BRPI0711957A2 - conjunto de geomembrana de célula solar - Google Patents
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Abstract
CONJUNTO DE GEOMEMBRANA DE CéLULA SOLAR. A presente invenção refere-se a um conjunto de geomembrana de célula solar que inclui uma célula solar integrada com uma geomembrana, a geomembrana incluindo um material de cobertura flutuante flexível que flutua parcialmente submerso abaixo de uma superfície de água.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO DE GEOMEMBRANA DE CÉLULA SOLAR".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se, geralmente, a células solares, e especificamente a células solares integradas com uma geomembrana como uma fonte de eletricidade gerada solar.
Antecedentes da Invenção
As geomembranas são revestimentos ou membranas que po- dem ser utilizadas para cobrir lagos, reservatórios, piscinas e similares. As geomembranas provêem soluções de revestimento e de cobertura de baixo custo, longa vida que estão disponíveis de vários fabricantes, tal como a GSI (http://www.geo.svnthetics.com/index.html). Uma marca da GSI é o Pond- gard® EPDM Liner, o qual é um revestimento altamente flexível com caracte- rísticas de resistência superiores. O revestimento é seguro para todos os peixes e as plantas e é muito estável em UV. Outro exemplo é a geomem- brana misturada de Polietileno de Média Densidade (MDPE) a qual é de bai- xo custo, longa vida e tem excelentes características de elongação, o que a torna prontamente moldável ao redor de formas não-usuais. O revestimento tem um alto conteúdo de negro-de-fumo o que provê uma excelente resis- tência à degradação por UV.
Sumário da Invenção
Como aqui abaixo descrito em mais detalhes, a presente invenção procura integrar as células solares com uma geomembrana para criar uma nova fonte de eletricidade gerada solar. A membrana solar da presente invenção singularmente utiliza células solares que flutuam sobre a água (devido à integração de geomembrana). A membrana solar pode ter uma dupla função: esta atua como uma geomembrana convencional (por exemplo, para controlar a evaporação de água e outras utilizações), e esta pode ser utilizada para gerar energia, tal como para as aplicações relativas à água.
Está provido de acordo com uma modalidade da presente inven- ção um conjunto de geomembrana de célula solar que inclui uma célula solar integrada com uma geomembrana. A célula solar pode estar disposta sobre ou presa na geomembrana.
A geomembrana inclui um material de cobertura flutuante flexível que flutua sobre uma superfície da água ou alternativamente parcialmente submerso abaixo da superfície da água (em cujo caso, a água acima da ge- omembrana funciona como uma lente de ampliação para amplificar os raios solares que impingem sobre a célula solar).
A célula solar pode incluir uma célula solar de impressão de rolo, em que a célula solar é impressa sobre um material de rolo. O material de rolo sobre o qual a célula solar é impressa pode servir como a geomembrana.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, a célula solar está eletricamente conectada a um dispositivo elétrico. O dispositivo elétrico pode incluir pelo menos uma de uma bomba de água, uma unidade dessalinização de água, um intensificador de água, um dispositivo de trata- mento de água, um aparelho de fornecimento e gerenciamento de água, e um sistema de filtragem. O dispositivo elétrico pode incluir uma rede elétrica.
Breve Descrição dos Desenhos
A presente invenção será mais completamente compreendida e apreciada da descrição detalhada seguinte tomada em conjunto com os de- senhos nos quais:
Figura 1 é uma ilustração simplificada de um conjunto de geo- membrana de célula solar, construído e operativo de acordo com uma moda- lidade da presente invenção;
Figura 2 é uma ilustração simplificada de um conjunto de geo- membrana de célula solar, construído e operativo de acordo com outra mo- dalidade da presente invenção; e
Figura 3 é uma ilustração simplificada do conjunto de geomem- brana de célula solar com células solares articuladas, construído e operativo de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Descrição Detalhada das Modalidades
Referência agora é feita à figura 1, a qual ilustra um conjunto de geomembrana de célula solar 10, construído e operativo de acordo com uma modalidade não-limitante da presente invenção.
