ES2274705B1 - Sistema de aprovechamiento fotovoltaico y luminico en estructura de cupula. - Google Patents

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Abstract

Sistema de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico en estructura de cúpula. Estructura modular, en forma de cúpula (1), de aprovechamiento fotovoltaico y de iluminación natural. El mejor rendimiento posible del conjunto se consigue mediante elementos basculantes (4), (5), (6) y (7) con capacidad de seguimiento solar y que sirven de soporte a paneles de células fotovoltaicas (17) y a cristales con capa de material semitransparente-reflectante (19). La iluminación natural hacia el interior del edificio se realiza a través de una claraboya transparente en forma de casquete esférico (13). A lo largo del día la radiación del sol (22) ilumina los paneles fotovoltaicos de los elementos basculantes anteriores, que permanecen cerrados (4) y (5), mientras que los correspondientes posteriores se levantan (6) y (7), mediante un sistema automático de seguimiento solar, presentando los paneles fotovoltaicos incorporados. Por la noche, y en caso de exceso de velocidad del viento, se cierran los elementosbasculantes sobre la estructura.

Description

Sistema de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico en estructura de cúpula.
Se trata de una estructura en forma de cúpula en la que se instalan elementos de aprovechamiento de energía solar. Constituye una solución de aprovechamiento de la radiación solar en sus aspectos básicos de generación eléctrica fotovoltaica y de iluminación directa.
Puede integrarse de forma modular en la estructura arquitectónica de edificios industriales, de servicios o habitacionales.
Corresponde a las áreas de la técnica de soportes para paneles fotovoltaicos y claraboyas de iluminación.
Estado de la técnica
La tecnología fotovoltaica consiste en la utilización de paneles de células fotovoltaicas que son sensibles a la luz, produciendo una corriente eléctrica al incidir sobre ellas la radiación solar. Los paneles pueden ser sensibles a la luz por uno de sus lados (paneles fotovoltaicos monofaciales), o por ambas caras (paneles fotovoltaicos bifaciales).
Las estructuras conocidas que soportan paneles fotovoltaicos son habitualmente armazones planos rectangulares, con o sin seguimiento de la trayectoria aparente solar y que no están específicamente diseñadas para su integración arquitectónica en los edificios.
Las estructuras están habitualmente inclinadas y apoyadas en el suelo sobre uno de sus lados o bien están soportadas verticalmente u horizontalmente sobre paredes o techos respectivamente, tal como en la patente EP0384839.
La instalación de las mencionadas estructuras inclinadas suele ser en batería en espacios abiertos a nivel del suelo o en terrados de edificios.
Caso aparte son los paneles fotovoltaicos integrados en cristales de ventanas o de marquesinas.
En algún caso se ha utilizado la forma de cúpula como soporte de paneles fotovoltaicos y con seguimiento de la trayectoria solar, pero con características diferentes a las de la presente invención, y sin constituir un elemento de iluminación natural, tal como en la patente EP0140500.
También hay algún ejemplo de utilización de reflexión de la luz sobre superficies que incorporan células fotovoltaicas, pero de forma y utilización diferente a la de la presente invención, tal como en la patente WO0077458 (A1).
Las claraboyas de iluminación suelen instalarse en cubiertas, y suelen tener base cuadrada, sobre la que se eleva una cúpula, construida en material transparente o traslúcido que impide la entrada de agua de la lluvia o viento pero que deja pasar la luz hacia el recinto inferior a iluminar, tal como la patente DE10100056.
Explicación de la invención
Se trata de un sistema de aprovechamiento solar fotovoltaico y lumínico, en estructura de cúpula de base y coronamiento poligonales regulares (como por ejemplo pentagonales, hexagonales, octogonales u otros) y caras desarrollables, con dos niveles de elementos basculantes, los superiores y los inferiores, estando los elementos de ambos niveles integrados en las caras de la mencionada estructura de cúpula.
Los elementos basculantes del nivel superior comprenden paneles fotovoltaicos sensibles a la luz por ambas caras (paneles fotovoltaicos bifaciales).
