ES2277788B2 - Modulo fotovoltaico refrigerador pasivo y autoportante. - Google Patents
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Abstract
Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y autoportante. La presente invención tiene por objeto un módulo fotovoltaico constituido por un encapsulante que se sitúa en la parte posterior de las células que es refrigerador pasivo y autoportante. El material utilizado como encapsulante posterior del módulo fotovoltaico es aluminio sometido a un proceso de oxidación electrolítica, consiguiendo que el aluminio no sea conductor eléctrico manteniendo la suficiente transmitancia térmica. La presente invención se aplica a la mejora de la eficiencia de los dispositivos de producción de energía eléctrica mediante células fotovoltaicas, permitiendo ampliar el uso de las células comerciales de silicio monocristalino y policristalino a dispositivos que realizan concentración de la radiación solar, así como a la integración arquitectónica.
Description
Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante.
La presente invención tiene por objeto un módulo
fotovoltaico constituido por un encapsulante que se sitúa en la
parte posterior de las células que es refrigerador pasivo y
autoportante. El material utilizado como encapsulante posterior del
módulo fotovoltaico es aluminio sometido a un proceso de oxidación
electrolítica, consiguiendo que el aluminio no sea conductor
eléctrico manteniendo la suficiente transmitancia térmica. La
presente invención se aplica a la mejora la eficiencia de los
dispositivos de producción de energía eléctrica mediante células
fotovoltaicas, permitiendo ampliar el uso de las células
comerciales de silicio monocristalino y policristalino a
dispositivos que realizan concentración de la radiación solar, así
como a la integración arquitectónica.
En el estado de la técnica es conocido que el
módulo fotovoltaico de silicio cristalino consiste en un conjunto
de células solares fotovoltaicas (1) conectadas entre sí
encapsuladas por la parte frontal por un vidrio (1.2) con una junta
(1.3) y un material flexible (normalmente EVA) (1.1) y, por la
parte posterior, encapsulada también con el mismo material flexible
(normalmente EVA) y una lámina flexible opaca (normalmente Tediar)
(1.5), con marco de aluminio (1.4). El elemento rigidizador del
conjunto es el vidrio (figura 1).
Este tipo de encapsulado son los que realizan
todos los principales fabricantes mundiales (Sharp, Kyocera, BP
Solar, Shell solar, RWE Schott Solar, Mitsubishi Electric,
Isofotón, Sanyo, Astropower, Q-cells...)
Además, para aplicaciones de integración
arquitectónica, existen algunos fabricantes que modifican la forma
de encapsulado de las células. Unos sustituyen el vidrio frontal
por otros materiales transparentes, resistentes a los agentes
atmosféricos como resinas, tediar, etc...y lo rigidizan incluyendo
algún elemento resistente por la parte posterior. Otros utilizan en
la parte posterior vidrios, polímeros, resinas, elementos
cerámicos, etc..Todos estos materiales que están en contacto con
las células son no metálicos y se caracterizan porque tienen una
baja transmitancia térmica y porque, al menos uno de ellos debe ser
rígido. Es de destacar que en ningún caso se ponen en contacto con
materiales metálicos ya que éstos son conductores eléctricos e
impedirían la asociación de las células.
En particular, la patente con n° de solicitud
P009901929 y n° de publicación 2 153 796, describe un revestimiento
para las células con soporte cerámico.
Los fabricantes de módulos también montan las
células entre dos vidrios como el módulo marca SOLARWATT tipo
BLACKLINE de la empresa Solarwatt, también con encapsulantes
posteriores de plásticos o polímeros como el módulo de la empresa
Solardachstein que encapsula las células del fabricante Phototowatt
en un material plástico (lo denomina polymatrix); encapsulados con
resinas lo realiza por ejemplo, la empresa Sunny Tile, en concreto
el módulo star unit.
A modo de resumen, en el libro titulado
"Photovoltaische Anlagen", con autores Ralf Haselhuhn y Fraude
Berger, editado por DGS, LV Berlin Brandenburg, con ISBN
2-9805738-3-4, en el
capítulo 3 y en el capítulo 8 se hace una revisión detallada de la
tecnología, de todos los sistemas encapsulantes de células
fotovoltaicas y sus fabricantes a nivel mundial.
Por lo indicado, los módulos actuales, al estar
encapsulados por materiales que no tienen una alta transmitancia
térmica no favorecen la disipación del calor en las células y por
tanto éstas alcanzan temperaturas muy superiores a la temperatura a
la temperatura ambiente cuando incide sobre ellas la irradiancia
solar. Está demostrado que la eficiencia de las células
fotovoltaicas disminuye cuando su temperatura aumenta y por ello,
es conveniente que las células siempre alcancen la menor
temperatura posible cuando sobre ellas incide la radiación
solar.
