ES2363844A1 - "procedimiento para montar un conjunto de células solares terrestre que incluye un marco de soporte rígido.". - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para montar un conjunto de células solares terrestre que incluye un marco de soporte rígido.Un procedimiento para montar un sistema de conjuntos de células solares fotovoltaicas de concentración que incluye instalar unos cimientos (601a) sobre una superficie y acoplar un soporte central (11a, 11b) a éstos. Un miembro de traviesa (14) se acopla con el soporte central (11a, 11b) y uno o más brazos inclinados (14a) se acoplan con el miembro de traviesa (14) y el soporte central (11a, 11b). Un marco de soporte (15), que incluye un primer montaje de marco (15a) dispuesto para acoplarse con uno o más subconjuntos de células solares (16), se acopla con el miembro de traviesa (14). Uno o más subconjuntos de células solares (16) se acoplan con el primer montaje de marco (15a) formado, por lo tanto, un conjunto de células solares (10), en el que cada subconjunto de células solares (16) incluye una pluralidad de receptores de célula solar (19) de semiconductor compuesto III-V de triple unión. Para permitir la rotación de al menos una porción del soporte central acoplado con el marco de soporte, se instala un accionador (100).
Description
Procedimiento para montar un conjunto de células
solares terrestre que incluye un marco de soporte rígido.
Esta divulgación se refiere a un procedimiento
para montar un conjunto de células solares terrestre que incluye un
marco de soporte rígido.
Esta divulgación se refiere generalmente a un
procedimiento para montar un conjunto de células solares terrestre
que incluye un marco de soporte rígido. Un conjunto de células
solares se puede implementar como parte de un sistema de energía
solar terrestre para la conversión de luz solar en energía
eléctrica, y puede incluir células solares de semiconductor de
compuestos III-V. Las células solares de
semiconductor compuesto basadas en compuestos III-V
presentan una eficiencia del 28% en condiciones de funcionamiento
normales. Además, al concentrar la energía solar sobre una célula
fotovoltaica de semiconductor de compuestos III-V,
la eficiencia de la célula puede aumentar por encima del 37%.
Aspectos de un sistema de células solares incluyen la especificación
del número de células utilizadas para construir un conjunto y la
forma, relación de aspecto y configuración del conjunto.
El seguimiento solar preciso es ventajoso ya que
la cantidad de energía generada por una célula solar se relaciona
con la cantidad de luz solar que la alcanza. Por lo tanto, en un
conjunto es ventajoso optimizar la cantidad de luz solar que alcanza
cada una de las células solares que lo constituye. Por ejemplo,
desalineamientos de 1º, aproximadamente, pueden reducir la
eficiencia apreciablemente. Como los conjuntos se montan a menudo en
el exterior y son estructuras grandes y pesadas, esto plantea retos.
Incluso un viento moderado puede provocar su curvado, y el conjunto
se puede curvar bajo su propio peso. Estos problemas son
habitualmente más pronunciados en las áreas próximas al perímetro
del conjunto. Como resultado, las células solares dispuestas en las
regiones en las que tiene lugar el curvado pueden desalinearse con
respecto al sol, lo que compromete la generación de energía.
La invención se refiere a un procedimiento para
montar un conjunto de células solares terrestre que incluye un marco
de soporte rígido.
En algunas implementaciones, un procedimiento
para montar un sistema de conjuntos de células solares fotovoltaicas
de concentración para producir energía solar incluye instalar una
cimentación sobre una superficie y acoplar un soporte central a la
cimentación. Un miembro de traviesa se acopla con el soporte
central, y uno o más brazos inclinados se acoplan con la traviesa y
el soporte central para proporcionar soporte estructural para la
traviesa, por ejemplo. Un marco de soporte, que incluye un primer
montaje de marco dispuesto para acoplarse con uno o más subconjuntos
de células solares, se acopla con el miembro de traviesa. Uno o más
subconjuntos de células solares se acoplan con el primer montaje de
marco, formando por ello un conjunto de células solares, en el que
cada subconjunto de células solares incluye una pluralidad de
receptores de célula solar de semiconductor de compuestos
III-V de triple unión. Para permitir la rotación de
al menos una porción del soporte central acoplado con el marco de
soporte, se instala un accionador.
En algunas implementaciones, un procedimiento
para montar un sistema de conjuntos de células solares fotovoltaicas
de concentración para producir energía solar incluye instalar una
cimentación en una superficie, acoplar un soporte central a la
cimentación y acoplar un marco de soporte con el miembro de soporte
central. El marco de soporte incluye un primer montaje de marco,
dispuesto para acoplarse con uno o más subconjuntos de células
solares. Un segundo montaje de marco se dispone para acoplarse con
el primer montaje de marco para aumentar la rigidez del primer
montaje de marco. Uno o más subconjuntos de células solares se
acoplan con el primer montaje de marco, formando por ello un
conjunto de células solares. Cada subconjunto de células solares
incluye una pluralidad de receptores de células solares de
semiconductor de compuestos III-V de triple unión.
Para permitir la rotación de al menos una porción del soporte
central acoplada al marco de soporte, se instala un accionador.
