela e sendo cercados pelo elemento de flutuação (3') de modo que a esteira (2) está localizada dentro do elemento de flutuação (2).

2. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a esteira (2) é feita pelo menos parcialmente de um material flutuante.

3. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de flutuação (3') é substancialmente circular.

4. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a esteira (2) é fixada ao fundo do mar (5) através do elemento de flutuação (3').

5. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a esteira (2) compreende conectores (9) que fixam os módulos (1) à esteira (2).

6. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a esteira (2) é pelo menos parcialmente feita de polietileno, polipropileno, poliuretano, EVA, borracha sintética ou material de copolímero, ou uma combinação de dois ou mais desses materiais.

7. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a esteira é feita de um produto têxtil tecido, uma rede, filme, folha, placa ou laminados desses materiais.

8. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que cada módulo (1) compreende uma armação (8) e um laminado (12) que encapsula uma célula solar à base de silício (13) disposta dentro da armação (8).

9. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que cada módulo (1) possui um elemento de endurecimento (6, 7, 11) disposto para suportar o laminado (12).

10. Usina elétrica fotovoltaica flutuante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é conectada a uma rede elétrica terrestre.

11. Piscicultura, caracterizada pelo fato de que compreende uma usina elétrica fotovoltaica flutuante de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.