Además de lo indicado, si las células
comerciales alcanzan una temperatura por encima de un cierto valor
(normalmente 85°C) se deterioran y por ello los fabricantes limitan
su garantía a que las células no puedan superar estas temperaturas.
En consecuencia, estas células requieren refrigeración exterior
cuando se instalen en dispositivos donde se concentre la radiación
solar sobre las células. En caso de no disponer refrigeración
exterior las células superan las temperaturas máximas
permitidas.
Esta refrigeración exterior se realiza mediante
el uso de agua con un intercambiador, lo que obliga a utilizar un
circuito hidráulico con una bomba de circulación que encarece y
complica significativamente la instalación. Otra alternativa para
limitar la temperatura de las células en estos dispositivos es
reducir la concentración de la radiación solar cuando se supera una
temperatura máxima, pero en este caso se pierde eficiencia de la
instalación ya que no se aprovecharía toda la radiación solar que
puede incidir sobre las células.
Por otro lado, los procesos de oxidación
electrolítica son conocidos en el tratamiento del aluminio para
protegerlo de las condiciones ambiente y su uso en ventanas,
puertas, etc..., pero no son requeridos por sus propiedades de
aislante eléctrico y transmitancia térmica.
La invención que nos ocupa se refiere a un
módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y autoportante que se
caracteriza porque tiene una alta transmitancia térmica, es rígido
y con unos costes totales en la producción del módulo, similares o
menores a los actuales.
El material utilizado como encapsulante
posterior de las células fotovoltaicas es el aluminio sometido a un
proceso químico de oxidación electrolítica siendo el ánodo el
aluminio. Con este proceso se consigue que el aluminio no sea
conductor eléctrico y mantenga una fuerte transmitancia
térmica.
El encapsulante se obtiene en forma de tiras de
aluminio por extrusión a través de un molde diseñado previamente
con las hendiduras para favorecer las conexiones entre las células
y el aluminio anonizado.
Las características mecánicas y térmicas del
módulo fotovoltaico vienen dadas por la longitud del extrusionado y
el espesor del aluminio que aportan la resistencia mecánica al
módulo y por el diseño del molde para el extrusionado con aletas
disipadoras de calor mejorando la transmitancia térmica del módulo
en general.
Otra posibilidad, es utilizar directamente
láminas de aluminio a las que se les realiza las hendiduras y se
les somete al mismo tratamiento superficial que a las tiras de
aluminio obtenidas por extrusión.
Posteriormente, el encapsulante se somete al
tratamiento químico de oxidación electrolítico por la cara en
contacto con las células, consiguiendo que el aluminio no sea
conductor eléctrico. La resistencia eléctrica depende del tiempo de
oxidación electrolítica: a mayor oxidación, mayor resistencia por
mayor espesor de la capa oxidada. Con este tratamiento se logra que
no exista un cortocircuito entre las células conectadas entre
sí.
El tratamiento químico de oxidación
electrolítica finaliza en el color plata, aun que en una
realización preferente y por motivos de integración arquitectónica
existen otros colores disponibles que se logran sumergiendo el
aluminio en sales de estaño y otras sustancias que le pueden dar
colores diferentes.
Sobre el encapsulante de aluminio se colocan las
células interconectadas y sobre las células se coloca
preferiblemente una resina flexible. Además se dispondrán de cajas
herméticas que sirvan de medio de conexión entre distintos
encapsulantes donde entran y salen los conectores de la asociación
de células de cada encapsulante.
El conjunto, se puede someter a un proceso
térmico en vacío para garantizar el aislamiento térmico y eléctrico
de las células con el exterior, aunque en la actualidad existen
recubrimientos frontales flexibles que garantizan el aislamiento
sin necesidad de proceso de vacío, como por ejemplo, mediante
pegado.
La cara frontal de las células se protege del
exterior con material transparente (resina flexible, tediar, vidrio
muy delgado) no siendo obligatorio el uso del vidrio con los
espesores actuales, ya que la rigidez del conjunto está garantizada
con el encapsulante posterior objeto de la invención.
El módulo fotovoltaico objeto de la invención
sirve como elemento constructivo ya que se puede usar como fachada,
cerramiento, cornisa o cubierta de cualquier tipo, garantizando no
sólo la producción sino la separación de recintos debido a su
elevada resistencia mecánica y estanqueidad. Además, en el caso de
que el encapsulante posterior disponga de aletas según el diseño
del molde para el extrusionado y si se desea, permite aprovechar el
calor cedido por las aletas.
Figura 1.- Sección de un módulo fotovoltaico
actual comercial en el que se indican los diferentes materiales del
mismo:
- 1.
- Célula fotovoltaica
- 1.1.
- EVA.
- 1.2.
- Vidrio.
- 1.3.
- Junta de estanqueidad.
- 1.4.
- Marco.