Algunas implementaciones proporcionan una o más
de las siguientes ventajas y características. Por ejemplo, el
procedimiento puede proporcionar un conjunto de células solares
mejorado que utiliza células solares de semiconductor de compuestos
III-V multiunión para aplicaciones de potencia
terrestres. Un segundo montaje de marco se puede acoplar
ortogonalmente con el primer montaje de marco, y se dispone para
aumentar la rigidez del primer montaje de marco. El segundo montaje
de marco puede incluir un tirante de refuerzo. El subconjunto de
células solares se puede acoplar con el primer montaje de marco de
tal modo que el segundo montaje de marco se monta por encima del
centro vertical del conjunto de células solares. El acoplamiento del
miembro de traviesa con el soporte central puede tener lugar antes
del acoplamiento del miembro de traviesa con el soporte central. El
marco de soporte se puede proporcionar en dos mitades que se
ensamblan. Se puede instalar un tornillo de apriete y separación,
donde la instalación del tornillo de apriete y separación incluye
acoplar el tornillo de apriete y separación con el miembro de
traviesa y el marco de soporte. El primer montaje de marco se puede
acoplar de tal modo que se disponga a lo largo de la dimensión
perpendicular mayor del conjunto de células solares. El segundo
montaje de marco se puede acoplar de tal modo que se disponga a lo
largo de la dimensión perpendicular mayor del conjunto de células
solares. El primer montaje de marco puede comprender diez posiciones
de montaje, cada una dispuesta para recibir un subconjunto de
células solares. Las diez posiciones de montaje se pueden ordenar
secuencialmente desde un extremo del primer montaje de marco hasta
el extremo opuesto del primer montaje de marco, y el acoplamiento de
los subconjuntos de células solares con el primer montaje de marco
puede incluir, en el orden establecido a continuación, instalar un
primer subconjunto de células solares en una quinta posición de
montaje; instalar un segundo subconjunto de células solares en una
sexta posición de montaje; instalar un tercer subconjunto de células
solares en una cuarta posición de montaje; instalar un cuarto
subconjunto de células solares en una séptima posición de montaje;
instalar un quinto subconjunto de células solares en una tercera
posición de montaje; instalar un sexto subconjunto de células
solares de una octava posición de montaje; instalar un séptimo
subconjunto de células solares en una segunda posición de montaje;
instalar un octavo subconjunto de células solares en una novena
posición de montaje; instalar un noveno subconjunto de células
solares en una primera posición de montaje; e instalar un décimo
subconjunto de células solares en una décima posición de montaje.
Aumentar la rigidez del primer montaje de marco puede comprender
evitar una flexión superior al 1º en la proximidad del perímetro del
conjunto de células solares. Acoplar el marco de soporte con el
miembro de soporte central puede comprender acoplar un
\hbox{miembro de traviesa con el soporte central y acoplar el marco de soporte con el miembro de traviesa.}
Otras características y ventajas se harán
aparentes fácilmente de la descripción detallada, los dibujos y las
reivindicaciones adjuntos.
La figura 1A es una vista en perspectiva de una
implementación de un sistema de células solares terrestre.
La figura 1B es una segunda vista en perspectiva
de la implementación de la figura 1A.
La figura 1C es una vista en perspectiva de una
implementación de un sistema de células solares terrestre.
La figura 1D es una vista en perspectiva de una
implementación de un marco de soporte para su utilización con el
sistema de células solares terrestre de la figura 1C.
La figura 1E es una vista lateral simplificada
de una implementación de un sistema de células solares
terrestre.
La figura 1F es una vista lateral de una
implementación de un sistema de células solares terrestre.
La figura 2 es una vista en perspectiva de la
implementación del sistema de células solares figura 1 A, visto
desde el lado opuesto.
La figura 3 es una vista en perspectiva de una
porción de una implementación de un subconjunto de células solares,
utilizando en un sistema de células solares terrestre.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una
implementación de un receptor de célula solar utilizando en un
subconjunto de células solares.
La figura 5 es una vista en planta superior de
un subconjunto de célula solar única.
La figura 6A es una implementación de un
procedimiento para montar un conjunto de células solares terrestre,
que incluye un marco de soporte rígido.
Las figuras 6B-6H ilustra
detalles adicionales de la implementación de la figura 6A.
Ventajas y características adicionales se harán
aparentes para aquellos expertos en la técnica a partir de esta
divulgación, que incluye la siguiente descripción detallada. Aunque
la invención se describe a continuación con referencia a
implementaciones de la misma, la invención no se limita a estas
implementaciones. Aquéllos con conocimientos ordinarios de la
técnica que tengan acceso a las enseñanzas aquí contenidas
reconocerán aplicaciones, modificaciones e implementaciones
adicionales que se encuentran dentro del ámbito de la invención como
se divulga y reivindica aquí, y con respecto a las cuales la
invención podría ser de utilidad.
Un sistema de energía solar terrestre convierte
la luz del sol en energía eléctrica utilizando, por ejemplo,
múltiples conjuntos montados, espaciados en una cuadrícula sobre el
terreno. El conjunto de células solares presenta un tamaño óptico y
una relación de aspecto (por ejemplo, entre 1:3 y 1:5) particulares,
y se encuentra montado para su movimiento unitario sobre una cruceta
de un soporte vertical que sigue al sol. El conjunto puede incluir
subconjuntos, secciones, módulos y/o conjuntos.
El mecanismo de seguimiento solar permite que el
plano de las células solares se encare continuamente con el sol a
medida que éste atraviesa el cielo durante el día, optimizando por
lo tanto a la cantidad de luz solar que alcanza a las células. La
cantidad de energía generada por el conjunto se relaciona
directamente con la cantidad de luz solar que alcanza a las células
solares constituyentes. Como un conjunto de células solares dado
puede comprender muchas células solares (por ejemplo, mil o más), es
ventajoso mantener el alineamiento solar del conjunto completo. Sin
embargo, esto es difícil en la práctica ya que no es infrecuente que
un conjunto mida más de 18 m de ancho (aproximadamente 59 ft) y 7,5
m de alto (aproximadamente 25 ft). Dado el tamaño del conjunto, las
células solares próximas al perímetro pueden quedar desalineadas
debido al curvado o flexión del conjunto. El curvado o flexión puede
surgir, por ejemplo, como resultado del viento o del peso del
conjunto, lo que ocasiona que la estructura se curve. Como un
desalineamiento tan pequeño como 1º o menos es perjudicial en
algunas implementaciones, es deseable minimizar el curvado o flexión
del conjunto.
