ES2221309T3 - Combinacion de un colector solar y celulas fotovoltaicas. - Google Patents

Combinacion de un colector solar y celulas fotovoltaicas.

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Abstract

SE PROPORCIONA LA COMBINACION DE UN PANEL COLECTOR SOLAR CORRUGADO Y UNA SUPERFICIE DEL EDIFICIO A LA QUE ESTA FIJADO EN UNA RELACION DISTANCIADA. AL MENOS PARTE DE LAS CORRUGACIONES DEL PANEL SON PLANAS Y SITUADAS DE FORMA TAL QUE SE ENFRENTEN EN LA DIRECCION GENERAL DEL SOL DURANTE AL MENOS UNA PARTE DE LAS HORAS DIURNAS. ESTAN PROVISTAS ABERTURAS GENERALMENTE DISTRIBUIDAS UNIFORMEMENTE EN EL PANEL, Y ESPECIFICAMENTE EN ZONAS PLANAS EN LAS CORRUGACIONES. LA COMBINACION INCLUYE ADEMAS CELULAS FOTOVOLTAICAS MONTADAS EN LAS CORRUGACIONES EN LAS PARTES PLANAS DE LA MISMA, CONTENIENDO LAS ABERTURAS, CON LAS CELULAS SOPORTADAS SUBSTANCIALMENTE EN FORMA PARALELA CON LAS SUPERFICIES ADYACENTES PLANAS AUNQUE SEPARADAS DE LAS MISMAS, DEJANDO ASI CONDUCTOS DE AIRE ENTRE LAS CELULAS FOTOVOLTAICAS Y EL COLECTOR SOLAR, POR LO QUE EL AIRE PUEDE ENTRAR Y SALIR DEL ESPACIO CERRADO MEDIANTE LA CIRCULACION A TRAVES DE LOS CONDUCTOS DE AIRE Y LO LARGO DE LAS PARTES INFERIORES DE LAS CELULAS FOTOVOLTAICAS, ELIMINANDO ASI EL CALOR EN EXCESO QUE SE FORMA EN LAS CELULAS FOTOVOLTAICAS. EN UNA VARIANTE, LAS CELULAS FOTOVOLTAICAS SE INCORPORAN EN PANELES INDIVIDUALES ADAPTADOS PARA ABARCAR VARIAS CORRUGACIONES.

Description

Combinación de un colector solar y células fotovoltaicas.
La invención se refiere a la combinación de un colector solar y células fotovoltaicas, y tiene que ver en particular con una disposición por medio de la cual se evita el calentamiento de las células fotovoltaicas.
Los paneles fotovoltaicos generalmente son eficientes sólo en un 5% a 15% en la conversión de luz solar a energía eléctrica. Mucha de la energía remanente se pierde como energía térmica.
Se sabe que combinar células fotovoltaicas con colectores solares, para que la energía del sol pueda derivar tanto para calor como para energía eléctrica. Las células fotovoltaicas típicamente se aseguran directamente contra porciones planas de tamaño apropiado de las ondulaciones, y se sostienen en su sitio a través de medios convencionales de sujeción. En el caso de un régimen climático cálido, con temperaturas de 30ºC o aún mayores, la energía calórica recogida por el panel colector solar puede provocar daño a las células fotovoltaicas, requiriéndose eventualmente que dichas células sean reemplazadas.
En un artículo titulado "The World's Largest And Tallest Solar Recladding" del inventor de la presente solicitud, publicado en "Renovable Energy" Vol. 9 Nº 1, páginas 703-707 del 12 de Setiembre de 1996, se describe un sistema de calentamiento solar de aire conocido como SOLARWALL, en el cual un panel ondulado se monta sobre un edificio. El panel tiene aberturas en el mismo, y el aire se conduce a través de las aberturas y a través del espacio de aire entre el panel y el edificio, para proporcionar una fuente de aire calentado.
La Patente US-A-4095997 describe un aparato de célula solar en el cual las células solares están montadas en una caja y el aire se conduce a través de la caja desde una entrada hasta una salida, calentándose el aire por medio de las células. La caja contiene una placa con una abertura en ella.
La presente invención dirige este problema de sobrecalentamiento de células fotovoltaicas asociadas con un panel colector solar.
