ES2324219T3 - Metodos y aparatos para la mejora del comportamiento al viento de los paneles fotovoltaicos. - Google Patents

Abstract

Método para conseguir la igualación adecuada de la presión entre las superficies superiores e inferiores (16; 116; 216; 316) de los módulos de paneles fotovoltaicos (PV) (14; 114; 214; 314) de una batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314), por lo menos con un deflector perimetral, comprendiendo el método: escoger una batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) soportada en una superficie de soporte (16; 116; 216; 316) y dispuesta de modo general paralela a la misma mediante elementos de soporte, definiendo la batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) un perímetro circunferencial cerrado; calcular el volumen de aire V de la batería, definido entre la batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) y la superficie de soporte (16; 116; 216; 316) con el volumen medido en metros cúbicos y la superficie en metros cuadrados, calcular el área interior del intersticio IGAP de la batería, definida como la suma de todas las áreas de intersticios entre superficies continuas (14; 114; 214; 314) situadas en el interior de la batería (12; 112; 212; 312) cuando son observadas en sentido vertical por encima de la batería (12; 112; 212; 312); caracterizado por el cálculo del área de intersticio perimetral PGAP definida como la menor de 1) el área PGA a lo largo del perímetro entre los bordes superiores de los módulos PV (14; 114; 214; 314) y la superficie de soporte (16; 116; 216; 316), ó 2) el área (D/MGA) a lo largo del perímetro entre los bordes superiores de los módulos PV (14; 114; 214; 314) y el perímetro del deflector; y determinar una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP) en una etapa de determinación de la proporción R; y si la proporción R no es menor que una proporción escogida: cambiar por lo menos, uno de los valores V, IGAP y PGAP; y repetir la etapa de determinación.

Description

Métodos y aparatos para la mejora del comportamiento al viento de los paneles fotovoltaicos.

Antecedentes de la invención

El aire que se desplaza sobre una batería de dispositivos fotovoltaicos (PV) montados en el techo de un edificio o en otras superficies de soporte, crea fuerzas ascensionales en los dispositivos PV producidas por el viento. Se han realizado muchos estudios en relación con el diseño y la evaluación de los dispositivos PV para reducir al mínimo las fuerzas ascensionales debidas al viento. Consultar las patentes U.S. Nºs: 5.316.592; 5.505.788; 5.746.839; 6.061.978; 6.148.570; 6.495.750; 6.534.703; 6.501.013; 6.570.084 y WO 02/16707 como ejemplo. La reducción de las fuerzas ascensionales debidas al viento proporciona diversas ventajas. En primer lugar, reduce el peso necesario por unidad de superficie de la batería. Esto reduce o elimina la necesidad de reforzar la superficie de soporte para soportar el peso de la batería, haciendo de esta forma que los montajes a posteriori sean más fáciles y se reduzca el coste, tanto de dichos montajes a posteriori como de las construcciones nuevas. En segundo lugar, reduce o elimina la necesidad de utilizar elementos de sujeción que penetren en la membrana del techo (o de otras superficies de soporte); contribuye a preservar la integridad de la membrana. En tercer lugar, se reduce el coste del transporte y de la instalación del dispositivo debido a la disminución de peso. En cuarto lugar, los dispositivos PV de poco peso son más fáciles de instalar que los dispositivos basados en el peso del lastre para contrarrestar las fuerzas ascensionales debidas al viento. En quinto lugar, cuando está diseñado de manera apropiada, el dispositivo puede servir de capa de protección por encima de la membrana del techo o de la superficie de soporte, protegiéndola de temperaturas extremas y de radiaciones ultravioleta.

Breve resumen de la invención

Un primer ejemplo, que no forma parte de la invención, es un método para mejorar la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de módulos PV que puede estar soportada y dispuesta generalmente paralela a una superficie de soporte mediante elementos de soporte. La batería de módulos PV define un perímetro circunferencial cerrado, un volumen V de aire de la batería definido entre la batería de módulos PV y la superficie de soporte, un área MGA del intersticio del módulo definida entre los módulos PV y un área PGA del intersticio perimetral definido a lo largo del perímetro entre los módulos PV y la superficie de soporte. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + PGA). Si la proporción R no es inferior a una proporción escogida, se modifica por lo menos uno de los valores de V, MGA y PGA y se repite la etapa de determinación.

La invención está enfocada a un método para conseguir una igualación adecuada de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de módulos PV que pueda estar soportada y dispuesta generalmente paralela a una superficie de soporte mediante elementos de soporte. La batería de módulos PV define un perímetro circunferencial cerrado. Se calcula un volumen de aire V de la batería, definido entre la batería de módulos PV y la superficie de soporte. Se calcula un área interior IGAP del intersticio de la batería, definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre las superficies continuas situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Se calcula un área perimetral de intersticio PGAP definida como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y la superficie del techo, ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP). Si la proporción R no es menor que una proporción escogida, se modifica por lo menos uno de los valores de V, IGAP y PGAP y se repite la etapa de determinación.

Un tercer ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a un método para mejorar la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de dispositivos PV que puedan ser soportados sobre una superficie de soporte. Por lo menos, algunos de dichos dispositivos PV comprenden (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene un deflector con bordes laterales inclinados y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que definen entre ambos un intersticio. La batería de dispositivos PV define un perímetro circunferencial cerrado, un volumen de aire V de la batería definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte, un área MGA de intersticio entre módulos definida entre los módulos PV, un área de intersticio perimetral PGA definida a lo largo del perímetro entre los dispositivos PV y la superficie de soporte, un área D/DGA de intersticio entre los dispositivos deflectores, definida entre los bordes opuestos de los bordes laterales de los lados inclinados de los dispositivos deflectores, y un área de intersticio ADGA del deflector del aire, definida entre los bordes superiores de los dispositivos deflectores del aire y los bordes superiores de los módulos PV. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + ADGA + PGA + D/DGA). Si la proporción R no es inferior a una proporción escogida, se modifica por lo menos, uno de los valores de V, MGA, ADGA, PGA y D/DGA y se repite la etapa de determinación.

Un cuarto ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a un método para mejorar la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de dispositivos PV que pueda ser soportada sobre una superficie de soporte. Por lo menos, algunos de dichos dispositivos PV comprenden: (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene unos bordes laterales inclinados del deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos, definiendo la batería de dispositivos PV un perímetro circunferencial cerrado. Se escoge un volumen de aire V de la batería, definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte. Se calcula un área interior IGAP de intersticio de la batería, definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre las superficies continuas situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Se calcula un área de intersticio perimetral PGAP definida como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y los dispositivos deflectores y la superficie del techo, ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral. Se tienen en cuenta cualesquiera obstrucciones debidas a cualesquiera soportes, restando las áreas bloqueadas por los soportes al calcular IGAP y PGAP. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP). Si la proporción R no es inferior a una proporción escogida se modifica, por lo menos, uno de los valores V, IGAP y PGAP y se repite la etapa de determinación.

Un quinto ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a un método para mejorar la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de dispositivos PV que pueda ser soportada sobre una superficie de soporte. Por lo menos, algunos de dichos dispositivos PV comprenden: (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene unos bordes laterales inclinados del deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos. La batería de dispositivos PV define un perímetro circunferencial cerrado, un volumen de aire V de la batería definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte, un área de intersticio MGA del módulo definida entre los módulos PV, un área de intersticio perimetral PGA definida a lo largo del perímetro entre los dispositivos PV y la superficie de soporte, un área de intersticio D/DGA entre dispositivo y deflector, definida entre los bordes opuestos de los bordes laterales inclinados del deflector, y un área de intersticio ADGA del deflector del aire definida entre los bordes superiores de los dispositivos deflectores del aire y los bordes superiores de los módulos PV. Se determina la presencia de cualesquiera elementos que obstaculicen el flujo de aire situados para obstaculizar el flujo de aire, al interior y/o al exterior del volumen de aire V de la batería. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + ADGA + PGA + D/DGA). Si la proporción R no es inferior a una proporción escogida se modifica, por lo menos, uno de los valores V, MGA, ADGA, PGA y D/DGA y se repite la etapa de determinación. Antes de la etapa de determinación de la proporción R, por lo menos uno de los valores de MGA y PGA puede ser ajustado en sentido de disminuirlo, en base a los resultados de la etapa de determinación de la obstaculización del flujo de aire.