Una implementación de un sistema de células
solares terrestre se ilustra en la figura 1A, sistema que comprende
tres componentes principales. El primer componente principal es el
soporte central (11a y 11b). El soporte central está montado a una
superficie y es capaz de girar alrededor de su eje longitudinal.
Dependiendo de la implementación, la superficie puede ser, por
ejemplo, el suelo o un cimentación de hormigón formada en el suelo.
Dispuesto sobre la superficie o contiguo a ésta, se encuentra un
mecanismo de accionamiento 100 (por ejemplo, una caja de
engranajes), que se acopla con el soporte central. El mecanismo de
accionamiento 100 permite que el miembro interno 11b gire con
relación al miembro externo 11a, por
\hbox{ejemplo, para mover el conjunto de células solares de tal modo que siga al sol.}
El segundo componente principal es el marco de
soporte 15. El marco de soporte 15 se acopla con el soporte central
y está adaptado para soportar un conjunto de células solares (por
ejemplo, el conjunto 10). El tercer componente principal es el
conjunto de células solares 10. El conjunto de células solares 10
incluye múltiples subconjuntos o paneles 16, y se acopla con el
marco de soporte 15 y es soportado por éste. El conjunto de células
solares 10 convierte la luz solar en electricidad, y se mantiene
normalmente encarado con la luz solar por la rotación de soporte
central. En esta implementación, cada uno de los subconjuntos de
células solares 16 se encuentra dividido en trece secciones 17. Cada
sección 17 incluye un panel de 2 x 7 de lentes de concentración (por
ejemplo, el elemento 320 de la figura 3), cada lente dispuesta sobre
un receptor individual (por ejemplo, el elemento 19b de las figuras
3 y 4). El receptor, un circuito impreso o submontaje, incluye una
célula individual de semiconductor compuesto III-V,
junto con la circuitería adicional, tal como un diodo de derivación
(no mostrado). En algunas implementaciones, cada sección 17 es un
módulo, por ejemplo, un montaje discreto. En algunas
implementaciones, las secciones 17 se encuentran separadas entre sí
mediante divisores perforados.
En la implementación ilustrada, el soporte
central incluye un miembro externo 11a y un miembro interno 11b. El
miembro externo 11a es conectable con un soporte montado sobre la
superficie mediante tornillos. El miembro interno 11b se monta de
modo giratorio dentro del miembro 11a, y soporta un miembro de
traviesa 14 que está conectado con un marco de soporte 15. El marco
de soporte 15 se encuentra soportado, asimismo, sobre el miembro
interno 11b mediante una pareja de brazos inclinados 14a, que se
prolongan respectivamente desde dos de los apoyos de soporte 150b
(visibles en la figura 1B) hasta la base del miembro interno 11b.
Los brazos inclinados 14a se acoplan entre sí mediante una traviesa
14b (véase, igualmente, la figura 1B), que aumenta su integridad
estructural. El montaje del marco de soporte 15 de esta manera
asegura que está fijado al miembro interno 11b de soporte central de
tal modo que puede girar alrededor de su eje longitudinal central a
través de los miembros 11a y 11b.
El marco de soporte 15 presenta un marco
rectangular 15a y un tirante de refuerzo 15b. El marco rectangular
15a incluye dos miembros más cortos (véanse los elementos 15a3 y
15a4 de la figura 1B) que están orientados en una dirección paralela
a la altura (véase la dimensión "C" de la figura 1B) del
conjunto de células solares 10, y dos miembros más largos (véanse
los elementos 15a1 y 15a2 de la figura 1B), que están orientados en
una dirección paralela a la anchura (véase la dimensión "A" de
la figura 1B) del conjunto de células solares 10. En esta
implementación, la anchura del marco rectangular 15a es
aproximadamente igual a la anchura del conjunto de células solares
10. Aunque esta configuración puede dar como resultado una rigidez
mejorada (por ejemplo, menos curvado del conjunto de células solares
10 en la proximidad de su perímetro), no es obligatoria. Por
ejemplo, para reducir el coste de material, se puede reducir la
anchura del marco rectangular 15a.
El tirante de refuerzo 15b se acopla con el
marco rectangular 15a de un modo que aumenta la rigidez del marco
rectangular 15a y, por lo tanto, la rigidez del conjunto de células
solares 10. El tirante de refuerzo mejora, por lo tanto, el
alineamiento de las células solares constituyentes (particularmente
aquéllas próximas al perímetro), de tal modo que la generación de
energía se mejora sustancialmente. El tirante de refuerzo 15b puede
funcionar para evitar una flexión superior a 1º en la proximidad del
perímetro del conjunto de células solares 10.
En esta implementación, el tirante de refuerzo
15b incluye un cordón inferior del tirante de refuerzo 152d, un
cordón superior del tirante de refuerzo 152c, cordones de refuerzo
paralelos 152b y cordones del tirante de refuerzo diagonales 152a.
