ES2385244A1

ES2385244A1 - Módulo solar de láminas de células fotovoltaicas.

Info

Publication number: ES2385244A1
Application number: ES201001127A
Authority: ES
Inventors: Ignacio José Pou De Los Mozos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-07-20
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: ES2385244B1

Abstract

Módulo solar de láminas de células fotovoltaicas caracterizado porque está formado por varias láminas de la inclinación adecuada y unidas entre sí mediante unos soportes estructurales, que están compuestas por varias capas de diversos materiales a modo de "sándwich" entre las que se encuentran una capa de células solares fotovoltaicas y una capa de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico, que haga de barrera física al agua, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos y que irá situada en una posición más exterior que la capa de células, que irán dispuestas en una o más filas e interconectadas eléctricamente entre sí mediante un conductor; cada lámina "sandwich" puede incluir otras capas necesarias para el correcto funcionamiento y durabilidad del módulo; asimismo el "sandwich" de cada lámina puede ir reforzado mediante el sellado de su borde y por el pinzamiento de este borde recurriendo a un marco perimetral continuo o a unas cuñas discontinuas también perimetrales; el módulo puede incluir diodos de paso.

Description

MÓDULO SOLAR DE LÁMINAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

La presente Patente de Invención tiene por objeto un módulo solar fotovoltaico (10) compuesto por láminas (2) separadas entre sí e integradas a su vez por células solares fotovoltaicas (1).

La energía solar fotovoltaica tiene por objeto la producción de electricidad a partir de un sistema generador compuesto principalmente por módulos o paneles solares fotovoltaicos (FV) que toman como fuente la energía proveniente del sol. Esta electricidad puede ser destinada al consumo autónomo (sistemas autónomos), a la venta a la compañía propietaria de la red eléctrica (sistema conectado a la red) o bien un sistema mixto de los anteriores.

Los módulos FV están compuestos a su vez por células solares FV que pueden ser de diferentes tecnologías: Silicio monocristalino o e-Si, Silicio multi o policristalino (p-Si), monocristalinas de alta eficiencia (contactos enterrados, contacto posterior, HIT -heterounión con capa fina intrínseca-), células EFG -de crecimiento en cinta sustentado por el borde-, células cuánticas o "quantum dot solar cells" -si bien estas últimas se encuentran aún en investigación-, células "thin film" o capa de fina (Silicio amorfo o a-Si -que consigue un grado de transmitancia lumínica desde opaco hasta transparente, propiedad que proporciona una gran versatilidad en cubiertas u otras aplicaciones arquitectónicas-, Silicio amorfo hidrogenado o a-Si:H, Silicio microcristalino o c-Si, Silicio microcristalino hidrogenado c-Si:H, Siliciomicromorfo o a-Si+c-Si -que constituye un tándem de los dos tipos de células anteriores-, Silicio micromorfo hidrogenado o a-Si:H+c-Si:H, Silicio nanocristalino o nc-Si, tintas o "inks" de Silicio amorfo o "dye cells", GdTe, GIS, GIGS, etc ... ), células orgánicas, células flexibles, células multiunión (AsGa, AsGaln, etc ... ) y células bifaciales. A su vez podemos disponer de células de diferentes formas (cuadradas, rectangulares, circulares, biseladas, semicirculares, ... ) y de diferentes tipos de colores, dependiendo del tipo de célula y de la composición y los espesores de la película antirreflectante de las células. El color de la célula marcará la tendencia en el diseño arquitectónico que se lleve a cabo con módulos FV. Para ello existe un amplio abanico de colores para elegir. Así mismo podemos lograr diferentes grados de transparencia en función del tipo de célula empleada: opacas (e-Si, p-Si,

micromorfo-Si, ... ), semitransparentes (a-Si, que puede alcanzar hasta un 15% de

transparencia; e-Si perforadas, ... ). También es posible conseguir células solares que formen un dibujo o patrón determinado con las que hacer carteles informativos o publicitarios, pudiendo incluso sustituir algunas células activas por serigrafías que

5 imiten la forma o el color de la célula a la que sustituyen.

Además, la energía solar foto voltaica resulta un medio excelente para ayudar

a alcanzar un modelo energético respetuoso con el medio ambiente, en una

sociedad preocupada por el cambio climático.