Más específicamente, esta invención proporciona una disposición que comprende:
Un panel colector solar generalmente ondulado adaptado para ser asegurado a la superficie de un edificio en relación espaciada con el mismo, para definir con el mismo un espacio cerrado,
Una superficie substancialmente plana definida por cada al menos algunas ondulaciones del panel, estando cada superficie plana substancialmente configurada y ubicada de forma tal que enfrenta en la dirección general del sol al menos una porción de las horas de luz diurna,
Al menos una parte del panel teniendo una pluralidad de aberturas generalmente distribuidas de forma uniforme, dicha al menos parte del panel incluyendo al menos una porción de dichas superficies planas de las ondulaciones,
Una pluralidad de células fotovoltaicas substancialmente planas,
Y medios de montaje que aseguren las células fotovoltaicas a las ondulaciones en dichas superficies planas donde éstas últimas contienen dichas aberturas, estando dichas células fotovoltaicas soportadas en forma paralela con y adyacentes a, pero espaciadas de dichas superficies planas, dejando de esta forma pasajes de aire entre las células fotovoltaicas y el panel colector donde el aire puede entrar y salir de dicho espacio cerrado fluyendo a través de dichos pasajes de aire y a lo largo de la parte inferior de las células fotovoltaicas, quitando de esta forma el exceso de calor acumulado de las células fotovoltaicas.
Además, esta invención proporciona una disposición que comprende un edificio que define una superficie generalmente enfrentada a la dirección del sol durante al menos parte de las horas de luz diurna, con un panel colector solar generalmente ondulado asegurado a dicha superficie en relación espaciada con el mismo, para definir con él un espacio cerrado; una superficie substancialmente plana definida por cada una de al menos algunas de las ondulaciones del panel, estando cada superficie substancialmente plana configurada y ubicada de forma tal que enfrenta la dirección general del sol durante al menos una porción de las horas de luz diurna; teniendo al menos parte del panel una pluralidad de aberturas generalmente distribuidas en forma uniforme, dicha al menos parte del panel incluyendo al menos una porción de dichas superficies planas de las ondulaciones; una pluralidad de células fotovoltaicas substancialmente planas; y medios de montaje que aseguren las células fotovoltaicas a las ondulaciones en dichas superficies planas donde éste último contiene dichas aberturas, siendo dichas células fotovoltaicas soportadas paralelas y adyacentes pero espaciadas de dichas superficies planas, dejando de este modo un pasaje de aire entre cada célula fotovoltaica y la parte adyacente del panel colector donde el aire puede entrar y salir de dicho espacio cerrado fluyendo a través de dicho pasaje de aire y a lo largo de la parte inferior de la célula fotovoltaica, quitando de esta forma el exceso de calor acumulado de la célula fotovoltaica.
Se ilustran tres realizaciones de esta invención en los dibujos adjuntos, en los cuales las referencias numéricas similares indican partes similares a lo largo de las diversas vistas y en las cuales:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una primera realización de un panel solar de absorción de calor montado sobre un techo;
La Figura 2 es una vista en sección a través de la estructura de la Figura 1, tomada sobre un plano que es perpendicular a los canales trapezoidales del panel de absorción de calor, y también perpendicular a la otra superficie plana inclinada del panel, mostrando una posibilidad de montaje para las células fotovoltaicas;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de una segunda realización de un panel solar ondulado de absorción de calor que muestra su combinación con paneles fotovoltaicos; y
La Figura 4 es una vista en sección tomada perpendicular a la dirección general de la ondulación, mostrando una realización adicional.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva parcialmente en sección de un sistema para llevar a cabo la presente invención. Se muestra un techo de un edificio 10, siendo el mismo típicamente de construcción de metal ondulado o de tejas, que descansa sobre elementos transversales de soporte de techo que no se ilustran. Como todos los techos y paredes de edificios que no están aislados, se experimenta una transferencia constante de calor a través del material cuando hay un diferencial de temperatura entre los dos lados. En la realización ilustrada, un panel de absorción de calor 16 se monta sobre el techo 10 es relación espaciada con el mismo, definiendo así un espacio cerrado de recolección de aire 13.
Se notará que el panel de absorción de calor 16 incluye una pluralidad de ondulaciones trapezoidales 17, cada una teniendo una pared exterior plana 18 y dos paredes laterales inclinadas 19, junto con paredes planas de canal 19a.