Los cordones de refuerzo paralelos 152b y diagonales 152a están
acoplados entre los cordones superior e inferior del tirante de
refuerzo 152c y 152d. Los cordones de refuerzo 152b se orientan
sustancialmente paralelos entre sí y perpendiculares a los cordones
superior e inferior del tirante de refuerzo 152c y 152d. La
configuración particular de cordones 152a-d puede
variar con la implementación. Por ejemplo, el tirante de refuerzo
15b puede no incluir cordones diagonales (por ejemplo, un tirante de
refuerzo Vierendeel), ni cordones de refuerzo paralelos (por ejemplo
un tirante de refuerzo en red), o puede variar la orientación
relativa de los cordones diagonales (por ejemplo un tirante de
refuerzo Pratt o Howe).
En esta implementación, el tirante de refuerzo
15b está acoplado con el marco rectangular 15a mediante miembros de
soporte del tirante de refuerzo 151a. Asimismo, en esta
implementación el marco rectangular 15a y el tirante de refuerzo 15b
se encuentran integrados, esto es, el cordón inferior del tirante de
refuerzo 152d comprende uno de los miembros de mayor longitud del
marco rectangular 15a. En esta implementación, la anchura del
tirante de refuerzo 15b (por ejemplo, la anchura del cordón inferior
152d) es aproximadamente igual a la anchura del conjunto de células
solares 10 y del marco rectangular 15a. Aunque esta configuración
puede dar como resultado una rigidez mejorada (por ejemplo, menos
curvado del conjunto de células solares 10 en la proximidad de su
perímetro), no es obligatoria. Por ejemplo, para reducir el coste de
material se puede reducir la anchura del tirante 15b.
En esta implementación, el tirante de refuerzo
15b se dispone de tal modo que la dirección de su altura (esto es,
la dirección perpendicular entre el cordón inferior del tirante de
refuerzo 152d y el cordón superior del tirante de refuerzo 152c) es
sustancialmente ortogonal al plano definido por la altura y la
anchura del conjunto de células solares 10. Aunque esta
configuración puede dar como resultado una rigidez mejorada, no es
obligatoria. Por ejemplo, para adaptarse a los requerimientos de
empaquetado, el tirante de refuerzo 15b se puede acoplar de tal modo
que la dirección de su altura no sea sustancialmente ortogonal al
plano definido por la altura y la anchura del conjunto de células
solares 10.
En la implementación ilustrada, el tirante de
refuerzo 15b no se dispone en el centro vertical (esto es, a lo
largo de la dimensión "C" de la figura 1B) del conjunto de
células solares 10. Los inventores descubrieron que colocando el
tirante de refuerzo 15b por encima del la línea central vertical del
conjunto 10 de células solares 10 se puede obtener como resultado un
maniobrabilidad mejorada con relación al soporte central. Como
resultado, el soporte central puede mover el conjunto de células
solares para seguir la luz solar sin interferencias por la presencia
del tirante 15b.
Aunque la implementación ilustrada utiliza un
tirante de refuerzo 15b para aumentar la rigidez del marco
rectangular 15a, son posibles otras estructuras. Por ejemplo, se
puede utilizar una placa sólida. En otro ejemplo, se puede utilizar
una placa sólida que tiene uno o más recortes. Además, se puede
utilizar un tirante de refuerzo muy sencillo, que omite los cordones
152a y 152b en favor de acoplar sencillamente el cordón superior del
tirante de refuerzo 152c con el cordón inferior del tirante de
refuerzo 152d. Tal tirante de refuerzo puede incluir uno o más
miembros adicionales, que se orientan paralelamente al cordón
superior del tirante de refuerzo 150c.
La figura 1B es una vista trasera del sistema de
células solares terrestre de la figura 1A, con el conjunto de
células solares 10 orientado ortogonalmente a la superficie sobre la
que se encuentra montado el soporte central (por ejemplo, el suelo).
Como se ilustra, el tirante de refuerzo 15b se alineó a lo largo de
la dimensión perpendicular mayor (esto es, a lo largo de la
dimensión "A") del conjunto 10. Esto presenta ventajas, ya que
el conjunto es generalmente más susceptible de curvarse a lo largo
de un eje mayor que a lo largo de un eje menor (por ejemplo, a lo
largo de la dimensión "C"). En esta implementación, la
dimensión "A", la anchura del conjunto de células solares 10,
es aproximadamente 18,1 m (aproximadamente 59,4 ft), la dimensión
"B", la anchura del subpanel 16, es aproximadamente 1,8 m
(aproximadamente 5,93 ft) y la dimensión "C", la altura del
conjunto de células solares 16 es aproximadamente 7,5 m
(aproximadamente 24,6 ft). Tal implementación presenta un área de
captación de, aproximadamente, 98,95 m^{2} (aproximadamente 1065,1
ft.^{2}), y pesa aproximadamente 10.191 kg (aproximadamente 10,03
t). Si se construye de una manera consistente con esta divulgación,
tal implementación puede tener una velocidad de supervivencia al
viento de 145 km/h (aproximadamente 90,1 mph).
En la figura 1B, la vista del tirante de
refuerzo 15b está oscurecida en gran parte, ya que se dispone
ortogonalmente al plano definido por altura y la anchura del
conjunto de células solares. Sin embargo, esta vista ilustra los
miembros de soporte del tirante de refuerzo 151a, que acoplan el
tirante 15b con el marco rectangular 15a. En particular, los
miembros de soporte del tirante de refuerzo 151 se acoplan con un
miembro largo 15a1 o 15a2 del marco rectangular 15a (en esta
implementación, el miembro largo inferior 15a2) y el cordón superior
del tirante de refuerzo 152c (véase la figura 1A). En esta
implementación, se muestran cuatro miembros de soporte del tirante
de refuerzo 151a, dispuestos diagonalmente. Aunque disponer los
miembros de soporte del tirante de refuerzo 151a diagonalmente
ofrece la ventaja de resistir a la tensión y a la compresión, esto
no es necesario. Asimismo, se pueden emplear más o menos miembros de
soporte del tirante de refuerzo 151a, dependiendo de la
implementación.