O conjunto de geomembrana de célula solar 10 inclui uma ou mais células solares 12 (referidas simplesmente como célula solar 12 e alter- nativamente referida como célula fotovoltaica 12) integradas com (por exem- plo, dispostas sobre) uma geomembrana 14. A geomembrana 14 é um mate- rial de cobertura flutuante flexível adequado para flutuar dentro ou sobre as superfícies de água. O conjunto de geomembrana de célula solar 10 pode flutuar sobre uma superfície de água (indicada pelo nível de água 4 na figura 1) ou em uma modalidade preferida, flutua parcialmente submerso abaixo da superfície de água (indicada pelo nível de água 6 mostrado em linhas traceja- das na figura 1). Por exemplo, a combinação de célula solar 12 sobre a geo- membrana 14 pode ser utilizada sobre uma fonte de água aberta tal como um lago artificial com o material solar integrado no revestimento. Quando parcial- mente submersa, a água na realidade funciona como uma lente de ampliação para amplificar os raios solares que impingem sobre a célula solar 12. Adicio- nalmente ou alternativamente, uma bomba 17 pode estar provida que pulveri- za a água sobre a superfície de coletamento solar de algumas ou todas as células fotovoltaicas. A água não somente resfria a célula solar 12, mas tam- bém pode ser utilizada para limpar a célula solar 12 de poeira/sujeira.
A geomembrana 14 pode incluir o Pondgard® EPDM Liner ou a geomembrana de Polietileno de Média Densidade (MDPE), ambos comerci- almente disponíveis da GSI, ou qualquer outro revestimento, membrana ou outro substrato flexível adequado (todos os termos sendo utilizados inter- cambiavelmente através de toda a descrição). Outro material de cobertura flutuante flexível de geomembrana é fabricado pela Comanco Company, 4301 Sterling Commerce Drive, Plant City, Flórida 33566 (www.comanco.com). A geomembrana 14 pode ser inflável.
A célula solar 12 pode incluir uma célula solar impressa em rolo. Existe a tecnologia para imprimir as células solares sobre rolos. Por exem- plo, a NanoSoIar de Palo Alto, Califórnia (www.nonosolar.com) desenvolveu uma tecnologia de propriedade que torna possível simplesmente imprimir em rolo as células solares que requerem somente um absorsor com 1/100 da espessura de uma célula de pastilha de silício (no entanto fornece um de- sempenho e uma durabilidade similares).
Uma descrição do processo da NanoSoIar é encontrado no Pedido Publicado PCT W02006033858, que corresponde ao Pedido de Pa- tente U.S. 20040782545, as descrições dos quais estão aqui incorporadas por referência, o qual descreve dispositivos fotovoltaicos, e mais especifica- mente, o processamento e o recozimento de camadas de absorsor de dispo- sitivos fotovoltaicos. Uma estrutura de célula solar de Cobre-índio-Gálio- diSelenito (CIGS) inclui um eletrodo traseiro seguido por uma camada de molibdênio (Mo). Uma camada de absorsor de CIGS é intercalada entre a camada de Mo e uma camada associada de junção de sulfeto de cádmio (CdS). Um óxido condutor transparente (TCO) tal como o oxido de zinco (ZnOx) ou óxido de estanho (Sn02) formada sobre a camada associada de junção de CdS é tipicamente utilizado como um eletrodo transparente. O Pedido de Patente U.S. 20040782545 descreve a fabricação de camadas de absorsor de CIGS sobre substratos de película de alumínio. Por exemplo, um dispositivo fotovoltaico inclui um substrato de película de alumínio, um eletrodo de base opcional e um absorsor nascente que inclui elementos que contém materiais dos grupos IB, IIIA, e (opcionalmente) VIA.
Outros exemplos não-limitantes de células fotovoltaicas que podem ser utilizadas para realizar a invenção incluem, mas não estão limita- dos a, módulos fotovoltaicos de silício amorfo avançado, por exemplo, os módulos de silício amorfo de múltiplas junções. Por exemplo, os módulos de silício de marca UNI-SOLAR com base em células solares de junção tripla funcional excelentemente sob as condições climáticas da Europa oriental, com rendimentos e razões de desempenho significativamente mais altas do que as tecnologias de silício cristalino presentes. Este efeito é especialmente pronunciado sob baixas condições de luz e sob orientações não-ideais.