En la actualidad los módulos solares FV convencionales están formados por una superficie horizontal en la que las células solares están dispuestas en el mismo plano horizontal citado y van cubiertas de una lámina encapsulante de EVA (Etil-vinilacetato) transparente que las envuelve. En su parte posterior están recubiertas de una lámina de Fluoruro de polivinilo (Tediar) de color claro, que refleja parte de la radiación que ha logrado atravesar las células de nuevo hacia ellas. En la parte

15 frontal del módulo se coloca un vidrio tratado térmicamente que incrementa su resistencia a la rotura por choque térmico (templado o termoendurecido) de bajo contenido en hierro y elevada transmisividad óptica, que aísla mejor el conjunto ante la humedad, y que además da rigidez y evita roturas ante posibles impactos de cuerpos sólidos como el granizo. Las células solares quedan por tanto embutidas

20 entre las capas citadas a modo de "sandwich". En la mayoría de los módulos se incorpora un marco de aluminio anodizado que sujeta y da rigidez al conjunto, rodeándolo en todo su perímetro, embutiendo el conjunto vidrio-EVA-células-EVAFluoruro de polivinilo por medio de una goma. El marco lleva preparados taladros para la fijación del módulo al bastidor de hierro forjado, aluminio o acero, que

25 proporciona la inclinación necesaria y óptima a los paneles, ya que estos son planos en el estado actual de la técnica. Actualmente las células de cada módulo van agrupadas en series de filas y columnas y están todas en el mismo plano.

El aspecto final del módulo o panel fotovoltaico estará directamente relacionado con la célula empleada para la realización del mismo. La amplia gama 30 de tecnologías, colores y formas de las células permite una gran libertad para los arquitectos en el diseño individual del edificio. Este es el campo de la Energía Solar Fotovoltaica Integrada en la Edificación (Building Integrated Photovoltaics o BIPV). Debido a sus características de producción silenciosa y no contaminante, hoy en día

la BIPV es la más conveniente fuente de energía eléctrica renovable para las

ciudades. A la luz de estas premisas y teniendo en cuenta el crecimiento de la conciencia ambiental, BIPV es un verdadero futuro prometedor.

Una variante a la configuración en "sandwich" vidrio-EVA-Células-EVA-tedlar de los módulos ya citados anteriormente, y que es ampliamente utilizada en BIPV, es la configuración de doble vidrio sin marco, también en "sandwich": vidrio-resina encapsulante-células-resina encapsulante-vidrio. El vidrio de la cara frontal es un vidrio tratado térmicamente que incrementa su resistencia a la rotura por choque térmico (templado, que incrementa su resistencia cinco veces respecto al vidrio recocido convencional; o termoendurecido, que dobla la resistencia respecto al convencional) de bajo contenido en hierro y de alta transmisividad óptica, y a su vez debe ser resistente y con los cantos pulidos. El encapsulante o resina puede ser EVA

o PVB (Poli vinil butiral) transparente, donde el sellado de los bordes debe realizarse correctamente (el PVB es comúnmente utilizado para el vidrio laminado de seguridad por sus ventajas de resistencia y robustez). Las células de nuevo pueden ser de alguna de las tecnologías citadas. El vidrio posterior también será templado o termoendurecido con los cantos pulidos, que mejoran las prestaciones del módulo solar en su aplicación arquitectónica. Este vidrio posterior también puede ser opaco, limitando la radiación solar que atraviesa el módulo, y/o de colores cuando las necesidades arquitectónicas así lo requieran. El conjunto del "sandwich" puede incorporar grapas o cuñas de aluminio anodizado que pinzan el conjunto mediante una goma y le dan mayor cohesión mecánica.

Las características funcionales de los módulos FV permiten que se puedan utilizar en multitud de aplicaciones donde se requiera función y belleza para una arquitectura individual y moderna, por ejemplo en: suelos o azoteas de edificios (tanto planos como inclinados), requiriendo en casi todos los casos de una estructura de soporte que de la inclinación a los módulos FV, para optimizar la conversión y obtención de electricidad a lo largo de todo el año; techos acristalados; lucernarios; atrios; pérgolas; muros cortina; fachadas de doble piel; revestimientos de fachadas; protección con voladizos en fachadas; marquesinas; y otras aplicaciones (mobiliario urbano, barandillas de balcones y escaleras).