Un sexto ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a un método para mejorar la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de una batería de módulos PV. Se escoge una batería de dispositivos PV que pueda ser soportada sobre una superficie de soporte. Por lo menos algunos de dichos dispositivos PV comprenden: (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene unos bordes laterales inclinados del deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos. La batería de dispositivos PV define un perímetro circunferencial cerrado. Se calcula un volumen de aire V de la batería, definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte. Se calcula un área interior IGAP de intersticio de la batería, definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre las superficies continuas situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Se calcula un área de intersticio perimetral PGAP definida como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y los dispositivos deflectores y la superficie del techo, ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral. Se determina la presencia de cualesquiera elementos de obstaculización del flujo de aire que obstaculicen el flujo de aire al interior y/o al exterior del volumen de aire V de la batería. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP). Si la proporción R no es inferior a una proporción escogida, se modifica por lo menos uno de los valores V, IGAP y PGAP y se repite la etapa de determinación. Antes de la etapa de determinación de la proporción R, por lo menos uno de los valores de IGAP y PGAP puede ser ajustado en el sentido de disminuirlo, en base a los resultados de la etapa de determinación de la obstaculización del flujo de aire.

Un séptimo ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte, una batería de módulos PV que comprende módulos PV que tienen superficies superiores e inferiores y soportes de los módulos PV que soportan los módulos PV sobre la superficie de soporte y generalmente paralelos a la misma. La batería de módulos PV define un perímetro circunferencial cerrado. Al exterior del perímetro se sitúa un dispositivo deflector perimetral del aire. Se define un volumen V de aire de la batería, entre la batería de módulos PV y la superficie de soporte. Se define un área MGA de intersticio de los módulos entre los módulos PV. Se define un área perimetral PGA de intersticio a lo largo del perímetro entre los módulos PV y la superficie de soporte. La instalación de PV define una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + PGA), siendo R inferior a una proporción escogida, siendo la proporción escogida no superior a 20, con lo cual se mejora la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de la batería de módulos PV.

Un octavo ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte, una batería de módulos PV que comprende módulos PV que tienen superficies superiores e inferiores, y soportes de los módulos PV que soportan los módulos PV sobre la superficie de soporte y generalmente son paralelos a la misma. La batería de módulos PV define un perímetro circunferencial cerrado. En el exterior del perímetro está situado un dispositivo deflector perimetral del aire. Se define un volumen V de aire entre la batería de módulos PV y la superficie de soporte. Se define un área interior IGAP de intersticio de la batería como la suma de todas las áreas de intersticio entre las superficies continuas situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Se define un área perimetral de intersticio PGAP como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y los dispositivos deflectores y la superficie del techo, ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral. La instalación de PV define una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP), siendo R inferior a una proporción escogida, siendo la proporción escogida no superior a 20, con lo cual se mejora la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de la batería de módulos PV.

Un noveno ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte, una batería de dispositivos PV y soportes de los dispositivos PV que soportan los dispositivos PV sobre la superficie de soporte. La batería de dispositivos PV comprende módulos PV que tienen superficies superiores e inferiores, comprendiendo por lo menos algunos de dichos dispositivos PV, (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene bordes laterales del deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos. La batería de dispositivos PV define un perímetro circunferencial cerrado. Un volumen de aire V de la batería está definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte. Entre los módulos PV está definida un área de intersticio MGA de los módulos. Un área perimetral de intersticio PGA está definida a lo largo del perímetro entre los dispositivos PV y la superficie de soporte. Un área de intersticio D/DGA entre dispositivo y deflector, está definida entre los bordes de los lados opuestos del deflector inclinado. Un área de intersticio ADGA del deflector del aire está definida entre los bordes superiores de los dispositivos deflectores del aire y los bordes superiores de los módulos PV. La instalación de PV define una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + ADGA + PGA + D/DGA), siendo R inferior a una proporción escogida, siendo la proporción escogida no superior a 20, con lo cual se mejora la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de la batería de módulos PV.

Un décimo ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte, una batería de dispositivos PV y soportes de dispositivos PV que soportan los dispositivos PV sobre la superficie de soporte. La batería de dispositivos PV comprende módulos PV que tienen superficies superiores e inferiores comprendiendo, por lo menos algunos de dichos dispositivos PV, (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene bordes laterales del deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos. La batería de dispositivos PV define un perímetro circunferencial cerrado. Un volumen de aire V de la batería está definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte. Un área interior IGAP de intersticio de la batería está definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre las superficies continuas situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Se define un área perimetral de intersticio PGAP como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y los dispositivos deflectores y la superficie del techo, ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral. La instalación de PV define una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP), siendo R inferior a una proporción escogida, siendo la proporción escogida no superior a 20. De este modo se mejora la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de la batería de módulos PV. La instalación de PV puede incluir asimismo dispositivos laterales deflectores del aire a lo largo de una parte del perímetro, opuesta a los bordes laterales inclinados de una serie de dichos módulos PV inclinados y un área de intersticio D/MGA entre deflector y módulo, entre los dispositivos laterales deflectores del aire y el perímetro; con lo que, cuando D/MGA es menor que PGA, la proporción RX en que RX = V dividido por (MGA + D/MGA) es menor que la proporción escogida.

Un onceavo ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte, un dispositivo PV y un soporte de dispositivos PV que soporta el dispositivo PV sobre el mismo y directamente opuesto a la superficie de soporte. El dispositivo PV comprende un borde delantero, un borde posterior y unos primeros y segundos bordes laterales que unen los bordes delanteros y posteriores, definiendo los bordes la periferia de un dispositivo PV. La periferia del dispositivo PV y la superficie de soporte definen un área de intersticio preliminar entre ambas. Por lo menos, una primera parte de la periferia del dispositivo PV está separada de la superficie de soporte por medio, por lo menos, de una primera distancia. Un volumen de aire V está definido entre el dispositivo PV y la superficie de soporte. El dispositivo PV comprende un deflector del aire situado, por lo menos substancialmente, a lo largo de la totalidad de la primera parte de la periferia y bloqueando una parte del área preliminar de intersticio, de manera que define un área de intersticio efectiva (EGA) que se abre al volumen de aire. De este modo se mejora la igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los módulos PV de la batería de módulos PV, a la vez que se reducen las fuerzas ascensionales creadas por el flujo del viento por encima de los módulos PV.

Un doceavo ejemplo, que no forma parte de la invención, está enfocado a una instalación de PV que comprende una superficie de soporte y una batería de módulos PV, comprendiendo dicha batería por lo menos tres filas de módulos PV. Una primera trayectoria está definida entre un primer par de las filas y una segunda trayectoria está definida entre un segundo par de las filas. Se utilizan soportes para soportar los módulos PV sobre la superficie de soporte. A lo largo de las primeras y segundas trayectorias están situadas unas primeras y segundas pistas. Un carro de acceso está soportado en las primeras y segundas pistas y puede desplazarse a lo largo de las mismas. De este modo se consigue acceder, por lo menos a una parte de una fila de módulos PV. El carro de acceso puede comprender un dispositivo de limpieza de los módulos PV. El dispositivo de limpieza de los módulos PV puede comprender un dispositivo de posicionado global (GPS) del dispositivo de limpieza de los módulos PV con lo cual puede seguirse la limpieza de la batería de acuerdo con la posición del GPS.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1 y 2 son vistas simplificadas en planta y en alzado lateral de una instalación de PV;

la figura 3 en una vista de la figura 1 mostrando en sombreado el área de intersticio del módulo;

la figura 4 es una vista similar a la figura 2 mostrando en sombreado el área perimetral;

la figura 5 es una vista similar a la figura 3 mostrando el área de intersticio entre deflector y módulo;

la figura 6 es una vista similar a la figura 4 mostrando el intersticio del módulo y el intersticio perimetral;

las figuras 7 y 8 son vistas similares a las figuras 5 y 6, que muestran como se determina el volumen de aire de debajo de la batería de los módulos PV;

las figuras 9 y 10 son vistas similares a las figuras 1 y 2, mostrando los módulos PV inclinados y los dispositivos posteriores deflectores del aire, habiendo sido eliminado en la figura 10 para mayor claridad el deflector del aire situado más a la derecha;

la figura 11 es una vista lateral de los módulos PV de la figura 9;