En la realización ilustrada, el panel 16 completo tiene una pluralidad de aberturas generalmente distribuidas de forma uniforme 21 (visibles sólo en la Figura 2).
La combinación incluye además una pluralidad de células fotovoltaicas 20 que (en la realización ilustrada) están aseguradas por medio de medios de montaje adecuados a la pared plana exterior 18 de cada ondulación, ubicada para ser adyacente a una porción de pared 18 que contiene las aberturas 21 antes mencionadas. Más específicamente, las células fotovoltaicas 20 se soportan para yacer paralelas y adyacentes a la correspondiente pared ondulada 18, pero separadas de la pared 18 en una forma tal de dejar un pasaje de aire 23 entre la célula fotovoltaica 20 y la porción adyacente del colector solar, de forma tal que el aire puede entrar y salir del espacio cerrado 13 (Figura 1) fluyendo a través del pasaje de aire 23 y a lo largo de la parte inferior de la célula fotovoltaica 20, quitando de esta forma el exceso de calor acumulado de la célula fotovoltaica 20.
La Figura 2 muestra sólo una única abertura 21 en la pared exterior 18 adyacente a la célula fotovoltaica 20, entendiéndose que hay una única abertura 21 en esa región en la posición particular del plano de la sección transversal. En realidad, habrá un número de aberturas generalmente distribuidas en forma uniforme 21 en la pared exterior 18 de la ondulación, pero una única vista en sección transversal no puede interceptar todas dichas aberturas.
Volviendo a la Figura 1, un conducto de aire 24 se ilustra en forma esquemática, representando el pasaje a través del cual el aire puede extraerse del espacio colector de aire 13. Si fuera necesario, puede ubicarse un ventilador 26 en el conducto 24.
Volviendo a la Figura 2, puede verse que la célula fotovoltaica 20 está soportada en una posición espaciada separada de la pared exterior 18 por medio de pernos espaciadores 28, cada uno de los cuales incluye una cabeza 30, un vástago 32, una tuerca autobloqueante 34 y un espaciador a modo de arandela 36 que yace entre la célula fotovoltaica 20 y la pared 18. Por supuesto, la persona entendida en la técnica puede idear otros medios de montaje capaces de soportar la célula fotovoltaica en relación espaciada con la pared 18.
El cálculo del número y del espaciamiento de las perforaciones 21 se basa en el volumen de aire requerido durante la estación de calefacción. Si no se requiere calefacción, luego el cálculo del número y del espaciamiento de los orificios se basa en los principios termodinámicos que permiten que el aire caliente suba.
Se dirige ahora la atención a la Figura 4, que ilustra una vista en sección tomada perpendicularmente con respecto a la longitud general de las ondulaciones 40. Las ondulaciones 40 consisten en superficies planas 42 que se alternan con porciones en receso 44, definiendo las superficies planas 40 y los recesos 44 una pluralidad de configuraciones trapezoidales. Se destaca en particular que las superficies planas 40 están todas en alineación plana (coplanar).
Como con las realizaciones descritas con anterioridad, el panel colector solar que consiste en superficies 42 y los recesos 44 tiene una pluralidad de aberturas distribuidas de forma generalmente uniforme (no se muestran en la Figura 4), que cubren al menos parte del panel.
Como puede verse además en la Figura 4, las células FV 46 están dimensionadas para cubrir los recesos 44, y de esta forma son paneles relativamente largos y estrechos. Los espaciadores 48 se proporcionan para montar las células FV 46 en posición separada sobre los recesos 44.
Como se muestra a la derecha de la Figura 4, las células FV 46a pueden hacerse más anchas que los recesos 44, de forma tal que las porciones marginales 50 de las células 46 se proyecten unas hacia otras en una alineación espaciada sobre las superficies 42, en una forma tal de dejar un pequeño espacio 52 entre ellas. Se contempla que la realización vista en la Figura 4 será adecuada donde se desea proporcionar de forma eficiente el cableado eléctrico para conectar las células FV. Dicho cableado puede estar dentro de un "conducto eléctrico" definido por los recesos 44 y cubierto por las células FV 46.