Esta vista revela asimismo características
adicionales del marco rectangular 15a. Para mejorar la integridad
estructural del marco rectangular, varios miembros de traviesa 150a
acoplan el miembro largo superior 15a1 con el miembro largo inferior
15a2. Los miembros de traviesa 150a se complementan con miembros
paralelos 150b (que, en esta implementación, se orientan
sustancialmente paralelos a los miembros menores 15a3 y 15a4). Dos
de los miembros paralelos 150b sirven para el propósito adicional de
proporcionar un punto de montaje con el cual se acopla el miembro de
traviesa 14.
De nuevo, esta vista ilustra que la anchura del
marco rectangular 15a es aproximadamente la misma que la anchura del
conjunto de células solares 10 (esto es, aproximadamente 18,1 m de
ancho). Esta vista ilustra, asimismo, que la posición del tirante de
refuerzo 15b es por encima de la línea central de dimensión C.
La figura 1C ilustra una implementación de un
sistema de células solares terrestre con el plano definido por la
altura y la anchura del conjunto de células solares 10, orientado
paralelamente a la superficie a la que se monta el soporte central
(por ejemplo, el suelo). Esta implementación utiliza un tirante de
refuerzo 15b', que tiene una configuración ligeramente diferente del
15b. Este tirante de refuerzo 15b' omite el cordón de refuerzo del
tirante 152b en favor de utilizar todos los cordones diagonales del
tirante refuerzo 150a. La figura 1D ilustra una vista en perspectiva
de un marco de soporte 15 que comprende un tirante de refuerzo
15b'.
La figura 1E es una vista simplificada de un
sistema de células solares terrestre, visto desde una dirección
ortogonal al plano definido por la altura y la anchura del conjunto
de células solares 10. Como se ilustra, el tirante de refuerzo (15b
o 15b', dependiendo de la implementación) se dispone por encima de
la línea central de la dimensión C. Asimismo, en esta implementación
el tirante (15b o 15b') se orienta en ángulo recto (\theta) con
respecto al conjunto de células solares 10.
La figura 1F es una vista lateral de una
implementación de un sistema de células solares terrestre, visto
desde una dirección ortogonal al plano definido por la altura y la
anchura del conjunto de células solares 10. Como se ilustra, el
tirante (15b o 15b', dependiendo de la implementación) se dispone
por encima de la línea central de la dimensión C. Al situar el
tirante por encima del centro vertical del conjunto de células
solares, el tirante no obstaculiza el movimiento del conjunto con
relación a soporte central (11a, 11b). Un tornillo de apriete y
separación 111 y una barra roscada complementaria 112 pueden ajustar
conjuntamente el ángulo (o inclinación) del conjunto 10, al menos a
lo largo de una porción del intervalo indicada por el camino 113.
Así pues, el tornillo de apriete y separación 111 (por ejemplo, en
combinación con un mecanismo de accionamiento, tal como el elemento
100 de la figura 1A) permite el pivotamiento del marco de soporte 15
y, por lo tanto, del conjunto 10, de modo que se ajuste su ángulo
con relación a la superficie terrestre.
La figura 2 es una vista en perspectiva de la
implementación del sistema de células solares de la figura 1A, desde
su lado opuesto. Esta perspectiva ilustra la división de cada
subpanel 16 en secciones 17. Cada sección 17 incluye una base 18,
que proporciona un soporte estructural para cada receptor 19 (véanse
las figuras 3 y 4). En algunas implementaciones existe una base 18
por subpanel 16, compartida por cada sección constituyente 17. En
algunas implementaciones, la base 18 es estructuralmente distinta
para cada sección 17.
La figura 3 es una vista en sección de un
subconjunto de células solares 16 que muestra una sección 17 sobre
una base 18. En esta implementación, la sección 17 incluye una
lámina 320 que incluye un matriz de lentes de Fresnel de 2 x 7 (se
muestran las 20a-20j), una matriz de elementos
ópticos secundarios ("SOE", un ejemplo del cual se muestra como
elemento 201) de 2 x 7, y una matriz de receptores de célula solar
19 de 2 x 7 (se muestran catorce, incluyendo los elementos
19a-19j). En algunas implementaciones, la lámina 320
es un conjunto de plástico integral y cada lente de Fresnel (por
ejemplo, los elementos 20a-20j) es de
aproximadamente 22,86 cm^{2} (9 in.^{2}). En la implementación
ilustrada, cada lente de Fresnel (por ejemplo, la 20b) y su receptor
asociado (por ejemplo, el 19b) y su SOE (por ejemplo, el 201) se
encuentran alineados de tal modo que la luz concentrada por las
lentes se recibe de modo óptimo por la célula solar del receptor
asociado. En la implementación ilustrada, la sección 17 está
delineada del resto de la base 18 mediante un divisor 301 (que puede
estar perforado). Asimismo, la base 18 sirve para disipar el calor
de los receptores, y más particularmente de las células solares
individuales.