las figuras 12 y 13 son vistas similares a las figuras 9 y 10 utilizando el sombreado para mostrar las áreas de intersticio de los módulos, las áreas de intersticio del deflector y las áreas de intersticio perimetrales;

las figuras 14 y 15 son similares a la figura 12, mostrando la figura 14 las áreas de intersticio entre los dispositivos deflectores y los módulos, y mostrando la figura 15 las áreas de intersticio entre los dispositivos deflectores;

la figura 16 registra en un diagrama el tiempo de igualación de la presión, frente a la proporción del volumen de aire por debajo de la batería con respecto a las áreas de intersticio sin obstrucciones;

la figura 17 registra en un diagrama el desplazamiento, frente a la proporción del volumen de aire por debajo de la batería con respecto a las áreas de intersticio sin obstrucciones;

las figuras 18 a 20 son diagramas del desplazamiento vertical calculado de tres tamaños diferentes de dispositivos PV con respecto a la altura de los dispositivos PV por encima de la superficie de soporte, para tres diferentes intersticios entre PVs;

las figuras 21A y 21B muestran el tiempo de igualación de la presión para un cierto número de diseños PV diferentes, calculados para diferentes condiciones perimetrales, 0% abierto, 25% abierto y 100% abierto;

la figura 21C es un cuadro que identifica los cálculos utilizados para crear los gráficos de las figuras 21A y 21B;

la figura 22A es una vista en alzado lateral simplificada de un dispositivo de PV que tiene un armazón de soporte relativamente no aerodinámico;

la figura 22B es una vista, a mayor escala, de un extremo del dispositivo de la figura 22A;

las figuras 22C a la 22F son vistas similares a las de las figuras 22A y 22B de ejemplos alternativos que tienen armazones de soporte más aerodinámicos;

la figura 23A es una vista en alzado lateral simplificada de un dispositivo de PV que tiene un elemento estructural relativamente no aerodinámico;

la figura 23B es una vista, a mayor escala, de un extremo del dispositivo de la figura 23A;

la figura 23C es una vista desde el extremo, de la estructura de la figura 23B mostrando la forma no aerodinámica del elemento estructural;

las figuras 23D a 23F son vistas similares a las de las figuras 23A a 23C de un ejemplo alternativo que tiene un elemento estructural más aerodinámico;

las figuras 24A y 24B muestran cada una de ellas un par de dispositivos de PV que se acoplan con los dispositivos de la figura 24B que tienen un intersticio mayor que los dispositivos de la figura 24A para ayudar a favorecer el flujo de aire desde debajo de los dispositivos para reducir el tiempo de igualación de la presión;

la figura 25 muestra la utilización de canales por debajo de los dispositivos de PV de la figura 24B para favorecer el flujo de aire por debajo de los dispositivos;

las figuras 26 y 26A son vistas isométricas y en planta de una batería de módulos PV en pendiente, fabricados según la invención para facilitar el montaje en el propio emplazamiento;

las figuras 26B, 27, 28 y 29 son vistas, a mayor escala, de diferentes partes del dispositivo de la figura 26;

la figura 29A es una vista de la parte inferior de la estructura de la figura 29;

la figura 29B es una vista, a mayor escala, de una parte de la estructura de la figura 29A mostrando el soporte del extremo con el brazo superior del soporte sin estar sujeto a nada;

la figura 29C es una vista de la parte inferior en un ángulo inverso del soporte más elevado de la figura 29 mostrando su sujeción a un elemento de fijación;

la figura 29D es una vista similar a la de la figura 29C pero tomada entre dos filas adyacentes de módulos PV;

la figura 29E es una vista similar a la de la figura 29B pero tomada entre dos filas adyacentes de módulos PV;

la figura 30 es una vista lateral, a mayor escala, mostrando la unión de un módulo PV y los bordes superpuestos de los dispositivos deflectores del aire adyacentes;

la figura 31 es una vista lateral, a mayor escala, de una parte de la estructura de la figura 26B;

la figura 32 es una vista similar a la figura 31 mostrando la utilización de un deflector lateral prolongado;

la figura 33 es una vista por el extremo que muestra un deflector inclinado como alternativa al deflector lateral generalmente vertical de la figura 26B;

la figura 34 muestra una instalación de PV realizada de acuerdo con un aspecto adicional de la invención, en la cual los soportes no solamente soportan los módulos PV, sino que actúan asimismo como pistas para un carro de acceso;

las figuras 35 y 36 son vistas laterales, y a mayor escala, de una parte de la instalación de la figura 34; y

la figura 37 muestra una alternativa al módulo PV, específicamente un módulo PV del tipo de concentración de la luz, para ser utilizado con la presente invención.

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Descripción detallada de la invención

Las figuras 1 y 2 son respectivamente vistas en planta y en alzado lateral de una instalación de PV (10), incluyendo la instalación (10) una batería (12) de módulos PV (14) soportados mediante una superficie de soporte (16), habitualmente el techo de un edificio. La batería (12) de los módulos PV (14) define un perímetro circunferencial cerrado (18). La instalación (10) incluye asimismo un deflector perimetral (20) que rodea el perímetro (18) y está separado del mismo, y los soportes (22) de los módulos PV que soportan los módulos PV (14) por encima de una superficie de soporte (16). La construcción general de la instalación de PV (10) puede ser convencional, tal como la dada a conocer en una o varias de las patentes referenciadas anteriormente con posibles modificaciones a modo de ejemplo que se comentarán más adelante. Por ejemplo, los módulos PV (14) están preferentemente interconectados entre sí para mejorar la resistencia a las fuerzas ascensionales del viento. El número, forma, orientación y disposición de los módulos PV (14) así como el dispositivo (20) perimetral deflector del aire y los soportes (22), pueden variar con respecto a lo mostrado, siendo la instalación de PV (10) una instalación simplificada a modo de ejemplo utilizada para ayudar al lector.

Las figuras 3 a 8 se utilizan para identificar determinadas áreas, volúmenes, dimensiones y zonas asociadas con la instalación de PV (10). La figura 3 muestra un área (MGA) (26) de intersticio de módulos definida entre los módulos PV (14). La figura 4 muestra un área perimetral de intersticio (PGA) (28). Suponiendo que la superficie de soporte (16) sea horizontal, el área perimetral de intersticio (28) será el área que se extiende verticalmente entre los módulos PV (14) y la superficie de soporte (16) a lo largo del perímetro (18). La figura 5 muestra un área de intersticio entre el deflector y el módulo (D/MGA) (30), definida entre el perímetro (18) y el deflector de aire perimetral (20). La figura 6 muestra un intersticio (32) del módulo y un intersticio (34) del perímetro. Las figuras 7 y 8 muestran cómo se calcula el volumen de aire de debajo de la batería (12). Es decir, se determina el área del perímetro (18) multiplicando la dimensión X por la dimensión Y, y a continuación se halla el volumen de aire V multiplicando el producto por la altura H. Debe tenerse en cuenta que cuando se utiliza una base aislante con los módulos PV (14) de modo que la base aislante está situada contra la superficie de soporte (16) y se crea un espacio de aire entre la base aislante y los módulos PV (14), habitualmente se modifica el cálculo del volumen de aire para eliminar el volumen de la base del volumen de aire V.

Las figuras 9 a 15 muestran la instalación de PV (110) con numerales similares (por ejemplo, -10- en vez de -110-) para referirse a elementos similares. La instalación (110) utiliza módulos PV (114) en pendiente que tienen unos bordes inferiores y superiores (140), (142) e inclinados a los bordes laterales (144), (146). La instalación (110) incluye asimismo deflectores del aire (148), teniendo cada deflector del aire (148) unos bordes laterales inclinados (150), (152) del deflector, un borde superior (154) del deflector opuesto al borde superior (142) y un borde inferior (156) del deflector. Los bordes (142), (154) definen un intersticio (158) y un área de intersticio del deflector del aire (ADGA) (160) entre los mismos, ver figura 12. Habitualmente la distancia entre los bordes (140) y (156) y la superficie de soporte (116) es suficientemente pequeña de manera que no se necesita un deflector del aire a lo largo de dichos bordes. Sin embargo, se utilizan deflectores laterales (162) del aire a lo largo del perímetro (118) opuestos a los bordes laterales (144), (146), (150), (152). Se define un área (D/DGA) (164) de intersticio entre los deflectores, entre los bordes laterales opuestos (150), (152), tal como se muestra en la figura 15. El volumen de aire V para los módulos PV en pendiente de las figuras 9 a 15 es el volumen de aire limitado por la superficie de soporte (116), las áreas perimetrales de intersticio (PGA) (128) y las partes inferiores de los módulos PV (114) y los dispositivos deflectores del aire (148).

