ES2394605B1

ES2394605B1 - Dispositivo de refrigeración geotérmica de dispositivos de aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico.

Info

Publication number: ES2394605B1
Application number: ES201030887A
Authority: ES
Inventors: Luis ARIAS ÁLVAREZ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2013-12-03
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: ES2394605A1

Abstract

Dispositivo de refrigeración geotérmica de dispositivos de aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico que comprende un sensor de temperatura (1) tanto de la temperatura ambiente como del módulo fotovoltaico (7), un elemento controlador (2) del conjunto del dispositivo, unos medios de captación (3, 4); unos medios de difusión de fluidos (6), una pluralidad de módulos solares fotovoltaicos (7); y unos medios de recogida de fluidos (9, 10); donde los medios de difusión (6) generan una capa de fluido actuando como cortina de fluido a presión sobre la superficie de los módulos solares (7) por el lado donde se recibe la radiación solar, proviniendo dicho fluido de los medios de captación (3, 4) y siendo dicho fluido recogido en la base de los módulos (7) por los medios de recogida de fluidos.

Description

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo de refrigeración geotérmica para el aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La conversión de energía en una celda fotovoltaica incluye dos procesos fundamentales, un proceso fotovoltaico que convierte luz en electricidad, y un proceso electro-térmico que convierte parte de la electricidad generada en calor. Además, también ocurre un proceso de calentamiento debido a la absorción del espectro luminoso fuera de la región del efecto fotovoltaico, debido a las pérdidas por recombinación, y un proceso de enfriamiento debido a los procesos de convección, radiación y conducción.

El rendimiento de las células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad está comprendido entre un 15% y un 25%, es decir, que sólo una pequeña parte de la energía lumínica se aprovecha realmente en forma de energía eléctrica. Este rendimiento es menor cuánto más alta es la temperatura. El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión. El efecto global, es que la potencia del panel solar disminuye al aumentar la temperatura de trabajo del mismo.

Una radiación de 1.000 W/M2 es capaz de calentar un panel al menos 30 grados por encima de la temperatura del aire circundante, lo que reduce la tensión en: 2 m V 1 (célula*grado) * 36 células* 30 grados= 2,16 Voltios, y por tanto, la potencia en un 15%.

Los dispositivos de este tipo presentan tres problemas principales, en primer lugar, las placas solares disminuyen su potencia de salida cuando aumenta la temperatura de la superficie. Como consecuencia, cuando la aportación energética es mayor, la temperatura también es máxima y la potencia disminuye. En segundo lugar, en los paneles fijos, sólo se consigue un rendimiento aceptable cuando el sol se encuentra en un ángulo alrededor de la perpendicular de la placa o "tilt" de 40°. Esta limita las

horas de aprovechamiento. Y por último, al situarse las placas solares a la intemperie, el vidrio templado que las cubre acumula suciedad de todo tipo y es motivo de disminución del rendimiento de los paneles por recibir menos radiación.

5 1O 15 20: El primer problema afecta al propio diseño de la placa solar, que debe ser diseñada atendiendo a las condiciones de temperatura máxima, sin atender a criterios de minimización de la superficie o aumento medio del rendimiento o potencia. Para solucionar dicho problema, resulta conocida la disposición de intercambiadores de calor a la cara de la placa opuesta a la superficie de recepción de radiación solar. Esta solución, sin embargo, no resulta suficiente, por cuanto los materiales en los que se realizan las placas son malos conductores térmicos y, por lo tanto, no se consigue una disminución de la temperatura que provoque un aumento de rendimiento que a su vez compense la complejidad del intercambiador que debe ser colocado en la parte posterior. También es conocida la refrigeración de las placas fotovoltaicas mediante un fluido que intercambie energía térmica. Sin embargo, esta solución presenta la problemática de que el fluido utilizado para absorber el calor desprendido por las placas fotovoltaicas debe refrigerarse nuevamente para su posterior reutilización. Esto conlleva la interposición de un elemento que refrigere el fluido caliente que se ha utilizado en el intercambio térmico con las placas.

25: En cuanto al segundo problema, resulta conocida la disposición de dispositivos de orientación de placas que hacen que las placas "sigan" el movimiento del sol a lo largo del día. Dichos dispositivos son complicados y, por ello, difícilmente utilizables en aplicaciones domésticas o pequeñas industriales. Además, los dispositivos de orientación consumen energía para orientar las placas.

30: Como solución al tercer problema, se conoce la limpieza de los paneles solares mediante riego por aspersión de manera periódica. Siendo este servicio un coste adicional que tiene que asumir una empresa externa especializada.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN 1SUMMARY OF THE INVENTION

35: Para paliar los problemas ya comentados, la presente invención tiene como objetivo, la obtención de un fluido que realice la disipación de calor a modo de refrigeración proveniente de un acuífero desde el que se pueda extraer agua subterránea mediante

un pozo de captación.

5: El agua subterránea extraída se usa por medio de una bomba (preferiblemente solar fotovoltaica) que conducida hasta las placas solares fotovoltaicas se disipa a modo de cortina, creando una capa de fluido a baja temperatura que refrigere los paneles. El calor de estos, aumenta la temperatura del agua, que es recargada al acuífero en otro sitio (pozo de inyección).