La figura 4 ilustra un receptor 19b en más
detalle. El receptor 19b tiene una placa 203, una placa de circuito
impreso ("PBC") 204, un SOE 201 y un montaje 202. La placa 203
acopla el receptor 19b a la base 18 (véanse las figuras 2 y 3). En
algunas implementaciones, la placa 203 está construida en un
material que tiene un conductividad térmica elevada, de tal modo que
el calor de la PCB 204 (que incluye, por ejemplo, una célula solar y
un diodo de derivación) se disipe eficientemente. En algunas
implementaciones, la placa 203 está fabricada en aluminio. En
algunas implementaciones, la PCB incluye una placa cerámica con
pistas eléctricas impresas.
El montaje 202, que está acoplado con la placa
203 en dos posiciones, forma un puente que alinea el SOE con la
célula solar de la PCB 204. El SOE 201 recoge la luz de su lente
asociada 20 y la enfoca en la célula solar sobre la PCB 204. En
algunas implementaciones, cada receptor de célula solar 19 está
dotado con un SOE 201 correspondiente. El SOE 201 incluye una
entrada óptica 201a y una salida óptica (encarada con la PCB 204) y
un cuerpo 201b. El SOE 201 se monta de tal modo que la salida óptica
se dispone por encima de la célula solar de la PCB 204. En algunas
implementaciones, el 201 presenta una sección transversal
generalmente cuadrada, que se abocina desde la entrada 201a hacia la
salida. La superficie interior 201c del SOE refleja la luz hacia
abajo, hacia la salida. La superficie interior 201c se recubre en
algunas implementaciones con plata u otro material de alta
reflectividad. El camino desde la entrada óptica 201a hasta la
salida óptica forma un canal abocinado que atrapa la energía solar
desde la lente 20 correspondiente y la guía hasta la célula
solar.
En implementaciones particulares, como se
ilustra en la vista en planta de la figura 5, el subpanel 16 tiene,
aproximadamente, 7,5 m de alto (en la dirección y) y 1,8 m de ancho
(en la dirección x), e incluye secciones 17, cada una de las cuales
tiene una matriz de lentes de Fresnel 20 de 2 x 7 y receptores 19
(véanse las figuras 3 y 4). Cada receptor 19 produce por encima de
13 W de potencia DC para una irradiación solar plena de 1,5 AM. Los
receptores están conectados mediante cables eléctricos en paralelo o
en serie, de modo que los 182 receptores agregados en un subpanel 16
completo pueden producir por encima de 2500 W de potencia DC pico.
Cada uno de los subconjuntos se encuentra, a su vez, conectado en
serie, de modo que un conjunto típico (por ejemplo, el elemento 10)
puede producir por encima de 25 kW de potencia.
Un motor proporciona accionamiento para rotar el
miembro 11b con respecto al miembro 11a, y otro motor proporciona
accionamiento para rotar el miembro de traviesa 14 (y de aquí, el
marco de soporte 15) respecto al soporte central 11 alrededor de su
eje longitudinal. Se proporcionan medios de control (por ejemplo,
dispuestos en el mecanismo de accionamiento 100 de la figura 1) para
controlar la rotación del miembro 11b con relación al miembro 11a, y
para controlar la rotación del miembro de traviesa 14 (y del marco
de soporte 15) alrededor de su eje, con el fin de asegurar que la
superficie exterior plana de cada una de las secciones 17, que
comprende lentes de Fresnel 20, es perpendicular a los rayos
solares. En algunas implementaciones, los medios de control están
constituidos por una máquina controlada por ordenador, que utiliza
un programa que controla los motores dependiendo del azimut y de la
elevación del sol con relación al sistema. En algunas
implementaciones, cada una de las lentes de Fresnel 20 concentra la
radiación incidente sobre la célula solar del receptor asociado (por
ejemplo, el elemento 19b) en un factor superior a 500X, por lo que
se mejora la conversión de luz solar en electricidad, con una
eficiencia de conversión superior al 37%. En algunas
implementaciones, la concentración es 520X.
En algunas implementaciones, el sistema es
refractivo y utiliza una lente de Fresnel acrílica para alcanzar una
concentración de 520X, con un f# de aproximadamente 2. Un ángulo de
aceptancia para un sistema de células/óptico individual es de
+/-1,0º. La eficiencia del sistema sobre sol óptico es de un 90%,
con el ángulo de aceptancia definido en un punto en el que la
eficiencia del sistema se reduce en no más del 10% de su máximo.
Algunas implementaciones, sin embargo, pueden definir un ángulo de
aceptancia diferente, por ejemplo, +/-0,1º. En algunas
implementaciones, cada célula solar se monta en un empaquetado
cerámico, que incluye un diodo de derivación y dos conectores
espaciados. En algunas implementaciones, se configuran 182 células
en un subconjunto. El número de células en un subconjunto se
especifica de modo que, a la iluminación máxima, los voltajes
sumados no superen las especificaciones de funcionamiento del
inversor.
Detalles adicionales de un ejemplo del diseño
del receptor se describen en la solicitud de patente norteamericana
número de serie 11/849033, depositada el 31 de agosto de 2007, que
se incorpora en el presente documento por referencia.
Detalles adicionales de un ejemplo del diseño de
la estructura semiconductora del receptor de célula solar de
semiconductor compuesto III-V de triple unión (por
ejemplo, el elemento 19) se describen en la solicitud de patente
norteamericana de serie 12/020283, depositada el 25 de enero de
2008, que se incorpora en el presente documento por referencia.
Implementaciones de un procedimiento para montar
un conjunto de células solares terrestre.
La figura 6A ilustra una implementación de un
procedimiento para montar un conjunto de células solares terrestre
(por ejemplo, la implementación de la figura 1C). Sin embargo, antes
de comenzar el montaje se elige el lugar en el que se instalará el
conjunto (600). Varios factores pueden ser de utilidad en el proceso
de elección del lugar, tales como la exposición a la luz y a la
sombra.