El coste depende de muchos factores, como por ejemplo, de la cantidad de

células por módulo (que ya de por sí actúan como protector solar). En cualquier caso

es una inversión que se amortiza a corto-medio plazo, al contrario de elementos

constructivos convencionales que no son económicamente activos. Se amortiza,

sobre todo, conectando el sistema a red.

Es de reseñar la falta de estética que introducen el conjunto del módulo y la estructura de soporte convencionales (estructuras de aluminio anodizado, hierro forjado o acero) en el caso de los tejados o azoteas en el ámbito de la edificación (especialmente los tejados planos, de menos de un 5% de inclinación), pues el conjunto sobresale excesivamente de la línea superior de la cubierta, rompiendo frecuentemente la armonía de la edificación. También supone un incremento del coste tanto en las cubiertas, tejados o pérgolas horizontales, y fuera del ámbito de la BIPV, en las instalaciones en suelos horizontales.

No podemos olvidar el riesgo que las estructuras metálicas convencionales elevadas sobre la cota de la cubierta introducen frente al impacto directo de rayos, lo que tendría consecuencias fatales sobre la instalación.

Los beneficios que se obtienen de las instalaciones fotovoltaicas de integración arquitectónica (BIPV) no son únicamente los económicos derivados de la producción de energía eléctrica limpia; sino también los procedentes de proyectar una imagen tangible de innovación, futuro y ecología en cada nuevo proyecto de edificación.

La presente invención de un módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) aporta cinco novedades respecto al presente estado de la técnica. En primer lugar aporta una solución al impacto estético en la edificación de los módulos FV, reduciendo la cota o elevación de los módulos en su colocación convencional, que sobresalen notablemente de la cota fija del perfil de la cubierta, a una limitada cota o elevación de los módulos solares de láminas de células FV respecto a la cota fija de la cubierta del edificio. Se consigue con esta invención una reducción del impacto estético del orden del 90% (o una reducción mayor con células rectangulares de lado menor reducido, que se pueden fabricar a medida) respecto a sistemas con módulos solares convencionales.

En segundo lugar se reduce la carga de los módulos frente al viento, ya que la superficie expuesta a la acción del viento se reduce drásticamente.

En tercer lugar se reduce el riesgo frente a impactos directos de rayo en el campo de colectores solares, ya que la cota máxima del módulo solar de láminas de células fotovoltaicas es hasta un 90% menor que con módulos y estructuras convencionales. Esto evita los daños fatales en la instalación FV que causaría un impacto de rayo.

En cuarto lugar se logra reducir la temperatura de operación de las células solares FV, con el consiguiente incremento de la eficiencia energética del sistema solar. Esto es posible mediante la disposición de las láminas de células FV, separadas entre sí para reducir al mínimo las sombras e integrando el módulo solar, ya que la disposición de láminas solares inclinadas habilita una mayor convección de aire caliente en el espacio dejado entre láminas, que será disipado de los módulos (10), reduciendo así las pérdidas por temperatura e incrementando por tanto la eficiencia del sistema solar.

En quinto lugar se consigue aumentar la transmisión lumínica sobre la cubierta o hacia el interior del edificio mediante la separación entre las láminas (2) de células FV (1) del módulo solar (10).

Las características del sistema FV en cuestión se reseñan a continuación, en detalle, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1, representa una célula solar fotovoltaica cuadrada con doble bus (en perspectiva axonométrica).

La figura 2, representa una lámina solar de células FV de estructura con marco perimetral (en perspectiva axonométrica).

La figura 3, representa una sección en perfil (según la vista A de la figura 2) de una lámina "sandwich" de células solares fotovoltaicas con marco.

La figura 4, representa un módulo solar de láminas de células solares fotovoltaicas con marco perimetral (en perspectiva axonométrica).

La figura 5, representa una lámina solar de células FV con cuñas perimetrales (en perspectiva axonométrica).

La figura 6, representa un módulo solar de láminas de células solares fotovoltaicas con cuñas perimetrales (en perspectiva axonométrica).

La figura 7, representa una vista de perfil (detalle B según la figura 6) del módulo solar de láminas de células solares fotovoltaicas con cuñas perimetrales.