Las figuras 22A y 22B muestran un dispositivo de PV (24A) que comprende un módulo (14A) sujeto a un armazón de soporte (22A) relativamente no aerodinámico. El armazón de soporte (22A) es a la vez plano y relativamente alto, por ejemplo, de unos 4 cm de altura. Por el contrario, el dispositivo PV (24B) de las figuras 22C y 22D muestra un armazón de soporte (22B) que tiene una forma aerodinámica, que es más redondeado y más corto, de unos 1,3 cm de altura, que el armazón de soporte (22A). Las figuras 22E y 22F muestran un dispositivo de PV (24C) que tiene un armazón de soporte (22C) que es más aerodinámico que el armazón de soporte (22A) teniendo una altura alrededor de un tercio mayor que el armazón de soporte (22), pero quizás no tan aerodinámica como el soporte redondeado (22B) de las figuras 22C y 22D. Una ventaja del armazón de soporte (22B) sobre el armazón de soporte (22C) es que el borde interior (22D) del armazón de soporte (22B) es redondeado, lo cual mejora las cualidades aerodinámicas de la parte interior del armazón de soporte.

Las figuras 23A a 23C demuestran como la forma del elemento estructural (43) que está sujeto al armazón de soporte (22C) del módulo PV puede afectar a la resistencia al viento. Aunque no se muestra en las figuras 23A a 23C, los elementos estructurales (43) están montados en el techo o en otra superficie de soporte mediante soportes separados, de manera que el aire pasa fácilmente por debajo de los elementos estructurales. En la figura 23C las flechas representan el viento chocando contra los elementos estructurales (43). Debido a la forma en "C" del elemento estructural, éste no tiene una forma geométrica aerodinámica; se producen grandes fuerzas de resistencia al avance cuando el viento choca contra el elemento estructural en la orientación mostrada. Las figuras 23D a 23F muestran el planteamiento preferente en el que, en el caso del elemento estructural (43A), la forma en "C" del elemento estructural (43) es sustituida por un perfil con bordes redondeados que reduce la resistencia al avance sobre el elemento estructural (43A) y de este modo se reduce la resistencia al avance en el dispositivo PV (24D).

Las figuras 24A y 24B muestran cada una de ellas un par de dispositivos PV aislados (25) que comprenden soportes (22) de montaje de los módulos PV (14) a una base aislada (27), estando soportado el dispositivo (25) mediante la superficie de soporte (16). Los dispositivos (25) están entrelazados mediante la utilización de una estructura de entrelazado (29) de lengüetas y ranuras. En la figura 24A está formada un intersticio (31) relativamente pequeña entre las bases aislantes (27). El intersticio (131) relativamente pequeño limita el flujo de aire e incrementa el tiempo de igualación de la presión. El mejor comportamiento frente al viento se consigue con una rápida igualación de la presión. Por el contrario, la figura 24B muestra un intersticio mayor (31) que reduce el tiempo de igualación de la presión y de este modo mejora el comportamiento frente al viento. Asimismo, la incorporación de orificios pasantes (no mostrados) en la base aislante (27) proporciona también trayectorias de igualación de la presión en la zona entre la base (27) y la superficie de soporte (16) para contribuir a reducir el tiempo de igualación de la presión.

La figura 25 muestra una estructura similar a la de la figura 24B con la inclusión de pequeños canales (33) bajo la base (27) para favorecer el flujo por debajo de la base (27) y a través de los intersticios (31), también para favorecer una rápida igualación de la presión. Debe destacarse sin embargo que la altura de los canales (33) debe ser reducida al mínimo, de modo que las ventajas proporcionadas por los pasos para el flujo creados mediante los canales (33) no se vean afectadas negativamente por el mayor volumen de aire que es necesario igualar. El incremento del volumen de aire creado al disponer los canales (33), puede ser, y habitualmente debe ser compensado incrementando el tamaño de los intersticios (31) o añadiendo orificios en la base (27), o ambas cosas.

Las figuras 26 a 31 dan a conocer un ejemplo alternativo adicional diseñado para facilitar el montaje en el propio emplazamiento de una batería (212) de módulos PV (214) en pendiente para crear una instalación de PV (210) con numerales de referencia similares para referirse a elementos similares. Se utilizan soportes (222) tanto para soportar el módulo PV (214) como para sujetar los módulos PV adyacentes entre sí. Cada soporte (222) comprende una base (270), un brazo de soporte (272) con un borde superior que se extiende en sentido ascendente y un brazo de soporte (274) con un borde inferior con una pendiente moderada. Los brazos de soporte (272), (274) tienen cada uno de ellos una lengüeta (276), (278) con aberturas (ver figuras 28 y 29A) que se extiende desde los mismos y se utiliza para soportar el módulo PV (214) en los bordes superiores e inferiores (242), (240) del módulo PV (214). La figura 30 muestra la sujeción de los bordes superiores (242) de dos módulos PV (214) adyacentes a la lengüeta (276) con aberturas del brazo superior de soporte (272) y las lengüetas con aberturas (282) superpuestas de dos deflectores posteriores del aire (248) adyacentes (y ligeramente superpuestos) mediante un elemento de fijación (280). El elemento de fijación (280) incluye un vástago roscado (284) sujeto a la lengüeta (276) y que se extiende hacia el exterior de la misma, y una grapa (286) de puesta a tierra empujada hacia la lengüeta (276) por medio de una tuerca interior (288). Una parte metálica de cada uno de los módulos PV (214) adyacentes está sujeta entre la grapa (286) y la lengüeta (276). Las lengüetas (282) con aberturas de los dispositivos posteriores (248) deflectores del aire están aprisionadas entre una tuerca exterior con valona (290) y una tuerca interior (288). El borde inferior (256) del deflector posterior (248) del aire tiene una lengüeta que se acopla a una ranura (292) formada en la base (270) del soporte (222). El borde inferior (240) del módulo PV (214) está sujeto al soporte (222) utilizando la lengüeta (278) y un elemento de fijación similar al elemento de fijación (280), incluyendo un vástago que se extiende desde la lengüeta (278), una grapa de puesta a tierra y una tuerca. Pueden utilizarse otras estructuras de montaje.

En el ejemplo de las figuras 26 a 31, los módulos PV (214) en el interior de cada fila de módulos PV son adyacentes entre sí, de modo que no existe intersticio de aire entre ellos. No obstante, los dispositivos laterales (262) deflectores del aire están sujetos al módulo PV (214) a lo largo de los bordes laterales de la batería (212). Los dispositivos laterales (262) deflectores del aire, tienen unas lengüetas ranuradas (291) que se extienden hacia el interior, las cuales están acopladas mediante los elementos de fijación a lo largo de los bordes inferior y superior (240) y (242) de los módulos PV (214). Entre los dispositivos laterales (262) deflectores del aire y los bordes adyacentes del módulo PV (214) se forma un intersticio de aire (230).

El soporte (222) es habitualmente un soporte metálico doblado, fabricado, por ejemplo de una chapa de metal, de aluminio plegado, aluminio extrusionado, acero inoxidable o de otro metal. No obstante, el soporte (222) podría estar fabricado asimismo de plástico, hormigón, fibra de vidrio o de otro material. El soporte (222) incluye asimismo un tope de protección (293) habitualmente fabricado de goma o de otro material adecuado adherido a la base (270). Aunque el tope (293) es un componente opcional del dispositivo, el tope (293) ayuda a impedir que la batería (212) de módulos PV (214) rasque o dañe de alguna otra forma la superficie de soporte (216). Tal como se muestra en la figura 31, las filas adyacentes de módulos PV (214) pueden estar suficientemente separadas para proporcionar un pasillo (294) entre las filas.

La figura 32 da a conocer un ejemplo alternativo adicional que utiliza deflectores laterales extendidos (262A), estando los deflectores laterales extendidos, algo superpuestos en (296). Utilizando este tipo de deflector lateral se puede eliminar la necesidad de utilizar un reborde u otro tipo de barrera periférica que rodee la batería (212).