Una vez que se ha elegido el sitio apropiado, se
instalan unos cimientos para un conjunto (601). Los cimientos se
pueden diseñar apropiadamente para cada lugar. Dependiendo de las
condiciones del lugar, se puede requerir un refuerzo adicional, por
ejemplo como resultado de la composición y topografía del suelo. Las
figuras 6B y 6C ilustra una implementación de unos cimientos 601a.
En esta implementación, los cimientos 601a se dimensionan para que
tengan, aproximadamente, 4,26 m^{2} (14 ft.^{2}).
En la implementación ilustrada en las figuras 6B
y 6C, los cimientos 601a se construyen con hormigón fraguado
in-situ, que tiene una resistencia a la
compresión de al menos 2,7 x 10^{4} kPa (4000 PSI) tras 28 días de
curado. En esta implementación, los bordes expuestos del hormigón
presentan un achaflanado de 1,9 cm (3/4 pulgadas). Los cimientos
601a pueden incluir refuerzos de acero, fabricados y colocados de
acuerdo con los requerimientos del código de edificación
internacional y del manual estándar (por ejemplo, ACI 31
5-99). Los tornillos de anclaje 601b, que están
embebidos en los cimientos 601a, pueden ser ASTM F1554 de calidad 55
(o equivalente), con tuercas hexagonales robustas ASTM A563 y
arandelas ASTM A436.
Como se muestra en la figura 6A, el siguiente
bloque (602) consiste en montar el miembro de traviesa 14 con el
soporte central (11a, 11b) y acoplar los brazos inclinados 14a. Como
se muestra en la figura 6D, el miembro de traviesa 14 se une al
miembro interno 11b mediante tornillos 602d. Los brazos inclinados
14a se unen por un extremo con extremos opuestos del miembro de
traviesa 14 mediante puntos de unión 602a y 602c. Los puntos de
unión 602a y 602c pueden incluir, por ejemplo, una combinación de
tornillo y tuerca. El otro extremo de cada brazo inclinado 14 se une
con el miembro interno 11b mediante puntos de unión 602b (sólo uno
es visible en esta perspec-
tiva).
tiva).
A continuación, el soporte central (11a, 11b) se
instala en los cimientos 601a (bloque 603). En la figura 6E, se
muestra el soporte central (11a, 11b) instalado en los cimientos
601a. En algunas implementaciones, el soporte central (11a, 11b)
incluye marcas de alineamiento que se alinean con marcas de
alineamiento en los cimientos 601a para indicar la dirección del sur
verdadero. En algunas implementaciones, el soporte central (11a,
11b) se encuentra nivelado y lastrado, y asegurado a los tornillos
estructurales (601b en la figura 6C) utilizando arandelas planas y
tuercas estructurales.
A continuación, para permitir la rotación del
miembro interno 11b con respecto al miembro externo 11a, se alinea y
se instala la caja de engranajes 604a (bloque 604).
En algunas implementaciones, el marco de soporte
15 está dispuesto en dos secciones. En tales implementaciones, las
dos secciones deben ser ensambladas (bloque 605). La figura 6F
ilustra un marco de soporte 15 que consiste en dos secciones (605a y
605b) que han sido ensambladas.
A continuación, el marco de soporte 15 se monta
en el miembro de traviesa 14 (bloque 606). Como se ilustra en la
figura 6G, el miembro de traviesa se acopla con los miembros
paralelos 150b (véase la figura 1B) del marco de soporte 15 en los
puntos de montaje 606a y 606c. Los puntos de montaje pueden incluir,
por ejemplo, una combinación de tuerca y tornillo.
Para facilitar la inclinación del conjunto de
células solares en varios ángulos, se instala un tornillo de apriete
y separación (bloque 607). Como se muestra en la figura 6G, el
tornillo de apriete y separación 607a se acopla con el miembro de
traviesa 14 y el marco de soporte 15. El tornillo de apriete y
separación 607a se acopla con el marco de soporte 15 a través de un
punto de unión 607b. En esta implementación, el punto de unión 607b
incluye un miembro generalmente cilíndrico que permite cambiar el
ángulo del marco de soporte 15 a medida que el tornillo de apriete y
separación 607a se desplaza en una dirección generalmente
vertical.
A continuación, los subconjuntos (por ejemplo,
el elemento 16) se instalan sobre el marco de soporte 15 (bloque
608). La instalación puede utilizar, por ejemplo, tornillos
estructurales que pasan a través del marco de soporte y se acoplan
con cada subpanel 16. En algunas implementaciones, para facilitar la
instalación de los subconjuntos, el tornillo de apriete y separación
607a se ajusta de tal modo que el marco 15 se alinea de modo
substancialmente horizontal (por ejemplo, dentro de +/-5º) con la
superficie de montaje de los cimientos 601a. La figura 6H ilustra un
esquema del conjunto 10 que incluye subpaneles 16, a cada uno de los
cuales se asigna un indicador numérico de uno a diez. La tabla de la
figura 6H ilustra una implementación del orden en el que se puede
instalar cada panel 16 para mantener el equilibrio de la estructura.
Como se muestra, la instalación comienza con el conjunto cinco, y a
continuación se procede secuencialmente con el conjunto seis,
conjunto cuatro, conjunto siete, conjunto tres, conjunto ocho,
conjunto dos, conjunto nueve, conjunto uno y conjunto diez. En otra
implementación, la instalación comienza con el conjunto seis y a
continuación se procede secuencialmente con cinco, siete, cuatro,
ocho, tres, nueve, dos, diez y uno.