1O 15: Este sistema geotérmico utiliza el subsuelo como disipador de calor a modo de refrigeración. La aplicación del sistema se basa en la temperatura natural del subsuelo. La conexión más común, es el uso directo del agua de un acuífero (a menudo llamado sistema de "bucle abierto"). Otro diseño es el llamado, bucle cerrado, existiendo tubos en forma de "U" de polietileno de alta densidad insertados en perforaciones de 50 a 200 metros de profundidad. El concepto energético de estos tipos de sistemas se basa en la temperatura natural del agua subterránea, que en España, dependiendo de la región, será de 12 a 20 oc.

20: En el dispositivo de refrigeración geotérmica de la energía solar de tipo fotovoltaico, objeto de la presente invención, la capa de agua, al presentar un índice de refracción superior al del aire, aumenta el ángulo solar o "tilt" para el que el aprovechamiento de la radiación solar es máximo.

25: Según la Ley de Snell, cuando un rayo luminoso pasa de un medio, con un índice de refracción nl a un segundo medio de refracción n2, incidiendo con un determinado ángulo Al con respecto a la perpendicular a la superficie de contacto entre ambos medios, éste varia su ángulo A2 con respecto a la citada perpendicular, acercándose a ésta, siempre que el índice de refracción n2 del segundo medio sea mayor que el índice de refracción nl del primer medio, según la fórmula:

30: nl sin Al = n2 sin A2; n2 > nl

35: Si el tilt máximo de aprovechamiento solar de una placa de tipo conocido es _tiltl, la disposición de una placa de fluido según la presente invención aumenta el ángulo de incidencia solar en lo que el aprovechamiento de la placa es óptimo, puesto que la capa de fluido aproxima la radiación a la perpendicular a la placa.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y: sus

variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

FIG l. Muestra el esquema de instalación del dispositivo de refrigeración para dispositivos de aprovechamiento de energía solar fotovoltaica, objeto de la presente invención.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN

Tal y como se muestra en la figura adjunta, el dispositivo objeto de la invención comprende un sensor de temperatura ( 1) tanto de la temperatura ambiente como del módulo, un elemento controlador (2) del conjunto del dispositivo, un dispositivo de tratamiento de la captación que comprende, a su vez: una bomba de impulsión (3) y un pozo o galería de captación ( 4) y un dispositivo de tratamiento de la captación ( 5); unos medios de difusión de fluidos (6), una pluralidad de módulos solares fotovoltaicos (7); y unos medios de recogida de fluidos, que comprenden, a su vez, un dispositivo de tratamiento de retomo (9) y un pozo o galería de retomo de fluidos (1 O); y en donde estos elementos están configurados para que el sistema de difusión genere una capa de fluido actuando como cortina sobre la superficie de los módulos solares (7) por el lado donde se recibe la radiación solar, siendo dicho fluido recogido en la base (8) de los módulos (7) y conducido por el dispositivo de tratamiento de retomo (9) hasta el pozo de retomo (1 0).

E funcionamiento de la invención es el siguiente: el sensor de temperatura ambiente y del módulo ( 1 ), detecta que el módulo ( 1) está aumentando de temperatura más allá de los rangos permisibles, envía una señal al dispositivo controlador del sistema (2), que enciende la bomba de impulsión (3), y bombea a la superficie un fluido que está depositado en un pozo o galería de captación ( 4).

Una vez bombeado, el fluido es tratado para la mejora de su calidad, en un dispositivo para el tratamiento de impulsión ( 5), de ahí, el fluido sigue siendo bombeado al sistema de difusión ( 6), creándose una capa de fluido en movimiento que cubre la superficie de recepción de los módulos solares fotovoltaicos (7), dicho fluido presenta una baja temperatura constante que refrigera y limpia el módulo solar fotovoltaico.

Después del proceso de refrigeración del módulo solar fotovoltaico, el fluido es recogido por un sistema de recogida (8), situado en la base de los módulos solares fotovoltaicos, que conduce el fluido a un dispositivo de tratamiento de retomo (9), en el que una vez tratado el fluido es reconducido a un pozo o galería de retomo (10).

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Claims

REIVINDICACIONES

1.-Dispositivo de refrigeración geotérmica de dispositivos de aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico que comprende un sensor de temperatura (1) tanto de la temperatura ambiente como del módulo fotovoltaico (7), un elemento controlador (2) del conjunto del dispositivo, unos medios de captación (3,4,5); unos medios de difusión de fluidos (6), una pluralidad de módulos solares fotovoltaicos (7); y unos medios de recogida de fluidos (8,9,10); que se caracterizan porque los medios de difusión (6) generan una capa de fluido actuando como cortina de fluido a presión sobre la superficie de los módulos solares (7) por el lado donde se recibe la radiación solar, proviniendo dicho fluido de los medios de captación (3,4) y siendo dicho fluido recogido en la base (8) de los módulos (7) por los medios de recogida de fluidos.
2.-Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque el fluido es agua subterránea.
3.-Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los medios de captación comprenden una bomba de impulsión (3) y un pozo o galería de captación ( 4) de aguas subterráneas y unos medios de tratamiento de la captación (5).
4.-Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los medios de recogida de fluidos comprenden, a su vez, un dispositivo de tratamiento de retomo (9) y un pozo o galería de retomo de fluidos (10) y unos medios de recogida (8) en la base de los módulos (7).
5.-Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque el fluido no se reutiliza.