En la Figura 3, varias células FV 54 se combinan en un único panel FV 56 dimensionado para abarcar varias superficies planas adyacentes 42 y varios recesos 44. Nuevamente, el panel ondulado 58 está perforado y los paneles FV 56 están separados por encima de las superficies 42 para permitir que el aire de refrigeración pase por debajo de los paneles 56 y a través de las aberturas.
Mientras que se han ilustrado y descrito diversas realizaciones de esta invención en los dibujos adjuntos con anterioridad, aquellos entendidos en la técnica apreciarán que pueden hacerse cambios y modificaciones sin apartarse de la esencia de esta invención, como se enuncia en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

1. Disposición que comprende:
Un panel colector solar generalmente ondulado (16) adaptado a ser asegurado sobre la superficie de un edificio en relación espaciada con el mismo, para definir con él un espacio cerrado (13),
Una superficie substancialmente plana (18) definida por cada una de al menos algunas de las ondulaciones del panel, estando cada superficie plana substancialmente configurada y ubicada de forma tal que enfrenta la dirección general del sol durante al menos una porción de las horas de luz diurna,
Teniendo al menos parte del panel una pluralidad de aperturas (21) generalmente distribuidas de forma uniforme, incluyendo dicha al menos parte del panel una porción de dichas superficies planas de las ondulaciones,
Una pluralidad de células fotovoltaicas substancialmente planas (20), y
Medios de montaje que aseguren las células fotovoltaicas a las ondulaciones en dichas superficies planas (18) donde éstas últimas contienen dichas aberturas (21), siendo dichas células fotovoltaicas soportadas en forma paralela y adyacente pero separada de dichas superficies planas, dejando de esta forma un pasaje de aire entre las células fotovoltaicas y el panel colector donde el aire puede entrar y salir de dicho espacio cerrado fluyendo a través de dichos pasajes de aire y a lo largo de la parte inferior de las células fotovoltaicas, quitando así el exceso de calor acumulado de las células fotovoltaicas.
2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que las ondulaciones del panel colector son substancialmente trapezoidales vistas en sección.
3. Disposición según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que las aberturas están distribuidas substancialmente sobre toda la superficie del panel colector solar.
4. Disposición que comprende un edificio que define una superficie que generalmente enfrenta la dirección del sol durante al menos parte de las horas de luz, con un panel colector solar generalmente ondulado (16) asegurado a dicha superficie en relación espaciada al mismo, para definir con el mismo un espacio cerrado (13); una superficie substancialmente plana (18) definida por cada una de al menos algunas de las ondulaciones del panel, estando cada una de las superficies substancialmente planas configurada y ubicada de forma tal que enfrenta la dirección general del sol durante al menos una porción de las horas de luz diurna; teniendo al menos parte del panel una pluralidad de aberturas (21) generalmente distribuidas de forma uniforme, dicha al menos parte del panel incluyendo al menos una porción de dichas superficies planas de las ondulaciones; una pluralidad de células fotovoltaicas substancialmente planas (20) y medios de montaje asegurando las células fotovoltaicas a las ondulaciones en dichas superficies planas (18) donde éstas últimas contienen dichas aberturas (21), estando dichas células fotovoltaicas soportadas en forma paralela y adyacente pero separadas de dichas superficies planas, dejando así un pasaje de aire entre cada célula fotovoltaica y la parte adyacente del panel colector donde el aire puede entrar y salir de dicho espacio cerrado fluyendo a través de dicho pasaje de aire y a lo largo de la parte inferior de la célula fotovoltaica, quitando así el exceso de calor acumulado de las células fotovoltaicas.
5. Disposición según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que las ondulaciones del panel colector son substancialmente trapezoidales vistas en sección.
6. Disposición según la reivindicación 4 o reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que dichas aberturas se distribuyen substancialmente sobre la superficie completa del panel colector solar.
7. Disposición según alguna de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada por el hecho de que incluye además medios de movimiento de aire asociados en forma operativa con dicho espacio cerrado, por medio de los cuales el aire puede acelerarse positivamente para moverse a través de dichas aberturas.
8. Disposición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que dichas superficies planas definidas por las ondulaciones del panel se hallan substancialmente en alineación planar y alternan con porciones en receso de las ondulaciones, estando dichas células fotovoltaicas incorporadas a los paneles fotovoltaicos que se superponen sobre al menos parte de dichas superficies planas y que recorren al menos parte de dichas porciones en receso.
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