Los elementos basculantes del nivel inferior comprenden superficies de material transparente con una capa adherida o depositada que actúa como material semitransparente cuando la radiación incide por la cara externa del elemento basculante y como material reflectante cuando la radiación incide por la cara interna del mencionado elemento basculante.
En la zona interna a la estructura de cúpula está ubicada una claraboya de material traslúcido o transparente, que permite el paso de la luz al espacio inferior, y que a su vez actúa como cerramiento, impidiendo el paso del agua de lluvia y del viento al mencionado espacio inferior.
El desplazamiento del sol a lo largo del día, según su trayectoria aparente, permite que la radiación solar incida, de una forma sucesiva y con diversa inclinación, en las caras de la estructura de la cúpula, y por lo tanto en los elementos basculantes integrados en la mencionada estructura. A los elementos basculantes integrados en las caras de la cúpula que, van recibiendo la radiación por su cara externa se les denomina "elementos anteriores". A los correspondientes elementos basculantes simétricos según el eje central de la cúpula, que en virtud de su capacidad de levantamiento, reciben la radiación solar por su cara interna se les denomina "elementos posteriores". La radiación solar no absorbida por los paneles fotovoltaicos de los elementos basculantes posteriores, debido principalmente a los espacios que dejan entre ellos, es reflejada por los correspondientes elementos basculantes inferiores, pertenecientes a la misma cara de la cúpula, hacia la claraboya, y a través de ella penetra en el espacio inferior. También incide en la claraboya parte de la radiación solar que incide en los elementos anteriores inferiores, debido a su semitransparencia.
El seguimiento de la radiación solar en altura de las distintas caras de la cúpula, es decir la elevación de los elementos basculantes superiores para mantener su máxima ortogonalidad posible a la radiación solar durante el día, así como el simultáneo seguimiento de los respectivos elementos basculantes inferiores para mantener una posición óptima de reflexión de la radiación hacia la claraboya, podría realizarse por la actuación de motorreductores eléctricos sobre los ejes de los mencionados elementos basculantes, programados según la evolución diaria y estacional del sol, o por cualquier otro método.
El conjunto del sistema de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico, según la presente invención, puede instalarse sobre techumbres horizontales de espacios industriales o de servicios, o de edificios de viviendas, proporcionando iluminación natural al espacio interior del edificio y funcionando asimismo como un sistema de aprovechamiento fotovoltaico de la radiación solar.
El conjunto del mencionado sistema de aprovechamiento puede también acoplarse a un "tubo de luz", de forma que la radiación solar que atraviesa la claraboya se conduzca, mediante reflexiones dentro del tubo, al espacio que se desee iluminar.
El conjunto del mencionado sistema de aprovechamiento puede ser utilizado en cualquier latitud geográfica, desde las zonas cercanas al ecuador, donde el sol describe una trayectoria aparente próxima al cénit, hasta las zonas cercanas a los polos, donde el sol describe una trayectoria aparente próxima al horizonte.
La presente invención ofrece, entre otras, las siguientes ventajas con respecto a las estructuras conocidas de paneles fotovoltaicos, anteriormente descritas en el estado de la técnica:
Incluye en un solo sistema dos formas de aprovechamiento de la luz solar (generación eléctrica fotovoltaica e iluminación natural); permite una notable facilidad de integración arquitectónica, en edificios de nuevo diseño, formando parte del proyecto del edificio, así como en remodelaciones de edificios preexistentes y presenta un aspecto estético más favorable que la simple superficie rectangular de captación, sin especial armonía con el resto del edificio, usual en las instalaciones de aprovechamiento fotovoltaico.
Breve descripción de los dibujos
En la Figura 1 se muestra una vista en perspectiva axonométrica del sistema 1 de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico en estructura 8 de cúpula, de base 3 poligonal regular (en el dibujo hexagonal) y con las aristas 2 que se extienden desde la base 3 hasta la corona 11. La dirección de la radiación 12 solar es un ejemplo correspondiente a una determinada latitud-día-hora.