La figura 33 muestra un ejemplo adicional en el cual el deflector lateral es un dispositivo lateral (262B) en ángulo, deflector del aire. Actualmente se prefiere dicho deflector en ángulo; no obstante, habitualmente los problemas de fabricación son mayores que en el caso de los deflectores laterales del aire en sentido vertical.

Las figuras 34 a 36 muestran un ejemplo adicional. Una instalación de PV (310) comprende una batería (312) de módulos (314) montados en una superficie de soporte (316). Los soportes (322) están diseñados no sólo para soportar los módulos PV (314) y unir entre sí los módulos PV (314) adyacentes, sino también para soportar las pistas (317) con canales en U que se extienden entre los soportes (322). Las pistas (317) con canales en U se utilizan para soportar las ruedas (319) de un carro de acceso (321), estando montadas las ruedas en el cuerpo (323) del carro. El carro de acceso (321) puede ser utilizado para la limpieza, mantenimiento y reparación de la batería PV (312), aparte de facilitar el acceso a regiones generalmente inaccesibles de la batería. El carro (321) puede llevar cepillos (355) (ver figura 36), pulverizadores u otros dispositivos de limpieza para limpiar los módulos PV (314). El carro (321) puede ser autopropulsado, accionado manualmente, controlado automáticamente, controlado manualmente o una combinación de los mismos. Los módulos (314) se muestran con una ligera inclinación, asimismo pueden utilizarse otros ángulos desde una inclinación nula hasta una inclinación mayor. Si se desea, las ruedas (319) pueden ser de diámetros diferentes para proporcionar un espacio suficiente cuando los módulos PV (314) están inclinados. Asimismo, los soportes (322) pueden estar diseñados para soportar dos pistas (317) con canales en U a alturas diferentes cuando los módulos PV (314) están inclinados.

En vez de las ruedas (319), unos patines o topes deslizándose a lo largo de las pistas (317) con canales en U pueden soportar el carro (321). El carro (321) puede ser motorizado o puede desplazarse utilizando, por ejemplo, mástiles, cables, cadenas o cuerdas. Asimismo, el desplazamiento del carro (321) puede ser controlado a distancia utilizando, por ejemplo, un sistema global de posicionado (GPS). El carro (321) puede abarcar asimismo más de una fila de módulos PV (314).

El ejemplo dado a conocer anteriormente, da a conocer la utilización de módulos PV convencionales. Si se desea, los módulos PV pueden ser del tipo de concentración de la luz. Los módulos PV (336) del tipo de concentración de la luz, ver figura 37, tienen habitualmente una batería de lentes (337) u otros dispositivos de concentración de la luz situados por encima del substrato PV (338), de modo que incrementan la intensidad de la luz recibida por el substrato PV. Esto permite reducir el porcentaje de área activa (339) del substrato PV generadora de electricidad, si se compara con los substratos PV del tipo sin concentración de la luz. Esto contribuye a hacer que la utilización de materiales más eficientes en la generación de electricidad en el substrato PV, sea de un coste más reducido.

Para conseguir una comprensión mejor de la contribución relativa de la igualación de la presión y de las fuerzas aerodinámicas en el comportamiento frente al viento de los sistemas PV, se han realizado simulaciones de dinámica de fluidos mediante ordenador (CFD) combinadas con estudios en túnel de viento, en módulos PV planos (ver figuras 1 a 8) y en módulos PV en pendiente (ver figuras 9 a 15), con y sin una base aislante de espuma.

Los efectos de la proporción del volumen respecto al área del intersticio en la igualación de la presión, y los efectos de la forma geométrica en las fuerzas aerodinámicas han sido cuantificados y se comentan más adelante.

Se han realizado diversos descubrimientos que pueden clasificarse aproximadamente como mejoras en la comprensión de 1) Igualación de la presión, 2) Aerodinámica, y 3) Otros: peso, interconexión, fricción, mecanismos de producción.

El siguiente comentario se refiere a los resultados de los ensayos resumidos en las figuras 16 a 21.

La figura 16 demuestra dos puntos clave: (1) el tiempo para la igualación de las presiones por encima y por debajo del módulo PV depende en gran parte de la proporción V/Ga, y (2) el tiempo para la igualación de las presiones es solamente una función de la forma geométrica y no depende del peso del sistema. En las figuras 16 y 17, V = el volumen de aire por debajo de la batería, mientras que Ga = el área del intersticio sin obstrucciones que está abierto a la región del volumen de aire. Es deseable una igualación rápida de las presiones, por encima y por debajo del módulo PV. Si la igualación se produce rápidamente, la inercia del sistema PV será capaz de resistir las variaciones de presión ocasionadas por el flujo dinámico del viento. Si la igualación de presiones tarda mucho en producirse, posiblemente pueda superarse la inercia del sistema y el sistema PV sufrirá desplazamientos.

El peso del sistema no juega ningún papel en el tiempo de igualación de la presión; no obstante, es uno de los mecanismos de regulación que limitan el desplazamiento que se produce durante el proceso de igualación de la presión. El otro mecanismo de regulación es la proporción V/Ga. Esto se demuestra mediante la figura 17. Este gráfico muestra que un sistema más pesado tendrá menos desplazamiento que un sistema más ligero con la misma proporción V/Ga e iguales intersticios perimetrales. Es deseable limitar el desplazamiento que puede experimentar un sistema durante las variaciones de presión del viento porque la tensión en los componentes estructurales quedará reducida a un mínimo, reduciendo de este modo el riesgo de un fallo.

Las figuras 18 a 20 demuestran el efecto del tamaño del PV en el desplazamiento vertical que puede producirse, en base a la una simulación CFD durante el periodo de igualación de la presión, así como el efecto del intersticio entre módulos PV en el desplazamiento vertical. Suponiendo que se utiliza el misma intersticio entre módulos PV y que el PV está instalado a la misma altura sobre el techo, los módulos PV menores tendrán un área de intersticio mayor en la superficie de la batería PV que los módulos PV más grandes.

La figura 18 muestra desplazamientos de módulos PV de diversos tamaños, para diversas alturas sobre el techo. El gráfico muestra que con una batería de módulos PV de 61 por 61 cm (24'' por 24'') con un intersticio de 2,51 cm (1'') entre módulos adyacentes, y una altura de 23 cm (9'') entre los módulos PV y el techo, puede esperarse un desplazamiento de 1 mm. En el caso de una batería de módulos PV de 1,2 m por 1,2 m (48'' por 48'') con el mismo intersticio de 2,51 cm (1'') entre módulos PV y 9'' de altura por encima del techo, podría producirse un desplazamiento de unos 5 mm, y una batería de módulos de 2,4 m por 2,4 m (96'' por 96'') con una forma geométrica similar experimentaría un desplazamiento vertical de 27 mm.

Puede observarse el efecto del intersticio entre módulos PV comparando los datos de las figuras 18 a 20. En la figura 18, un módulo PV de 2,4 m por 2,4 m (96'' por 96'') que pesa 113 Pa (2,36 psf), con una altura de 7,6 cm (3'') por encima del techo y 2,51 cm (1'') de intersticio entre módulos PV, sufriría un desplazamiento vertical de 3 mm. La figura 19 muestra que si el intersticio entre módulos PV se aumentara a 5 cm (2''), podría esperarse un desplazamiento vertical de 1 mm. La figura 20 muestra que si el intersticio aumentara a 10 cm (4''), podría esperarse un desplazamiento vertical de 0,2 mm. Esto demuestra las ventajas de incrementar el área del intersticio en la superficie del sistema PV al reducirse la proporción V/Ga y disminuir el tiempo de igualación de la presión así como el desplazamiento vertical.

Las figuras 21 A, B y C están basadas en cálculos y se utilizan para demostrar el efecto del intersticio perimetral. Si no existe ninguna obstrucción al flujo de aire desde debajo de una baldosa perimetral a través del intersticio perimetral (tal como se muestra en la figura 6, punto 34), entonces el perímetro está abierto al 100%. Si un objeto bloquea el área perimetral de intersticio, la proporción del bloqueo con respecto al área perimetral original puede ser determinada en forma de porcentaje. Las figuras 21 A y B muestran el tiempo de igualación de la presión para diseños diversos (cualquiera de los diseños tiene la misma zona PV, el mismo intersticio, el mismo peso PV y la misma altura sobre el techo). El eje y de la figura 21A llega hasta 70 ms, mientras que en la figura 21B el eje y está limitado a 20 ms para mayor claridad. La figura 21C es una tabla de los datos sin procesar utilizados para las figuras 21A y B, de modo que puede verse la forma geométrica de cada diseño. Para cada diseño se facilita el tiempo de igualación de la presión para diversos porcentajes de apertura del intersticio perimetral, incluyendo un bloqueo del perímetro de 0%, 25% y 100% de la apertura perimetral. Estas figuras demuestran que cuanto menor es el bloqueo en el perímetro, más rápida será la igualación de la presión.