- 1.5.
- Tedlar
Figura 2.- Muestra de una planta frontal del
módulo fotovoltaico donde se indican:
- 1.
- Células fotovoltaicas.
- 2.
- Resina transparente.
- 3.
- Hendiduras.
4, 5 y 6. Encapsulante refrigerador
pasivo
- 8.
- Agujeros.
- 11.
- Hilos conectores.
- 12.
- Perfil superior e inferior.
Figura 3.- Muestra de una planta del módulo
fotovoltaico vista desde la parte posterior, donde se observan:
- 9.
- Las aletas
- 10.
- Las cajas herméticas
Figura 4.- Detalle de la sección de la figura 2
donde se indican:
- 1.
- Célula fotovoltaica.
- 2.
- Resina transparente
- 3.
- Hendiduras
- 8.
- Agujeros
- 9.
- Aletas
- 11.
- Hilos conectores.
Figura 5.- Vista en planta, por la parte
frontal, de las tiras (4), (5) y (6) que constituyen el
encapsulante posterior.
Figura 6.- Sección de las tiras (4), (5) y (6)
que constituyen el encapsulante posterior, donde se indican:
- 3.
- Hendiduras
- 8.
- Agujeros
- 9.
- Aletas
- 10.
- Perfiles conectores entre tiras.
Figura 7.- Muestra tres detalles de los extremos
de las tiras representadas en la figura 6.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se realiza una descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante objeto de la invención, se constituye a partir de un
encapsulante posterior de aluminio sometido a un proceso de
oxidación electrolítica, para anular la conductividad eléctrica y
mantener la transmitancia térmica del encapsulante.
El encapsulante se obtiene de la siguiente
manera:
Se diseña un molde para usarlo en extrusión de
aluminio con la forma deseada [hendiduras (3), aletas (9), perfiles
de unión entre tiras (10), etc.]: se requiere un molde para las
tiras centrales (4), otro para la tira de derecha (5) y otro para la
tira de izquierda (6).
Estas tiras de aluminio se cortan a la longitud
deseada y se somete a un proceso de oxidación electrolítica, sobre
todo en la cara de las hendiduras.
Otra posibilidad, es utilizar directamente
láminas de aluminio a las que se les realiza las hendiduras y se
les somete al mismo tratamiento superficial.
Las tiras de aluminio tratado se conectan entre
sí para formar el encapsulante posterior de las células mediante
perfiles conectores (10) en la misma tira. Cada módulo estará
formado por una o varias tiras centrales (4), una tira derecha (5) y
otra tira izquierda (6). También se podría hacer un solo módulo de
una sola tira.
A continuación, se colocan las células
fotovoltaicas ya asociadas entre sí en cada una de las tiras del
encapsulante posterior con el hilo conector entre células (11)
colocado en las hendiduras.
Se coloca una protección superior, que en una
realización preferente será una resina transparente flexible (2)
que se somete a un proceso térmico para poder pegar la resina a las
células fotovoltaicas (1) y al encapsulante posterior (4, 5 y 6).
Otra forma es pegar esta resina transparente (2) a las células y al
encapsulante posterior. De cualquiera de estas dos formas se
protegen las células del exterior.
Finalmente, se conectan los terminales positivo
y negativo a unas cajas herméticas (10) que se coloca en el perfil
superior e inferior del módulo (12).
Claims (8)
1. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante caracterizado porque el encapsulante posterior
está constituido por láminas de aluminio a las que se les realiza
hendiduras y sometidas a un proceso de oxidación electrolítica por
la cara en contacto con las células fotovoltaicas para obtener un
material de poca conductividad eléctrica y elevada transmitancia
térmica.
2. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicación 1, caracterizado porque
las láminas de aluminio se pueden obtener por extrusión del
aluminio en un molde diseñado previamente.
3. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicación 1 y 2, caracterizado
porque el molde puede disponer de aletas obteniéndose un
encapsulante posterior con aletas disipadoras del calor mejorando
la transmitancia térmica del módulo fotovoltaico.
4. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el tamaño del encapsulante viene dado
por la longitud del extrusionado y del espesor del aluminio que
aportan la resistencia mecánica al módulo.
5. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la protección frontal de las células
fotovoltaicas está determinada por un recubrimiento transparente
resistente a los agentes atmosféricos.
6. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicación 5, caracterizado porque el
recubrimiento es resina transparente.
7. Módulo fotovoltaico refrigerador pasivo y
autoportante según reivindicaciones anteriores caracterizado
porque la conexión entre los encapsulantes está determinada por una
caja hermética donde entran y salen los conectores de la asociación
de células de cada encapsulante.
8. Uso del módulo fotovoltaico refrigerador
pasivo y autoportante como elemento constructivo tales como
fachadas, cerramientos, cornisas y cubiertas.
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