A tecnologia de junção tripla provê níveis de eficiência e de es- tabilidade sem precedentes para as células solares de silício amorfo (efici- ência de célula de área de abertura estabilizada de 7,0-7,5%). Cada célula é composta de três junções de semicondutor empilhadas uma no topo da ou- tra. A célula inferior absorve a luz vermelha, a célula média da luz ver- de/amarela e a célula superior absorve a luz azul. Esta capacidade de divi- são de espectro é uma das chaves para as eficiências mais altas e a produ- ção de energia mais alta, especialmente em níveis de irradiação mais baixos e sob uma luz difusa. As células são produzidas em um processo de deposi- ção de vácuo de rolo para rolo único sobre um rolo contínuo de chapa de aço inoxidável, que emprega somente uma fração dos materiais e da energia da produção de células solares de silício cristalino-padrão. O resultado é uma célula solar flexível, leve. As células solares são encapsuladas em po- límeros estabilizados em UV e resistentes ao tempo. O encapsulamento de polímero inclui o EVA e o TEFZEL (um filme da DuPont) sobre o lado diantei- ro. Os módulos resultantes são excepcionalmente duráveis. Diodos de des- vio estão conectados através de cada célula, permitindo que os módulos produzam energia mesmo quando parcialmente na sombra.
A célula solar 12 pode ser embutida, amarrada, aderida (com um adesivo), fixa com um ou mais fixadores mecânicos 16, unida ou de outro modo presa na geomembrana 14. Algumas ou todas as células solares 12 podem ser montadas flexíveis umas nas outras. A célula solar 12 está veda- da na geomembrana 14 com uma vedação 23 nas bordas da célula solar 12. Isto é vantajoso porque sem a vedação 23, água e detritos podem acumular entre as células solares e a geomembrana 14 e degradar o desempenho.
Outra alternativa está mostrada na figura 2. Ao invés de utilizar o material de célula solar impresso sobre um material de cobertura existente, nesta modalidade uma célula solar impressa 18 é utilizada como está ou modificada para uso como um material de cobertura (assumindo que estas atendem às especificações de material de cobertura/aplicação). Assim, com a tecnologia de célula solar impressa, o material de rolo sobre o qual a célula solar é impressa serve como a geomembrana (coletivamente referido como a célula solar impressa 18).
A combinação da célula solar sobre a geomembrana pode pro- ver muitos benefícios sinérgicos, até o momento inatingíveis com as células solares da técnica anterior. A combinação da célula solar 12 sobre a geomembrana 14 pode ser incorporada como um novo gerador de energia renovável que utiliza a área existente de um reservatório de água 20 muito grande (ou o mar aber- to) para numerosas aplicações relativas à água as quais são locais para o reservatório de água 20. Por exemplo, a célula solar 12 pode ser eletrica- mente conectada a um dispositivo elétrico 22. Em uma modalidade, o dispo- sitivo elétrico 22 é um dispositivo elétrico relativo à água, tal como mas não- Iimitado a, uma bomba de água, uma unidade dessalinização de água, um intensificador de água, um dispositivo de tratamento de água, um aparelho de fornecimento e gerenciamento de água, um sistema de filtragem, etc., ou qualquer sua combinação. Em outra modalidade, o dispositivo elétrico 22 é um dispositivo de energia elétrica de uso geral, tal como mas não-limitado a, uma rede elétrica residencial, industrial, iluminação, etc., ou qualquer combi- nação da mesma.
Referência é agora feita à figura 3, a qual ilustra características alternativas adicionais do conjunto de geomembrana de célula solar 10. De acordo com uma modalidade da presente invenção, algumas ou todas as células solares 12 podem estar montadas articuladas sobre articulações 24. Adicionalmente ou alternativamente, a célula solar 12 pode estar montada sobre rolamentos 32. Um ou mais atuadores 26 (por exemplo, uma membrana inflável, carnes, motores de passo, servomotores, etc.) podem estar em co- municação operativa com as células solares montadas articuladas 12 e po- dem inclinar as células solares montadas articuladas 12 (ou movê-las, o mo- vimento sendo facilitado pelos rolamentos 32). Um sensor 28 pode estar pro- vido que detecta um ângulo de impingimento do sol. O sensor 28 pode estar em comunicação operativa com o(s) atuador(es) 26 para inclinar as células solares montadas articuladas 12 de acordo com o ângulo de impingimento do sol detectado pelo sensor 28. Além disso, o conjunto de geomembrana de célula solar 10 inteiro pode ser girado e controlado automaticamente para se- guir o ângulo do arco solar que impinge sobre o mesmo pela utilização de tensionadores automáticos 30 (tal como aqueles descritos na Patente U.S. Número 6893005, a descrição da qual está aqui incorporada por referência) para aumentar adicionalmente a produção de energia anual. O atuador 26 como uma membrana inflável pode controlar a flutuação e o nível das célu- las solares 12 para uma operação ótima, tal como para conseguir a melhor potência sob os fatores ambientais e operacionais variáveis (por exemplo, a direção/ângulo solar, o vento, o nível de reservatório, a tensão e estabilidade desejadas para caminhar sobre os painéis para manutenção, etc.).