Consideraciones de diseño A. Igualación de la presión

1. Existe una fuerte dependencia de la proporción entre el volumen y el área del intersticio del sistema PV. El volumen se refiere al volumen de aire por debajo de la totalidad del sistema PV (por ejemplo, el volumen de aire V). El área del intersticio se refiere a la suma de todas las áreas de intersticio entre módulos y al área de intersticio entre los bordes superiores de los módulos PV y la superficie del techo (por ejemplo, el área del intersticio -26- del módulo más el área del intersticio perimetral -28-). Debe tenerse en cuenta que algunas partes de estas áreas de intersticio están habitualmente obstruidas por el sistema de soporte PV (por ejemplo, los soportes -22- de los módulos PV). Se tiene en cuenta la obstrucción del sistema de soportes para restar las áreas bloqueadas por los soportes del área de intersticio al calcular la proporción del volumen con respecto al área del intersticio. Por consiguiente, en las ecuaciones siguientes se pretende que las áreas de intersticio se refieran al área de intersticio sin obstrucciones para una región determinada. La proporción volumen con respecto a intersticio (por ejemplo, la proporción R, en que
R = V dividido por (MGA + PGA) debe ser mantenida tan pequeña como sea posible para un comportamiento óptimo al viento (haciendo referencia a las figuras 16 y 17). La proporción (con el volumen medido en metros cúbicos y el área medida en metros cuadrados) es preferentemente inferior a unos 20 metros, más preferentemente inferior a unos 10 metros, incluso más preferentemente menos de unos 2 metros y todavía más preferentemente menos de 1 metro. V/Ga puede ser escogido de la forma siguiente. Puede crearse un gráfico similar al de la figura 17 para cualquier peso del módulo PV. Para un peso dado del módulo PV, debe comprobarse este gráfico para determinar una proporción V/Ga que limite el desplazamiento vertical preferentemente a 50 mm, más preferentemente a menos de unos 25 mm, y todavía más preferentemente a menos de 1 mm. La proporción V/Ga que se ha seleccionado debe ser introducida en el gráfico mostrado en la figura 16. Debe determinarse el tiempo de igualación para la V/Ga escogida tal como se muestra en la figura 16. Este valor debe ser preferentemente inferior a 20 ms, más preferentemente menor de 8 ms y todavía más preferentemente menor de 1 ms. Si el valor de V/Ga escogido originalmente es mayor que el valor preferente mostrado descrito anteriormente, debe escogerse el menor de los dos valores V/Ga. Debe tenerse en cuenta que PGA será habitualmente una pequeña fracción de MGA y que puede ser nulo. Probablemente el sistema no funcionará como se desea si MGA fuera nulo y toda el intersticio se produjera en el componente PGA. Para limitar el desplazamiento del sistema PV, la proporción R adecuada depende asimismo del peso por unidad de superficie del sistema PV. Esto se muestra en la sección siguiente titulada "Consideraciones sobre las características del diseño".

2. Expresado de otra forma, el volumen se refiere al volumen de aire debajo de la totalidad del sistema PV (por ejemplo, el volumen V de aire). El área del intersticio IGAP definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre superficies continuas (por ejemplo, módulos PV) situadas en el interior de la batería, observadas en sentido vertical por encima de la batería. Por ejemplo, IGAP para la figura 1 es igual a MGA (26) mientras que IGAP para la figura 9 es igual a la suma de MGA (126), ADGA (160) y D/DGA (164). El área de intersticio PGAP se refiere a la suma de todas las áreas de intersticio en el perímetro de la batería, definidas además como la menor de: 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y la superficie del techo (zona de intersticio perimetral (PGA) -28-), ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y un dispositivo deflector perimetral (zona de intersticio perimetral -30- (D/MGA)). Debe tenerse en cuenta que algunas partes de estas áreas de intersticio están habitualmente obstruidas por el sistema de soporte del PV (por ejemplo, los soportes -22- de los módulos PV). Se tiene en cuenta la obstrucción del sistema de soporte para restar las áreas bloqueadas por los soportes al calcular IGAP y PGAP. Por consiguiente, en las ecuaciones siguientes, se pretende que las áreas de intersticio se refieran al área de intersticio sin obstrucciones para una cierta área. La proporción de volumen respecto a intersticio (por ejemplo, la proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP) debe mantenerse tan pequeña como sea posible para un comportamiento óptimo frente al viento (referencia a las figuras 16 y 17).

3. Puede ser deseable igualar la presión en 10 a 20 ms o menos, de modo que la inercia de los módulos PV sea suficiente para resistir el desplazamiento durante las ráfagas de viento.

4. Puede ser deseable limitar el desplazamiento vertical de los PV a 2-5 mm o menos, excepto que se utilicen interconexiones flexibles, resistentes a la fatiga.

5. Puede ser deseable un intersticio entre deflector y PV (por ejemplo, el intersticio perimetral -34-) de 2,5 cm o mayor para reducir la fuerza ascensional debida al viento en un módulo PV en pendiente, con o sin aislamiento con espuma.

6. Unos intersticios mayores entre módulos PV mejoran el comportamiento frente al viento (referencia, figuras 18, 19 y 20). No obstante, el incremento del intersticio tiene un límite ya que los intersticios crean oportunidades para una acumulación de presión positiva bajo el sistema PV, para lo cual debe procederse a soluciones aerodinámicas, por ejemplo, utilizando deflectores del aire en los intersticios y componentes aerodinámicos para reducir la resistencia al flujo de aire en el volumen de aire V. Los intersticios deben estar situados estratégicamente para evitar regiones que experimenten presiones positivas, tales como cualquier superficie que no sea paralela al techo. Los intersticios deben estar protegidos de la penetración del viento por debajo del sistema PV mediante la utilización de dispositivos deflectores del viento.

7. El mantenimiento de un intersticio entre un reborde perimetral y los módulos PV de modo que el aire pueda fluir a través del mismo, es beneficioso para el comportamiento frente al viento. Esto se muestra en forma de % de perímetro abierto en las figuras 21A, 21B y 21C para diversos diseños de PV. Un 0% de perímetro abierto significa que el perímetro está completamente bloqueado. 100% de perímetro abierto significa que el perímetro está totalmente abierto al flujo de aire, no obstante esto debe ser realizado disponiendo un dispositivo deflector perimetral del viento adyacente a los módulos PV, pero preferentemente desviado de los módulos PV a una distancia equivalente a la distancia entre el PV y la superficie del techo.

8. Unos módulos PV más pequeños igualan las presiones más rápidamente que los módulos mayores (suponiendo el mismo intersticio entre módulos) debido a la mayor zona de intersticio a lo largo de la superficie de la batería, lo cual favorece el flujo de aire y una igualación rápida.

9. Se producen variaciones de presión a lo largo de la batería de PV (variaciones espaciales de presión) incluso con un flujo de viento laminar. La igualación de la presión se mejora favoreciendo el flujo de aire por debajo del módulo PV y/o de una base aislante, limitando simultáneamente el volumen de aire que puede existir en estas áreas. Por ejemplo, los soportes por debajo del módulo PV deben ser tan pequeños como sea posible. Asimismo, unas ranuras pequeñas debajo de una base de espuma aislante pueden mejorar la igualación de la presión si el incremento de aire queda compensado por un incremento del área del intersticio (ver figura 24).

10. De manera similar al punto (8), en el caso de productos con un tablero aislante, unos intersticios mayores entre los intersticios de la espuma aislante o realizar orificios en la espuma inmediatamente debajo del intersticio entre módulos PV pueden incrementar la igualación de la presión (ver figura 25).