La Figura 2 es una vista en planta del sistema, distinguiéndose el plano AA' de corte mediante una línea de puntos y rayas. La dirección de la radiación 12 solar es próxima a la de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en alzado, de la sección por el plano A A' de la Figura 2, en la que se aprecia la sección de los elementos basculantes 4,5,6,7, así como la sección de la claraboya 13 esférica. La dirección de la radiación 12 solar es próxima a la de la Figura 1 y a la de la Figura 2.
Exposición detallada de un modo de realización
Sin que tenga carácter limitativo, se expone a continuación un modo concreto de realización de la presente invención, el sistema 1 de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico en estructura de cúpula.
La estructura 8 de la cúpula es metálica, estando sus componentes fijos soldados, remachados o atornillados entre sí.
La estructura 8 comprende una base 3 hexagonal, seis aristas 2, el perímetro 15, también hexagonal, correspondiente a la separación entre los elementos basculantes superiores e inferiores y el perímetro 11, también hexagonal, correspondiente al coronamiento de la cúpula.
La altura de la cúpula es de aproximadamente un tercio del diámetro de la circunferencia inscrita en la base 3 hexagonal.
En la zona superior de la estructura 8 de la cúpula se distribuyen radialmente seis elementos 4,6 basculantes superiores. En la zona inferior de la estructura 8 de la cúpula se distribuyen radialmente seis elementos 5,7 basculantes inferiores Los mencionados elementos 4,6 basculantes superiores y los mencionados elementos 5,7 inferiores son de forma cuadrangular, ocupando una superficie curva desarrollable que se ajusta a la forma de las aristas de la estructura 8 de la cúpula, correspondiendo los elementos 4,6 superiores a las superficies que se extienden entre cada lado del polígono 15, de separación entre elementos basculantes superiores e inferiores, sus correspondientes lados del polígono 11, de coronamiento, y la parte superior de sus dos aristas 2 contiguas, y correspondiendo los elementos 5,7 inferiores a las superficies que se extienden entre cada lado del polígono de base 3 hexagonal, sus correspondientes lados del polígono 15, de separación entre elementos basculantes superiores e inferiores, y la parte inferior de sus dos aristas 2 contiguas.
Los elementos 4,6 basculantes superiores, comprenden un marco 16 metálico que se acopla con la estructura 8 fija y que sirve de soporte a un panel 17 de células fotovoltaicas sensibles a la luz por ambas caras (panel fotovoltaico bifacial). Los elementos basculantes 5,7 inferiores comprenden un marco 18 metálico, que soporta a un cristal 19 con una capa de material, adherida o depositada, externamente semitransparente a la radiación 12 solar e internamente reflectante a la mencionada radiación solar.
Los elementos 4,6 basculantes superiores pueden girar alrededor de unos ejes 9 que se distribuyen a lo largo del perímetro 14 hexagonal y están integrados en la estructura 8 fija.
Los elementos 5,7 basculantes inferiores pueden girar alrededor de unos ejes 10 distribuidos a lo largo del perímetro de la base 3 hexagonal de la cúpula, y están también integrados en la estructura 8.
En el espacio interior de la estructura 8 de la cúpula va instalada una claraboya 13 en forma de casquete esférico, de diámetro aproximadamente igual al de la circunferencia inscrita a la base 3 hexagonal, de altura aproximadamente una quinta parte del diámetro del casquete esférico y de material transparente.
La claraboya se apoya sobre una base 20 ubicada a una altura inferior a la de la base 3 de la cúpula, en aproximadamente una décima parte de la altura de la cúpula, al objeto de dejar espacio 21 libre suficiente para el drenaje del agua de la lluvia.
El desplazamiento del sol a lo largo del día, según su trayectoria aparente, permite que la radiación 12 solar incida, de una forma sucesiva y con diversa inclinación, en las caras de la estructura 8 de cúpula, y por lo tanto en los elementos basculantes 4,5,6,7 integrados en la mencionada estructura. A los elementos basculantes integrados en las caras de la cúpula que, van recibiendo la radiación 12 por su cara externa les denominamos "elementos anteriores". A los correspondientes elementos basculantes simétricos según el eje central de la cúpula, que en virtud de su capacidad de levantamiento, reciben la radiación 12 solar por su cara interna les denominamos "elementos posteriores". Si en un momento dado del día la radiación 12 solar incide sobre la estructura 8 en una determinada dirección y con una determinada inclinación, siempre habrá tres elementos 4 anteriores superiores y tres elementos 5 anteriores inferiores que recibirán la mencionada radiación 12 solar por su cara externa, mientras que, simétricamente según el eje central de la cúpula, siempre habrá tres elementos 6 posteriores superiores y tres elementos 7 posteriores inferiores que recibirán la radiación 12 solar por su cara interna.