La figura 8, representa una lámina "sandwich" de células solares FV sin marco

ni cuñas perimetrales (en perspectiva axonométrica).

La figura 9, representa una sección en perfil (según la vista C de la figura 8) de una lámina "sandwich" de células solares FV sin marco ni cuñas.

La figura 10, representa un módulo solar de láminas de células solares fotovoltaicas con seguimiento azimutal, con el detalle del eje vertical de rotación.

Con referencia a tales figuras las células FV (1) se presentan en láminas solares (2) en cada módulo (10), constando dichas láminas de media, una o más filas de células (1). El conjunto de las láminas constituyen una unidad modular mediante el recurso de unos soportes (11), que proporcionan cohesión estructural al módulo (10). Se reduce así la ruptura estética con la cota fija de la cubierta plana respecto a los módulos convencionales hasta en un 80% o un 90% (o mayor si las células son rectangulares con el lado menor fracción del lado mitad, posibilidad factible fabricando las células a medida). Queda por tanto el módulo integrado en la cota de la horizontal de la cubierta (o en tejados de hasta un 5% de inclinación) y las células forman un conjunto o lámina (2) cuya cota o elevación es de media (o una fracción de ésta), una o dos células inclinadas. El conjunto queda integrado en un módulo (10) con una muy reducida cota o elevación sobre la cota fija de la horizontal de la cubierta (si ésta es plana), lo que reduce notablemente las cargas de viento y el riesgo de impacto directo de rayo.

Las láminas pueden ir dispuestas en una configuración transversal, situación ésta en la que los soportes estructurales (11) son longitudinales. También pueden ir dispuestas en una configuración longitudinal, con soportes transversales. Existen variaciones a estas configuraciones: la estructura de los soportes puede reforzarse con otros soportes perpendiculares a los primeros, o mediante soportes diagonales.

Las láminas quedan inclinadas con un ángulo que en el caso de buscarse la optimización energética será de un valor determinado quedando las láminas paralelas entre sí, y con aspecto de diente de sierra de escasa cota. Este óptimo puede sacrificarse por cuestiones estéticas, posibilitando variaciones en cuanto a la inclinación de cada lámina (2) del módulo (10). También pueden adoptarse otras inclinaciones que maximicen la producción estival o invernal, o incluso según los requerimientos de iluminación y aporte calorífico en cubiertas translúcidas. En las distintas latitudes la inclinación será diferente. Asímismo, el módulo es adaptable para cubiertas inclinadas, donde las láminas llevarán la inclinación adecuada.

En una primera realización del módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), las láminas de células llevarán la inclinación adecuada e irán unidas entre si mediante soportes estructurales (11) del material adecuado, soporte al que van acopladas las láminas (2) por cualquier medio convencional adecuado. Cada lámina solar (2) está compuesta por varias capas de materiales diversos a modo de "sandwich". Entre estas capas la más importante es la formada por las células solares fotovoltaicas (1), de cualquiera de las tecnologías existentes. Las células van interconectadas eléctricamente entre sí mediante un conductor eléctrico

(3): hasta entregar el voltaje adecuado. La capa frontal (5) de cada lámina (la más cercana a la fuente lumínica, el sol) será de un material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico, que impida la entrada de agua a las capas interiores. Esta capa debe a su vez dar rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de granizo o algún otro cuerpo sólido. La superficie exterior de esta capa, por ejemplo de vidrio, puede ir texturizada con un aspecto piramidal. Cada lámina "sandwich" (2) puede incluir otras capas necesarias para el correcto funcionamiento y durabilidad del módulo (10). El "sandwich" de cada lámina puede ir reforzado incluyendo un sellado de su borde y también mediante el pinzamiento del borde de cada lámina recurriendo a un marco perimetral continuo (7) o mediante unas cuñas o grapas perimetrales discontinuas (12), pudiendo emplear en ambos casos una goma (8) intercalada entre el marco (7)

: o cuñas a modo de grapas (12) y la lámina solar (2), que reduzca la tensión mecánica en la lámina solar. El módulo puede incorporar diodos de paso para evitar el efecto de punto caliente en los tipos de células que padecen este efecto. Las láminas del módulo solar pueden ir dispuestas en dos configuraciones principales: transversales según un eje Este-Oeste, donde las células solares irán dispuestas en una o más filas por lámina; o longitudinales según un eje Norte-Sur, con las células solares en una columna o más por lámina.