11. La igualación de la presión entre las superficies superiores e inferiores de los dispositivos PV de una batería de dispositivos PV, puede ser favorecida de la manera siguiente. Se escoge una batería de dispositivos de PV que pueda estar soportada sobre una superficie de soporte. Por lo menos algunos de los dispositivos de PV comprenden (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes superiores e inferiores, y (2) un deflector del aire que tiene bordes laterales inclinados en el deflector y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado, y que define un intersticio entre ellos. La batería de dispositivos de PV define un perímetro circunferencial cerrado, un volumen de aire V de la batería definido entre la batería de dispositivos PV y la superficie de soporte, un área MGA de intersticio de módulos definida entre los módulos PV, un área perimetral PGA de intersticio definida a lo largo del perímetro entre los dispositivos PV y la superficie de soporte, un área de intersticio D/DGA entre los deflectores, definida entre los dispositivos deflectores opuestos a los deflectores laterales inclinados, y un área de intersticio ADGA del deflector del aire definida entre los bordes superiores de los deflectores del aire y los bordes superiores de los módulos PV. Debe tenerse en cuenta que PGA puede ser nulo. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (MGA + ADGA + PGA +D/DGA). Si R no es menor que una proporción escogida, debe intentarse cambiar por lo menos uno de los valores de V, MGA, ADGA, PGA y D/DGA y debe repetirse la etapa de determinación. La proporción escogida puede ser, por ejemplo, no mayor de 20, no mayor de 10, no mayor de 2, o no mayor de 1. Pueden utilizarse deflectores laterales del aire a lo largo del perímetro opuesto a los bordes laterales inclinados de una serie de módulos PV inclinados. Se determina cualquier zona de intersticio D/MGA entre deflector y módulo, entre los dispositivos laterales deflectores del aire y el perímetro. Se determina una proporción de ajuste AR igual a D/MGA dividido por PGA. Si AR es menor que 1, se multiplica PGA por AR para obtener un PGA corregido. El PGA corregido se utiliza en la etapa de determinación de la proporción R.

12. Expresado de otra forma, puede contribuirse a la igualación de presión entre las superficies superiores e inferiores de los dispositivos PV de una batería de dispositivos de PV de la manera siguiente. Se escoge una batería de dispositivos de PV que puedan estar soportados en una superficie de soporte. Por lo menos algunos de los dispositivos de PV comprenden (1) un módulo PV inclinado que tiene un borde inferior, un borde superior y bordes laterales inclinados que unen los bordes inferiores y superiores, y (2) un deflector del aire que tiene los bordes laterales del deflector inclinado y un borde superior del deflector opuesto al borde superior del módulo PV inclinado y que define un intersticio entre ambos. Pueden utilizarse deflectores laterales del aire a lo largo del perímetro opuesto a los bordes laterales inclinados de una serie de módulos PV inclinados. La batería de dispositivos de PV define un perímetro circunferencial cerrado, un volumen de aire V de la batería definido entre la batería de los dispositivos de PV y la superficie de soporte, un área interior de intersticio IGAP de la batería definida como la suma de todas las áreas de intersticio entre superficies continuas, situada en el interior de la batería, observada en sentido vertical por encima de la batería, y PGAP se refiere a la suma de todas las áreas de intersticio en el perímetro de la batería definido además como el menor de 1) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y los deflectores y la superficie del techo (zona de intersticio perimetral -128-), ó 2) el área entre los bordes superiores de los módulos PV y cualquier dispositivo deflector perimetral (zona de intersticio perimetral -130- (D/MGA)). Debe tenerse en cuenta que algunas partes de estas áreas de intersticio están habitualmente obstruidas por el sistema de soporte PV (por ejemplo, los soportes -22- de los módulos PV). Se tiene en cuenta la obstrucción del sistema de soporte restando las áreas bloqueadas por los soportes al calcular IGAP y PGAP. Debe tenerse en cuenta que D/MGA puede ser nulo. Se determina una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP). Si la proporción R no es menor que una proporción escogida, se debe intentar cambiar por lo menos uno de los valores V, IGAP, y/o PGAP y se debe repetir la etapa de determinación. La proporción escogida puede ser, por ejemplo, no mayor de 20, no mayor de 10, no mayor de 2, ó no mayor de 1.

B. Aerodinámica

1. Deben situarse deflectores del viento en todos los grandes puntos de entrada de la parte inferior de la batería para impedir la penetración del viento en el punto de entrada. Los deflectores del viento deben ser tan altos como los componentes más altos del sistema PV para reducir las fuerzas de resistencia al avance en el sistema PV. Preferentemente, los deflectores del viento deben estar en pendiente con un ángulo (este ángulo debe ser el mínimo, es decir, tan cerca de una posición paralela a la superficie del techo como sea posible) para hacer que el viento se desvíe en un punto por encima de la batería, especialmente cuando están situados alrededor del perímetro. El dispositivo deflector perimetral del aire puede estar situado de manera que rodee y que esté separado del perímetro. Se determina un área de intersticio D/MGA entre el deflector y el módulo, entre el dispositivo deflector perimetral del aire y el perímetro. Se calcula una proporción de ajuste AR igual a D/MGA dividido por PGA. Si AR es menor que 1, se multiplica PGA por AR para obtener un PGA corregido, y el PGA corregido se utiliza en la etapa de determinación de la proporción R.

2. Todos los sistemas PV en pendiente se benefician en gran manera si disponen de deflectores posteriores y laterales. Este es un inconveniente importante de algunos sistemas convencionales.

3. Dado que el viento actúa a través de cada sistema, es importante prestar atención a todos los detalles del dispositivo para reducir al mínimo su resistencia al flujo de aire (micro-aerodinámica).

4. La forma no aerodinámica del armazón PV mostrado en la figura 22 produce un incremento de la resistencia si se compara con la resistencia creada mediante los armazones PV aerodinámicos.

5. La forma no aerodinámica de los canales C que soportan el armazón PV mostrado en la figura 23 produce un incremento de la resistencia y en general debe ser evitada.

6. Un sistema PV en pendiente, ligero [< 479 Pa (< 10 psf)], es improbable que resista unas velocidades de diseño del viento en cualquier parte de los Estados Unidos sin la utilización de dispositivos deflectores posteriores y laterales o de un mecanismo que funcione de acuerdo con el punto 2 siguiente.

Otros: Peso, interconexión, fricción, mecanismos de rendimiento

1. La adición de peso a los módulos PV, especialmente a los módulos situados en el perímetro de la batería, mejora el comportamiento frente al viento (referencia, figura 17).

2. La interconexión de los componentes PV mejorará el comportamiento frente al viento distribuyendo las cargas del viento a lo largo de la batería de PV. Cuanto más rígidas sean las interconexiones, es más probable que se puedan distribuir estas cargas.

3. El incremento del coeficiente de fricción entre el techo y los componentes en contacto con el mismo, puede incrementar la estabilidad al viento de un sistema lastrado. El incremento del área superficial que está en contacto con el techo puede mejorar asimismo el comportamiento frente al viento.

4. Si se utiliza un mecanismo deformable (que haga que los elementos de la batería absorban la energía del flujo de viento curvándolos bajo el viento), este mecanismo debe ser resistente a la fatiga, debe funcionar bajo un flujo de viento a ráfagas y turbulento, debe tener un tiempo de respuesta medido en ms (de baja inercia) y debe funcionar bajo cualquier dirección del viento antes de que se produzca un fallo. Una vez se acopla el mecanismo, éste debe permanecer acoplado hasta que la velocidad del viento se reduzca a niveles que no provoquen fallos.

5. Se ha hallado que, en general, es aconsejable situar una batería de módulos PV montados en el techo, separados del perímetro del techo: 1,2 m (4 pies) es aceptable, 2,4 m (6 pies) es preferente, y 3,7 m (12 pies) es más
preferente.

\vskip1.000000\baselineskip

Características de las condiciones del diseño 1. Declaración general Permeabilidad en la zona de la batería

1. Intersticios en la zona de los módulos PV que permiten el flujo del aire entre los lados superiores e inferiores de las superficies del módulo PV.

Adición de soluciones aerodinámicas alrededor y en el interior de la batería

1. Medios para bloquear de manera substancial el flujo horizontal de aire en la parte inferior de los módulos PV

a.

en el perímetro de la batería

b.

entre módulos en el interior de la batería (particularmente si los módulos están en pendiente).

Medidas adicionales para la mejora del comportamiento

1. Acoplamiento interno de la batería

2. Incremento de peso de la batería

3. Situación de la batería alejada del perímetro (menor tendencia a la elevación en el espacio)

\geq 4' (pies) aceptable

\geq 8' (pies) preferente

12' (pies) mejor.