Aunque los bloques de la figura 6A se presentan
en un orden particular, este orden no es esencial. Además, se pueden
colocar bloques adicionales entre, antes o después de los bloques
presentados. Por ejemplo, algunas implementaciones ordenan los
bloques en cualquiera de las siguientes maneras:
- (a)
- 600, 601, 603, 602, 604, 605, 606, 607, 608
- (b)
- 600, 601, 602, 604, 603, 605, 606, 607, 608
- (c)
- 605, 600, 601, 602, 603, 604, 606, 607, 608
- (d)
- 600, 605, 601, 602, 603, 604, 606, 607, 608
- (e)
- 600, 601, 603, 604, 602, 605, 606, 607, 608.
De acuerdo con esto, otras implementaciones
están dentro del alcance de las reivindicaciones.
Claims (10)
-
\global\parskip0.910000\baselineskip
1. Un procedimiento para montar un sistema de conjuntos de células solares fotovoltaicas de concentración con seguimiento del sol para producir energía solar, sistema que comprende un soporte central que tiene un primer miembro estacionario y un segundo miembro, y un primer extremo de base del segundo miembro montado dentro del primer miembro, el segundo miembro se prolonga desde el primer miembro; el sistema comprende, adicionalmente, una pareja de brazos inclinados que se prolongan respectivamente desde el extremo de base del segundo miembro, un marco de soporte portado por la pareja de brazos inclinados y un miembro de traviesa acoplado con un segundo extremo opuesto del segundo miembro, marco de soporte que puede girar con respecto al soporte central; el sistema comprende adicionalmente un tornillo de apriete y separación acoplado con el miembro de traviesa y el marco de soporte, un primer accionador dispuesto para rotar el tornillo de apriete y separación, y un conjunto de células solares generalmente rectangular y plano, que incluye una pluralidad de subconjuntos de receptores de célula solar de concentración de semiconductor compuesto III-V de triple unión, montados sobre el marco de soporte y un segundo accionador para rotar el soporte central y el marco de soporte, caracterizado porque comprende:- instalar unos cimientos de cemento en la superficie de la tierra;
- instalar el soporte central montando el primer miembro de modo sustancialmente perpendicular a los cimientos de cemento, e instalando el segundo accionador de modo que facilite la rotación del segundo miembro con relación al primer miembro, permitiendo de dicha forma que el conjunto de células solares siga al sol;
- acoplar el miembro de traviesa con el soporte central;
- acoplar la pareja de brazos inclinados con el miembro de traviesa y el soporte central para soportar estructuralmente el miembro de traviesa;
- acoplar el marco de soporte con el miembro de traviesa, marco de soporte que comprende un primer montaje de marco dispuesto para acoplarse con uno o más subconjuntos de células solares;
- acoplar uno o más subconjuntos de células solares con el primer montaje de marco, formando por lo tanto el conjunto de células solares; e
- instalar el tornillo de apriete y separación y el primer accionador de modo que se facilite el ajuste de la inclinación del conjunto de células solares con relación a la superficie de la tierra y, de dicha forma, siga al sol.
- 2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende adicionalmente proporcionar un segundo montaje de marco acoplado ortogonalmente con el primer montaje de marco, el segundo montaje de marco dispuesto para aumentar la rigidez del primer montaje de marco.
- 3. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo montaje de marco comprende un tirante de refuerzo.
- 4. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque los subconjuntos de células solares se acoplan con el primer montaje de marco de modo que el segundo montaje de marco se monta por encima del centro vertical del conjunto de células solares.
- 5. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el acoplamiento del miembro de traviesa con el soporte central se lleva a cabo antes del acoplamiento del miembro de traviesa con el soporte central.
- 6. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el marco de soporte se proporciona en dos mitades, procedimiento que comprende:
- ensamblar las dos mitades del marco de soporte.
- 7. El procedimiento de la reivindicación 1 caracterizado porque el primer montaje de marco se acopla de tal modo que se dispone a lo largo de la dimensión perpendicular mayor del conjunto de células solares.
- 8. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo montaje de marco se acopla de tal modo que se dispone a lo largo de la dimensión perpendicular mayor del conjunto de células solares.
- 9. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque el primer montaje de marco comprende diez posiciones de montaje, cada una de ellas dispuesta para recibir un subconjunto de células solares.
- 10. El procedimiento de la reivindicación 9, caracterizado porque las diez posiciones de montaje se ordenan secuencialmente desde un extremo del primer montaje de marco hasta el extremo opuesto del primer montaje de marco, y en el que el acoplamiento de los subconjuntos de células solares con el primer montaje de marco comprende:
- instalar un primer subconjunto de células solares en una quinta posición de montaje e instalar un segundo subconjunto de células solares en una sexta posición de montaje;
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
- e instalar subsecuentemente un tercer subconjunto de células solares en una cuarta posición de montaje, e instalar un cuarto subconjunto de células solares en una séptima posición de montaje;
- e instalar subsecuentemente un quinto subconjunto de células solares en una tercera posición de montaje, e instalar un sexto subconjunto de células solares en una octava posición de montaje;
- e instalar subsecuentemente un séptimo subconjunto de células solares en una segunda posición de montaje, e instalar un octavo subconjunto de células solares en una novena posición de montaje;
- e instalar subsecuentemente un noveno subconjunto de células solares en una primera posición de montaje, e instalar un décimo subconjunto de células solares en una décima posición de montaje.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2363844 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20120411 |
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PC2A | Transfer of patent |
Owner name: SUNCORE PHOTOVOLTAICS INC. Effective date: 20130114 |
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FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20210928 |