En una segunda realización del módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), el "sandwich"está compuesto por las siguientes capas: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos (capa de vidrio templado o termoendurecido de bajo contenido en hierro, por ejemplo); una capa de células solares fotovoltaicas (9) de cualquiera de las tecnologías existentes, que van encapsuladas mediante una doble capa de resina aislante transparente (4) que embute la capa de células solares por la parte frontal y por la parte posterior, que aísla de la humedad y aísla eléctricamente (de EVA -Etil vinil acetato, por ejemplo), yendo las células FV (1) interconectadas entre sí por tiras o buses conductores eléctricamente (3), que quedan dentro del encapsulante; y por una capa posterior de Fluoruro de polivinilo (6).

En una tercera realización del módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), el "sandwich"está compuesto por las siguientes capas: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina encapsulante de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente (4); una capa de células solares fotovoltaicas (1) de cualquiera de las tecnologías existentes; una capa de resina encapsulante laminada con Fluoruro de polivinilo; una capa de poliester; y por último una capa de fluoruro de polivinilo blanco, que aumenta la reflexión de la luz en la parte posterior y la reenvía de nuevo hacia las células solares.

En una cuarta realización del módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), el "sandwich"está compuesto por las siguientes capas: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina encapsulante (4) de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; una capa de células solares fotovoltaicas (1) de cualquiera de las tecnologías existentes; una capa de resina encapsulante (4); y por último una capa de material sólido adecuado de sustrato (15).

En una quinta realización del módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), el "sandwich"está compuesto por las siguientes capas: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la

rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo

presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de pasivante de la superficie frontal de las células solares, de elevada transparencia, que mejora las caracteríticas ópticas de las células (por ejemplo, el TeO -óxido pasivante transparente-); una capa de células solares fotovoltaicas (9) de cualquiera de las tecnologías existentes; una capa de resina encapsulante (4); y por último una capa de material adecuado de sustrato (15), que puede ser sólido (vidrio, metal, cerámico, ... ).

En estas cinco realizaciones la cara posterior de cada lámina solar puede ir adherida mediante un pegamento adecuado a unas piezas sólidas que irán unidas a los soportes bien directamente, bien a través de unas costillas y unas barras perpendiculares a las costillas, o bien por medio de cualquier otro medio de fijación adecuado.

Otra variante a las cinco realizaciones expuestas consiste en unir la cara posterior (14) de cada lámina solar mediante un pegamento adecuado o por los medios apropiados a una chapa, que según la acepción del DRAE puede ser de cualquier material adecuado, y que a su vez va fijada al soporte estructural (11). Estas chapas unidas posteriormente a cada lámina (2) pueden ir unidas entre sí, constituyendo un cerramiento que actúa de sustentación de las láminas y que puede sustituir a los soportes estructurales ya mencionados. Este cerramiento permite jugar con la luz que la atraviesa, dependiendo del material empleado, y en el caso de cerrar una cubierta, establecer un aporte lumínico específico. Se puede hacer que entre lámina (2) y chapa medie una cámara de aire, uniendo chapa y lámina mediante los laterales de las láminas, quedando a modo de cerramiento que de nuevo actúa de sustentación de las láminas y puede sustituir a los soportes estructurales (11). Una cuarta posibilidad con las chapas de cualquier material adecuado consiste en unir la chapa a la parte inferior (13) del soporte estructural del módulo (11), pudiendo intervenir de nuevo como cerramiento.

La invención mejora hasta en un 90% el impacto estético del módulo en cuanto a cota de elevación sobre la cota fija de la cubierta del edificio. Si usamos células cuadradas la reducción del impacto visual respecto a un módulo convencional es del 80%, mientras que si usamos células rectangulares de lado mitad o a medida, la reducción del impacto visual llega al 90% o superior.

Las conexiones eléctricas entre las células fotovoltaicas es mediante conductores (3) (laminillas o buses) metálicos como ya se ha comentado, dependiendo el número de células FV (1) que vayan en serie o paralelo de las características eléctricas de salida que busquemos para el módulo solar. La

5 conexión entre láminas (2) puede ser o por caja de conexión trasera o por salida lateral. La conexión de los cables se debe realizar en un número limitado de puntos y de fácil registro.