2. Declaración más específica Permeabilidad en la zona de la batería

1a. Intersticios en la zona de los módulos PV que permiten el flujo del aire entre las superficies de los lados superiores e inferiores del módulo PV.

Intersticios que definen un área A (m^{2})

Volumen V (m^{3}) definido por el volumen de aire por encima de la superficie de soporte, por debajo de la superficie del módulo PV y en el interior del perímetro de la batería.

W = peso medio de la batería en Pa

1

\vskip1.000000\baselineskip

1b. Altura máxima media desde el techo en función del área del módulo PV y del intersticio de PV a PV

2

\vskip1.000000\baselineskip

2. Tamaños preferentes de los intersticios para la igualación de la presión

A.

Intersticios entre componentes (que permiten que el aire fluya con respecto a la cubierta del techo, situada por debajo)

1.

PV al dispositivo deflector perimetral/reborde/deflector del viento

a.

Gama de tamaños de intersticio: 0 a 100% de la altura del módulo PV

b.

Tamaño preferente del intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (1'' a 3'')

2.

PV a PV

a.

Gama de tamaños del intersticio: 1,3 cm a 0,5 m (0,5'' a 20'')

b.

Tamaño preferente del intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (1'' a 3'')

\newpage

3.

PV al deflector posterior (módulos en pendiente)

a.

Gama de tamaños de intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (5'' a 6'')

b.

Tamaño preferente del intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (1'' a 3'')

4.

PV al deflector lateral (módulos en pendiente)

a.

Gama de tamaños de intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (5'' a 6'')

b.

Tamaño preferente del intersticio: 2,5 cm a 7,6 cm (1'' a 3'')

B.

El intersticio tiene una resistencia reducida al flujo de aire

Adición de soluciones aerodinámicas alrededor de la batería y en su interior

1. Medios para bloquear o perturbar el flujo de aire en el perímetro.

A.

Utilizando un deflector del viento en el perímetro de la batería, tal como un deflector, o un reborde, o un generador de torbellinos, u otros.

\quad

Si es un deflector o un reborde:

1.

Preferentemente sujeto a la batería y conformado de tal manera que el flujo de aire lo empuja contra la superficie de soporte.

2.

Preferentemente existe un intersticio de aire entre el mismo y el primer módulo PV para ventilación, preferentemente de 1'' como mínimo

3.

Bloquea substancialmente el viento para que no fluya por debajo de la superficie del módulo PV.

4.

Intersticio preferente entre el deflector y la superficie del techo en el perímetro: enrasada con el techo.

5.

Podría estar cargado en el techo

6.

Podría estar sujeto al techo, por ejemplo, adherido, atornillado.

7.

Podría ser permeable

8.

Podría estar fabricado de metal, hormigón, plástico u otros.

9.

Gama de ángulos del deflector: 0 a 70 grados.

10.

Ángulo preferente del deflector: 10 a 50 grados.

B.

Deflectores laterales para baldosas en pendiente.

1.

Gama de ángulos del deflector: 0 a 70 grados.

2.

Ángulo preferente del deflector: 10 a 50 grados.

2. Medios para bloquear o perturbar el flujo de aire en el interior de la batería.

A.

Utilizando un deflector del viento en el interior de la batería, tal como un deflector, o un reborde, o un generador de torbellinos, u otro.

\quad

Si es un deflector o un reborde:

1.

Preferentemente sujeto a la batería y conformado de tal manera que el flujo de aire lo empuja contra la superficie de soporte.

2.

Bloquea substancialmente el viento para que no fluya por debajo de la superficie del módulo PV.

3.

Intersticio preferente entre el deflector y la superficie del techo en el perímetro: menor de 1/2''.

4.

Podría ser permeable.

5.

Podría estar fabricado de metal, hormigón, plástico u otros.

6.

Gama de ángulos del deflector: 0 a 70 grados.

7.

Ángulo preferente del deflector: 0 a 50 grados.

B.

Adición de un intersticio entre el deflector y el PV siguiente para un pasillo y/o una máquina para la limpieza.

1.

Anchura preferente del pasillo: 8 cm a 61 cm (3 a 24'')

2.

Ángulo preferente del deflector: 10 cm a 20 cm (4 a 8'')

C.

Adición de carriles para soportar la función de limpieza de la batería.

1.

Anchura preferente del pasillo: 8 cm a 61 cm (3 a 24'')

2.

Ángulo preferente del deflector: 10 cm a 20 cm (4 a 8'')

3. Medios para disminuir la resistencia al flujo de aire en toda la batería para facilitar una igualación rápida de la presión.

A.

Componentes

1.

Perfil aerodinámico (es decir, reducida resistencia al flujo de aire) para todas las superficies de los componentes (por ejemplo, carriles, bordes del armazón, separadores de los soportes).

A.

Separadores

B.

Armazones de los módulos

1.

Sin armazón

2.

Perfil reducido, armazones aerodinámicos

C.

Carriles

1.

Sin carriles

2.

Perfil reducido

3.

3 orificios en los carriles

D.

Deflectores o cantoneras de deflectores

Adición de otras medidas para reforzar la integridad de la batería

1. Acoplamiento del deflector

2. Adición de peso

\leq 4 x 20^{2} Pa (8 psf) aceptable

\leq 2 x 10^{2} Pa (5 psf) preferente

\leq 1 x 10^{2} Pa (3 psf) mejor

Mejoras adicionales al producto

1. Adición de una barrera radiante para un comportamiento térmico mejorado.

2. Adición de un bloque aislante.

Claims (8)

1. Método para conseguir la igualación adecuada de la presión entre las superficies superiores e inferiores (16; 116; 216; 316) de los módulos de paneles fotovoltaicos (PV) (14; 114; 214; 314) de una batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314), por lo menos con un deflector perimetral, comprendiendo el método:

escoger una batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) soportada en una superficie de soporte (16; 116; 216; 316) y dispuesta de modo general paralela a la misma mediante elementos de soporte, definiendo la batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) un perímetro circunferencial cerrado;

calcular el volumen de aire V de la batería, definido entre la batería (12; 112; 212; 312) de módulos PV (14; 114; 214; 314) y la superficie de soporte (16; 116; 216; 316) con el volumen medido en metros cúbicos y la superficie en metros cuadrados,

calcular el área interior del intersticio IGAP de la batería, definida como la suma de todas las áreas de intersticios entre superficies continuas (14; 114; 214; 314) situadas en el interior de la batería (12; 112; 212; 312) cuando son observadas en sentido vertical por encima de la batería (12; 112; 212; 312);

caracterizado por el cálculo del área de intersticio perimetral PGAP definida como la menor de 1) el área PGA a lo largo del perímetro entre los bordes superiores de los módulos PV (14; 114; 214; 314) y la superficie de soporte (16; 116; 216; 316), ó 2) el área (D/MGA) a lo largo del perímetro entre los bordes superiores de los módulos PV (14; 114; 214; 314) y el perímetro del deflector; y

determinar una proporción R, en que R = V dividido por (IGAP + PGAP) en una etapa de determinación de la proporción R; y si la proporción R no es menor que una proporción escogida:

cambiar por lo menos, uno de los valores V, IGAP y PGAP; y

repetir la etapa de determinación.

2. Método, según la reivindicación 1, que comprende además; seleccionar la proporción escogida según el peso por unidad de superficie de la batería (12; 112; 212; 312) de los módulos PV (14; 114; 214; 314) y los elementos de soporte.

3. Método, según la reivindicación 2, en el que la etapa de determinación se lleva a cabo con el peso por unidad de superficie de la batería (12; 112; 212; 312) de los módulos PV (14; 114; 214; 314) siendo menor o igual a 3 x 10^{2} Pa (6 libras por pie cuadrado) y siendo la proporción escogida no superior a 20.

4. Método, según la reivindicación 1, en el que la etapa de selección comprende: escoger un deflector de aire perimetral (20) situado de modo que rodee el perímetro.

5. Método, según la reivindicación 1, en el que la etapa de determinación se lleva a cabo con la proporción escogida, que no es superior a 20.

6. Método, según la reivindicación 1, en el que la etapa de determinación se lleva a cabo con la proporción escogida, que no es superior a 10.

7. Método, según la reivindicación 1, en el que la etapa de determinación se lleva a cabo con la proporción escogida, que no es superior a 2.

8. Método, según la reivindicación 1, en el que la etapa de determinación se lleva a cabo con la proporción escogida, que no es superior a 1.