La radiación 12 solar no absorbida por los paneles fotovoltaicos de los elementos 6 basculantes posteriores superiores, debido principalmente a los espacios que dejan entre ellos, es reflejada por los correspondientes elementos 7 basculantes inferiores, pertenecientes a la misma cara de la cúpula, hacia la claraboya 13, y a través de ella penetra en el espacio inferior. También incide en la claraboya parte de la radiación 12 solar que incide en los elementos 5 anteriores inferiores, debido a su semitransparencia. Un seguimiento automático de la trayectoria aparente solar, al objeto de mantener los elementos 4,6 superiores en una posición lo más ortogonal posible a la radiación 12 solar así como los elementos 5,7 inferiores en una posición óptima para la reflexión de la radiación 12 hacia la claraboya 13, podría realizarse mediante sistemas actuantes de tipo activo como por ejemplo con un sensor de luz que analice la posición del sol, un controlador, y un motorreductor eléctrico, o bien con un controlador programado para seguir la trayectoria del sol durante el día según las estaciones, o de tipo pasivo, como por ejemplo un sistema de desplazamiento de contrapeso líquido por diferencia de temperatura.
A partir de cierta velocidad del viento, y al objeto de salvaguardar la estructura, un sistema de anemómetro controlador podría dar la orden al mencionado sistema de seguimiento de cerrar los elementos basculantes sobre la propia estructura, manteniéndose de esta forma las funciones de aprovechamiento fotovoltaico e iluminación aunque con menor rendimiento y asegurando que no se produzcan daños en la mencionada estructura.

Claims (6)

1. Sistema (1) de aprovechamiento fotovoltaico y lumínico que comprende una estructura (8) fija, unos elementos (4,6) basculantes sensibles a la radiación (12) solar, unos elementos (5,7) basculantes reflectores y una claraboya (13), caracterizado porque la estructura (8) tiene forma de cúpula de base (3) poligonal, los elementos (4,5,6,7) basculantes presentan superficies curvadas que se adaptan a la forma de la estructura de la cúpula y pueden girar en tomo a ejes (9,10) que están integrados en la mencionada estructura (8).
2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (4,6) basculantes sensibles a la radiación (12) solar comprenden por lo menos un marco (16) de panel y un panel (17) de células fotovoltaicas, siendo el mencionado panel (17) sensible a la radiación (12) solar por su cara interior, o por su cara exterior, o por ambas.
3. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (5,7) basculantes reflectores comprenden por lo menos un marco (18) de cristal y un cristal (19) transparente o traslúcido que lleva adherida o depositada una capa que es semitransparente a la radiación (12) solar por su cara externa y
reflectante a la mencionada radiación por su cara interna.
4. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque la claraboya (13) está ubicada en el espacio interno de la estructura (8), tiene forma de casquete esférico de altura aproximadamente una quinta parte del diámetro del mencionado casquete esférico y es transparente o traslúcida.
5. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (4,6) sensibles a la radiación (12) solar pueden girar sobre sus ejes (9), por cualquier procedimiento manual a automático, de forma que, a lo largo del día, se mantenga a los mencionados elementos (4,6) basculantes en una posición esencialmente ortogonal a la radiación (12) solar, al objeto de que conseguir el máximo aprovechamiento fotovoltaico de la mencionada radiación.
6. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (5,7) basculantes reflectores de la radiación (12) solar pueden girar sobre sus ejes (10), por cualquier procedimiento manual a automático, de forma que, a lo largo del día, se mantenga a los elementos (5,7) basculantes en una posición tal que, a lo largo del día, reflejen la radiación (12) solar hacia la claraboya (13), al objeto de iluminar el espacio inferior.
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