Según el sistema de montaje de los módulos (10) requerido para completar una cubierta con varios módulos, se realiza el tratamiento mecánico necesario, por ejemplo mediante taladros correspondientes para la fijación con un sistema abotonado o por fijación en los cuatro lados. Además, los módulos (10) deben incorporar registros para la inserción del cableado de conexión, tanto para conectar los módulos entre sí como para guiar la entrada del cableado en el edificio. El diseño de los soportes (11) debe asegurar que los cables en la zona expuesta están bien

15 ventilados y drenados, sin que puedan producirse acumulaciones de agua.

Los posibles acabados del módulo (10) también son múltiples, además de por el diferente color posible de las células, por la translucidez del módulo según el grado de protección solar y transmisión lumínica requeridos. Se puede jugar con la distancia entre células FV (1) o entre las láminas (2) y el acabado trasero de la

20 cubierta. Es posible introducir también láminas serigrafiadas con distintos colores por cuestiones estéticas, o para salvar franjas de sombras de la cornisa u otros edificios en los extremos del sistema fotovoltaico.

Es muy importante que en este tipo de sistemas constructivos se haga un gran esfuerzo para conseguir una gran optimización energética, es por ello que en la 25 fase de planificación de un proyecto se debe contar con una serie de criterios de aplicación para módulos FV integrados arquitectónicamente. El primer criterio a tener en cuenta son la localización y radiación solar: el rendimiento energético de una instalación FV depende en primera instancia de la cantidad de radiación solar disponible en el lugar de su ubicación. El segundo criterio a considerar son la 30 orientación e inclinación del campo FV, que tienen una influencia importante en el comportamiento energético de la instalación FV. Desviaciones de este punto óptimo de orientación e inclinación resultan en pérdidas energéticas respecto a la generación máxima posible. Con el módulo de la presente invención la inclinación es

la óptima para cubiertas planas o de pequeña inclinación, que en España es de unos

30°. Una mejora en el diseño del sistema consiste en la inclusión de seguimiento solar por elevación y azimutal, ganando un 35% de eficiencia en el sistema global. Otro aspecto a tener en cuenta es el de la proyección de sombras, que se debe evitar al máximo, ya que pequeñas proyecciones de sombras en los campos FV pueden provocar que gran parte del módulo no funcione (este factor se reduce con células de capa fina tipo a-Si). El último factor que citamos es el del rendimiento energético. El rendimiento energético de una célula FV disminuye con el aumento de su temperatura. Una célula FV en funcionamiento produce un calor residual que debe ser evacuado. Esto resulta más fácil si la parte trasera (14) (la que da al Norte) del módulo FV está ventilada. En la mayor parte de los casos de integración arquitectónica esto no es posible y se tiene que calcular con pérdidas debido al calentamiento del módulo. Este efecto se reduce con láminas de células FV de las resinas o plásticos adecuados (4), de alta conductancia térmica; y mediante la separación que queda entre las láminas solares, lo que facilita la convección de aire y con ello la reducción de la temperatura.

Un paso más en la búsqueda de un sistema estéticamente aceptable y de un elevado rendimiento consiste en introducir movilidad a las láminas (2) de células FV ya los módulos solares (10). De esta forma mediante cualquier medio de gestión del movimiento (un sensor de radiación solar o un algoritmo de seguimiento de la trayectoria del sol), se alcanza un incremento del rendimiento del sistema de hasta un 35 %, cuando se habilitan dos ejes de giro para el seguimiento del sol. Una mejora inicial en el rendimiento consiste en habilitar un sólo eje de rotación (NorteSur, Este-Oeste o azimutal), con lo que se puede alcanzar una ganancia de energía producida en torno al 20-25 %. En el seguimiento solar con un eje Norte-Sur o EsteOeste puede habilitarse el movimiento lámina a lámina (2) (con el eje de rotación de cada lámina definido en los puntos de unión entre ésta y el soporte estructural (11» o dando movilidad al módulo (10) en su conjunto. El movimiento se consigue por cualesquiera medios de accionamiento adecuados (como pueden ser medios activos -un motor -o medios pasivos -sistema termohidráulico -). En el seguimiento solar por medio de un eje vertical por giro azimutal (17) la movilidad es del módulo al completo.

