ES2303456B1 - Panel solar hibrido fotovoltaico/termico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico. - Google Patents

Panel solar hibrido fotovoltaico/termico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico. Download PDF

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Abstract

Panel solar híbrido fotovoltaico/térmico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico. Panel solar híbrido para obtener energía fotovoltaica y agua caliente simultáneamente, caracterizado por integrar en un mismo dispositivo un panel fotovoltaico o células fotovoltaicas y el captador de energía térmica formado por un absorbedor compuesto por una chapa (9) de material con buena conductividad térmica y un serpentín (6) que al ser recorrido por un fluido calor-portante provoca un intercambio de temperaturas disminuyendo la temperatura en las células fotovoltaicas. El calor adicional del fluido es aprovechado en un intercambiador de calor para calentar agua. Este panel híbrido está caracterizado porque el calor obtenido puede ser desaprovechado, convirtiendo el panel híbrido en un panel fotovoltaico refrigerado por fluido calor-portante. Panel híbrido caracterizado porque las células fotovoltaicas pueden montarse directamente en el absorbedor. Puede ser utilizado en huertas solares y/oedificios para la obtención de electricidad y agua caliente simultáneamente.

Description

Panel solar híbrido fotovoltaico/térmico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico.
Sector de la técnica
La invención se encuadra en el sector técnico de la energía solar fotovoltaica y térmica.
Estado de la técnica
Actualmente, la energía solar está dividida en dos grupos, que corresponden a la energía eléctrica obtenida de forma fotovoltaica a través de células fotovoltaicas o paneles que son un conjunto de células. El otro grupo está formado por colectores solares que aprovechan la radiación solar para calentar agua para su uso en sistemas de calefacción o agua caliente sanitaria. Ambos tipos de energía solar son independientes y no tienen ninguna relación técnica entre si.
No se fabrican paneles fotovoltaicos con dispositivos de refrigeración de las células y que al mismo tiempo, el fluido que se utiliza para disminuir la temperatura en las mismas pueda ser aprovechado para calentar agua.
Los paneles solares fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia comprendida entre el 15% y el 25%. Dichos paneles tienen una reducción del 15% aproximadamente sobre la potencia de pico debido al incremento de temperatura en las células que lo componen, (factor de degradación).
Problema técnico planteado
Utilizar paneles solares fotovoltaicos y captadores para la energía térmica de forma totalmente independiente ocupa más superficie en la cubierta de los edificios, lo cual reduce el número máximo que es posible instalar, y que en muchas ocasiones sería insuficiente el espacio disponible para realizar ambas instalaciones.
El impacto medioambiental y visual se duplica.
Por otra parte, el incremento de temperatura en las células fotovoltaicas provoca una disminución en la eficiencia, y por lo tanto una reducción de la potencia del panel fotovoltaico. Esta pérdida de potencia está valorada aproximadamente en un 15% sobre la potencia de pico del panel, dependiendo de la temperatura de las células.
Soluciones y ventajas técnicas que aporta la invención
Las principales soluciones y ventajas que aporta la invención son:
1. Integración en un mismo dispositivo el panel fotovoltaico y el captador de energía térmica, con lo cual se reduce el problema de espacio y se aprovecha más energía solar por m^{2}.
2. La superficie necesaria para instalar energía térmica y fotovoltaica se reduce a la mitad, ya que los dispositivos necesarios para su obtención están situados en un mismo captador.
3. Reducción de los efectos medioambientales negativos y visuales dado que los residuos generados al final de la vida útil de la instalación serán menores, por que serán necesarios menos anclajes y soportes, así como los materiales necesarios para la fabricación de dicho captador.
4. Un incremento de hasta un 15% ó más en la obtención de energía eléctrica, dependiendo de la temperatura en las células, derivándose este incremento de la refrigeración de las células fotovoltaicas, y por lo tanto disminuyendo su factor de degradación.
5. Obtención de agua caliente sanitaria, calefacción u otros usos aprovechando el incremento de temperatura en el fluido calor-portante. Con una temperatura ambiente de 25°C y una temperatura media del fluido calor-portante de 40°C, esta diferencia de 15°C, quiere decir que se está convirtiendo el 52,5% de la energía solar incidente en calor útil.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un panel solar híbrido para captar energía fotovoltaica y térmica, conteniendo e integrando el módulo fotovoltaico y el colector térmico en un mismo panel. Dicho panel está representado en las figura 1 más la figura 2 respectivamente. La figura 1 representa un panel fotovoltaico. La figura 2 representa un absorbedor de temperatura compuesto por una chapa de cobre, aluminio o cualquier material con buena conductividad térmica y un serpentín integrado. El resultado de unir el montaje de la figura 1 y figura 2 forman el dispositivo representado en la figura 3. El fluido que recorre el absorbedor refrigera las células fotovoltaicas, diodos de protección y by-pass.
La energía térmica transferida al fluido calor-portante puede ser aprovechada para A.C.S, calefacción u otros usos. Las dimensiones físicas, características térmicas y eléctricas son relativas, pues depende del tipo y número de células utilizadas y la potencia deseada.
Descripción de las figuras
Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria se acompañan unos dibujos, que tan solo a titulo de ejemplo se representa un caso práctico de realizar el panel solar híbrido fotovoltaico/térmico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico.
En dichos dibujos la figura 1, es una perspectiva del panel fotovoltaico donde se pueden apreciar las células fotovoltaicas representadas con líneas de trazo, situadas en la cara frontal (1); la cara posterior (2), y el marco de dicho panel (3), Los taladros (4) repartidos por el contorno del marco del panel y los tornillos (5); La figura 2 es una perspectiva del absorbedor de temperatura, donde se puede apreciar el serpentín (6) soldado en la cara posterior del mismo, también se aprecian los taladros roscados (10), repartidos por la contorno de la chapa (9). El racor roscado de entrada (7) del fluido calor-portante y el racor de salida (8). La figura 3 muestra el panel híbrido ensamblado y formando un solo dispositivo (la figura 1 más la figura 2, respectivamente), donde se pueden apreciar los tornillos (5) atornillados hasta su posición final, el marco del panel (3), el serpentín (6), la chapa del absorbedor (9) y los racores de entrada (7) y salida (8) para conectar las tuberías del fluido calor-portante. La línea y letras A- - -A', representan el lugar por donde se verá la sección de la figura 4, que ha sido ampliada con respecto a la figura 3, para tener más detalle de su composición. En la figura 4 se aprecia la cara frontal del panel fotovoltaico (1) con las células; detrás de las mismas está la cara posterior (2) de dicho panel, sobre la que se ha unido la chapa (9) que contiene el serpentín (6), con el racor de entrada (7). También se puede apreciar uno de los lados del marco (3), atravesado por dos de los tornillos (5), atornillados en la chapa (8).
Un modo de realizar la invención
Fabricar un absorbedor de temperatura (Figura 2) con una chapa de cobre, aluminio, o cualquier material con una buena conductividad térmica (9), cuyas dimensiones han de coincidir con la parte posterior (2) de un panel solar fotovoltaico convencional (figura 1), uniendo ambos para formar un conjunto, o montar las células fotoeléctricas sobre la chapa descrita. El espesor de dicha chapa (9) será el necesario para darle la rigidez necesaria al conjunto. A esta chapa (9) se le suelda un serpentín (5) de cobre, aluminio, o cualquier otro material con buena conductividad térmica, recorriendo toda la chapa que formará el absorbedor de temperatura (figura 2). Soldar unos racores en la entrada (7) y salida (8) del serpentín, con el fin de poder conectar las tuberías de entrada y salida del fluido calor-portante. Se practican unos taladros y rosca (10) en el canto de la chapa del absorbedor con el fin de fijarlo al marco del panel fotovoltaico (3) mediante tornillos (5) o cualquier otro medio de sujeción. Una vez elegido el panel, (cualquier potencia es válida), se practican unos taladros (4) en el marco del panel fotovoltaico (fig. 1), coincidiendo con los que se habían hecho en la chapa del absorbedor (10). Unir la cara posterior (2) del panel fotovoltaico (figura 1) y la chapa (9) del absorbedor de temperatura (figura 2) y fijar con tornillos (5) en los taladros roscados que existen en la chapa del absorbedor (10), formando de está manera un solo dispositivo (panel híbrido).
Al exponer al sol este panel híbrido, producirá electricidad, y se calentará con bastante rapidez, pero al hacer circular fluido calor-portante por el serpentín (6) disminuirá drásticamente su temperatura incrementando notablemente la eficiencia de las células fotovoltaicas. A la salida del absorbedor (8) el fluido que lo recorre tendrá una temperatura superior a la de entrada, dado que se ha producido un intercambio de temperaturas en el interior del serpentín. Este aumento de temperatura puede ser aprovechado en un acumulador de agua que contenga en su interior un intercambiador de temperatura o cualquier dispositivo con idéntico fin. También se podrá no aprovechar ese calor adicional y convertir el panel híbrido en un panel fotovoltaico refrigerado.
En caso de aprovechar la temperatura transferida desde las células es recomendable aislar térmicamente la cara posterior y el marco del panel híbrido para minimizar las pérdidas de calor.
Aplicación industrial
La presente invención que se describe puede ser aplicada en el sector industrial de la energía solar fotovoltaica, ya que la producción eléctrica en huertas solares es más rentable, debido a la refrigeración de las células que incrementa la potencia eléctrica producida. La instalación de energía solar en edificios también es más eficiente, ya que produce una cogeneración de electricidad y energía térmica, consiguiendo aprovechar más energía solar incidente por metro cuadrado.

Claims (1)

1. En el estado de la técnica solar actual, se fabrican módulos fotovoltaicos para la obtención de electricidad y colectores térmicos para obtener energía térmica. Ambos sistema son técnicamente distintos e independientes entre sí.
Panel solar híbrido fotovoltaico/térmico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico, que contiene un panel fotovoltaico y un absorbedor de temperatura compuesto por una chapa de cobre, aluminio o cualquier otro material con buena conductividad térmica, con un serpentín integrado, recorrido por un fluido calor-portante, cuya función es refrigerar las células fotovoltaicas, diodos de protección y by-pass que componen el panel. La energía térmica transferida desde el absorbedor al fluido calor-portador, puede ser aprovechada con un intercambiador de calor, y ser utilizada para A.C.S, calefacción u otros usos. Dicho panel solar híbrido está caracterizado, porque integra el captador fotovoltaico y el captador térmico simultáneamente, en un mismo dispositivo.
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