O melhor ângulo de inclinação para qualquer rede fotovoltaica é aquele que produz a produção de energia anual mais alta para aquela locali- zação específica. O ponto de referência primário é a latitude mais outros fa- tores estão envolvidos também. O arco do sol varia com a época do ano as- sim, tipicamente, os ângulos de inclinação rasos produzem mais energia nos meses de verão enquanto que os ângulos mais agudos produzem mais e- nergia nos meses de inverno. O melhor ângulo fixo é o compromisso entre os extremos que permite a maior energia fornecida em uma base anualiza- da. O ângulo de inclinação é especialmente importante com a tecnologia de PV cristalino, a qual é muito mais sensível ao ângulo da luz incidente assim como aos acúmulos de poeira e de sujeira do que o PV de silício amorfo. O azimute, ou o desvio do Sul Verdadeiro, tem um impacto similar sobre a pro- dução de energia como com o ângulo de inclinação. Um desempenho ótimo é tipicamente obtido com a rede inclinada alinhada com o Sul Verdadeiro. Os desvios do Sul Verdadeiro desviam as curvas de produção de pico na dire- ção do desvio (Leste ou Oeste do Sul Verdadeiro). Geralmente, quanto mais agudo o ângulo de inclinação, maior o efeito que o desvio do Sul Verdadeiro tem sobre a produção de energia anual.
Será apreciado por pessoas versadas na técnica que a presente invenção não está limitada pelo que foi especificamente aqui acima mostra- do e descrito. Ao contrário, o escopo da presente invenção inclui tanto as combinações quanto as subcombinações das características aqui acima descritas assim como as suas modificações e variações as quais ocorreriam a uma pessoa versada na técnica quando da leitura da descrição acima e as quais não estão na técnica anterior.
Claims (14)
1. Conjunto de geomembrana de célula solar, que compreende: uma célula solar integrada com uma geomembrana, a dita geo- membrana compreendendo um material de cobertura flutuante flexível que flutua parcialmente submerso abaixo de uma superfície de água.
2. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está disposta sobre a dita geo- membrana.
3. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está vedada na dita geomembra- na com uma vedação nas bordas da dita célula solar.
4. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar compreende uma célula solar im- pressa em rolo, em que a célula solar é impressa sobre um material de rolo.
5. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 4, em que o material de rolo sobre o qual a célula solar é im- pressa serve como a geomembrana.
6. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está presa com um fixador mecâ- nico na dita geomembrana.
7. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está eletricamente conectada a um dispositivo elétrico.
8. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está montada articulada sobre uma articulação.
9. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 8, ainda compreendendo um sensor que detecta um ângulo de impingimento do sol sobre a dita célula solar, o dito sensor estando em com- binação operativa com um atuador para inclinar a dita célula solar ao redor da dita articulação.
10. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de geomembrana de célula solar inteiro é girado e controlado automaticamente para seguir um ângulo do sol que im- pinge sobre o mesmo.
11. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a água acima da dita geomembrana funciona como uma lente de ampliação para amplificar os raios solares que impingem sobre a dita célula solar.
12. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, em que a dita célula solar está montada sobre rolamentos.
13. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo uma bomba disposta para pulverizar a água sobre a dita célula solar.
14. Conjunto de geomembrana de célula solar de acordo com a reivindicação 9, em que o dito atuador compreende uma membrana inflável que controla a flutuação da dita célula solar.
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