Los módulos que incluyen dos ejes de giro para el seguimiento del sol son combinaciones de los sistemas de seguimiento de un eje: eje de giro Norte-Sur junto a eje Este-Oeste (ya sea con láminas longitudinales o transversales) o eje de giro azimutal junto a eje Este-Oeste.

Es posible incorporar un anemómetro digitalizado en cualquiera de los 5 sistemas de seguimiento solar (tanto de un eje como de dos) que llevará al módulo

(10) o a las láminas (2) más expuestas a vientos fuertes a una posición de seguridad.

En los módulos que llevan incorporada una chapa ésta puede ser especular en su cara anterior Gon lo que se aumenta la generación eléctrica. Si además las células (1) de las láminas solares (2) son bifaciales este efecto se multiplica.

Se incluye como otra variante de la invención del módulo solar (10) formado por láminas (2) de células FV (1) aquella en la que se incluye algún sistema de concentración solar, ya sea por lentes y/o por espejos. Un sistema de concentración mediante lentes que puede aplicarse al módulo de láminas solares es el de las

15 lentes de Fresnel lineales, que enfocan la radiación solar sobre las láminas, quedando el eje focal de cada lente sobre la lámina (2) correspondiente uniformemente iluminada. El grado de concentración solar que se puede alcanzar es especialmente grande en sistemas de seguimiento de dos ejes, pues pueden entrar como elementos concentradores sistemas mixtos lentes/espejos, como por ejemplo

20 aquellos que incluyen un concentrador primario mediante lentes de Fresnel y un concentrador secundario mediante superficies especulares (colimador).

Como elemento final de la descripción del invento se incluye el sistema de monitorización telemática y de gestión de la energía que el módulo (10) o sistema solar (agrupación de módulos) incorpora. Este sistema incorpora cajas de

25 conexiones inteligentes (convenientemente ubicadas) monitorizadas en tiempo real vía telemática desde un centro de control. La monitorización en tiempo real vía telemática puede realizarse mediante cualquiera de los medios de comunicación adecuados. El centro de control genera alarmas por cualquier medio adecuado en caso de que alguno de los elementos del módulo o sistema solar produzca menos

30 energía de la esperada. Finalmente la caja de conexiones inteligente puede incluir un microinversor que convierte in-situ la corriente continua en alterna en cada lámina

o módulo.

Claims

REIVINDICACIONES

1 a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), caracterizado porque está formado por varias láminas (2) de la inclinación adecuada y unidas entre si mediante unos soportes estructurales (11) , que están compuestas

5 por varias capas de diversos materiales a modo de "sandwich" entre las que se encuentran una capa de células solares fotovoltaicas (1) Y una capa de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos y que irá situada en una posición más exterior que la capa de células (9), que irán dispuestas en una o más filas e interconectadas eléctricamente entre sí mediante un conductor (3), incluyendo cada lámina "sandwich" otras capas necesarias para el correcto funcionamiento y durabilidad del módulo, estando asímismo reforzado el "sandwich"

15 de cada lámina (2) mediante el sellado de su borde y por el pinzamiento de este borde recurriendo a un marco perimetral continuo (7) o a unas cuñas discontinuas

(12) también perimetrales -en ambos casos pudiendo emplear una goma (8) que actúe de atenuador de la tensión mecánica en la lámina -y pudiendo incluir el módulo diodos de paso.

20 2a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según la reivindicación 1 a, caracterizado, además, porque las láminas (2) del módulo solar son transversales y van unidas al soporte estructural (11) del módulo.

3a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según la reivindicación 1 a, caracterizado, además, porque las láminas del módulo solar son 25 longitudinales y van unidas al soporte estructural del módulo.

4a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 3a, caracterizado porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa de células solares fotovoltaicas (1), que van encapsuladas mediante una doble capa de

30 resina aislante transparente (4) que embute la capa de células solares, que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; por una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; y por una capa posterior de Fluoruro de polivinilo (6).

5a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina (4) de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; una capa de células solares fotovoltaicas (1) de cualquiera de las tecnologías existentes; una capa de resina laminada con Fluoruro de polivinilo; una capa de poliester; y por último una capa de Fluoruro de polivinilo blanco.

6a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina encapsulante (4) de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; una capa de células solares fotovoltaicas (1); una capa de resina encapsulante (4); y por último una capa de material adecuado de sustrato (15).

7a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5), que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de

impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de pasivante de la superficie frontal de

las células solares, de elevada transparencia; una capa de células solares fotovoltaicas (g); una capa de resina (4); y por último una capa de material adecuado de sustrato (15).

5 S.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 7a, caracterizado, además, porque la cara posterior (14) de cada lámina solar (2) va adherida a unas piezas sólidas que van unidas a los soportes bien directamente, bien a través de unas costillas y barras.

ga._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 7a, caracterizado, además, porque la cara posterior (14) de cada lámina solar (2) va unida mediante un pegamento adecuado o por medios mecánicos a una chapa de cualquier material adecuado y que a su vez va fijada al soporte estructural (11).

10a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según la

15 reivindicación ga, caracterizado, además, porque las chapas unidas a la caras posteriores de cada lámina solar están unidas entre sí, constituyendo un cerramiento y sustentación de las láminas, lo que permite prescindir de los soportes estructurales (11 ).

11a.- Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según

20 cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 7a, caracterizado, además, porque los laterales de cada lámina (2) van unidos a una chapa de cualquier material adecuado, quedando en la parte posterior (14) de cada lámina una cámara de aire entre la lámina y la chapa, constituyendo la chapa un cerramiento y sustentación de las láminas, lo que permite prescindir de los soportes estructurales (11).

25 12a-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según . cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a sa, caracterizado, además, porque incorpora una chapa de cualquier material adecuado unida a la parte inferior (13) de los soportes estructurales (11), a modo de cerramiento.

13a.- Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según

30 cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a ga, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas dentro del módulo solar, habilitando un eje de rotación de orientación Norte-Sur en cada lámina del módulo solar, entre los puntos

de unión de las láminas (2) con los soportes (11) de la estructura modular,

posibilitando el giro de las láminas diariamente y a lo largo del año.

14a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 12a, caracterizado, además, porque se 5 dota de movilidad al módulo solar mediante un eje de rotación de orientación Norte

Sur.

15a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas dentro del módulo solar, habilitando un eje de rotación de orientación Este-Oeste en cada lámina del módulo solar, entre los puntos de unión de las láminas (2) con los soportes (11) de la estructura modular, posibilitando el giro de las láminas diariamente y a lo largo del año.

16a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 12a, caracterizado, además, porque se 15 dota de movilidad al módulo solar mediante un eje de rotación de orientación Este

Oeste.

17a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 12a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad al módulo solar mediante un eje vertical (16) de rotación azimutal (17).

18a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas solares (2) y/o al módulo solar (10) habilitando dos ejes de rotación de orientación, uno Norte-Sur y otro Este-Oeste.

25 19a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas solares (2) y/o al módulo solar (10) habilitando dos ejes de rotación, uno azimutal y otro de orientación Este-Oeste.

20a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según 30 cualquiera de las reivindicaciones 13a a 19a, caracterizado, además, porque se incorpora un anemómetro digitalizado que lleva al módulo solar (10) o a las láminas

(2) más expuestas a una posición de seguridad en caso de vientos fuertes.

21a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones ga a 20a, caracterizado, además, porque la chapa es de cualquier material especular, y porque las células solares fotovoltaicas pueden ser bifaciales.

5 22a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 21 a, caracterizado, además, porque incorpora cualquier sistema de concentración solar.

23a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según la reivindicación 22a, caracterizado, además, porque el sistema de concentración

10 consiste en lentes de Fresnel lineales que enfocan la radiación solar sobre las láminas (2), quedando el eje focal de cada lente sobre la lámina (2) correspondiente uniformemente iluminada.

24a.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 23a, caracterizado, además, porque incorpora

15 un sistema de monitorización telemática y un sistema de gestión de la energía producida mediante cajas de conexiones inteligentes convenientemente ubicadas en el módulo solar (10), realizándose la monitorización en tiempo real vía telemática desde un centro de control automatizado que genera una alarma en caso de que algún elemento del sistema solar produzca menos energía que la esperada.

20 2Sa.-Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1), según la reivindicación 24a, caracterizado, además, porque la caja de conexiones inteligente incorpora un microinversor que convierte in-situ la corriente continua que genera cada módulo (10) o lámina solar (2) en corriente alterna.