ES2606298T3 - Ensamblaje de módulos de una central solar - Google Patents

Abstract

Central solar que incluye unos primeros módulos fotovoltaicos (31) inclinados con respecto a un plano horizontal y unos segundos módulos fotovoltaicos (32) aproximadamente verticales, manteniéndose los primeros y segundos módulos mutuamente.

Description

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DESCRIPCION

Ensamblaje de modulos de una central solar Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a la realizacion de instalaciones que incluyen unos modulos fotovoltaicos y, de manera mas particular, a la realizacion de una central solar a base de un conjunto de modulos fotovoltaicos.

Exposicion de la tecnica anterior

Los sistemas fotovoltaicos que tienen por objeto producir energfa electrica a partir de la ene^a solar estan generalmente formados por un conjunto de modulos fotovoltaicos, que agrupa cada uno unas celulas fotovoltaicas conectadas entre st Cada modulo esta generalmente acompanado de un marco metalico para asegurar su rigidez y mejorar su estanquidad.

Los modulos fotovoltaicos estan, en una central solar, generalmente repartidos en filas paralelas e inclinados con respecto a la horizontal para captar de la mejor manera posible los rayos solares. En la practica, se fijan los modulos fotovoltaicos sobre unos soportes ngidos, por ejemplo, una fachada, una techumbre o un armazon.

La fijacion de los modulos sobre estos soportes ngidos debe asegurar la resistencia a los vientos. El coste de estos soportes ngidos y el de su implementacion representan una parte importante del coste final de la central fotovoltaica.

Por otra parte, existen unos modulos que tienen la particularidad de que son de doble cara, es decir, que reciben y utilizan la energfa luminosa que les llega de los dos lados. Este tipo de modulos deja generalmente pasar una parte de la luz y se utilizan entonces como umbna. Tambien pueden fijarse verticalmente y orientarlos de forma este- oeste.

El documento GB-A-2 466 587 describe un marco de ventana que incluye unas laminas solares orientables.

El documento europeo EP2551608A describe una central solar.

Sumario

Un objeto de un modo de realizacion de la presente invencion segun un primer aspecto es proponer una arquitectura de central solar que palfa al menos una parte de los inconvenientes relacionados con la fijacion de los modulos resultando al mismo tiempo eficaz.

Otro objeto de un modo de realizacion de la presente invencion segun un segundo aspecto es incrementar, con espacio necesario en el suelo dado, la capacidad de produccion de una central solar.

Otro objeto de un modo de realizacion de la presente invencion es facilitar la consistencia a los vientos de los modulos fotovoltaicos de una central solar.

Para conseguir todo o parte de estos objetos, asf como otros, se preve una central solar que incluye unos primeros modulos fotovoltaicos inclinados con respecto a un plano horizontal y unos segundos modulos fotovoltaicos aproximadamente verticales, manteniendose los primeros y segundos modulos mutuamente.

Segun un modo de realizacion, los modulos incluyen unos marcos que sirven de soporte ngido para el conjunto de la central.

Segun un modo de realizacion, los primeros modulos y/o los segundos modulos son de doble cara.

Segun un modo de realizacion, los modulos son rectangulares, siendo los lados pequenos de los primeros modulos paralelos a los lados pequenos de los segundos modulos.

Segun un modo de realizacion, al menos un lado pequeno de cada primer modulo esta alineado sobre un lado pequeno de al menos un segundo modulo.

Segun un modo de realizacion, la proporcion entre la longitud de los lados pequenos y la de los lados grandes de los segundos modulos depende de la tangente de la elevacion del sol a mediodfa durante el solsticio de invierno sobre el lugar de ubicacion.

Segun un modo de realizacion, los lados pequenos respectivos de los primeros y segundos modulos son aproximadamente de misma longitud, preferentemente de misma longitud.

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Segun un modo de realizacion, la normal de los primeros modulos hace, con respecto a un plano horizontal, un angulo aproximadamente igual, preferentemente igual, a la elevacion del sol a mediodfa en el solsticio de invierno.

Segun un modo de realizacion, la central incluye:

al menos dos filas de primeros modulos, siendo las filas paralelas entre sf; y por fila, al menos dos segundos modulos.

Segun un modo de realizacion, los primeros y segundos modulos estan ensamblados los unos a los otros con la ayuda de empalmes de extremos.

Breve descripcion de los dibujos

Estos objetos, caractensticas y ventajas, asf como otros, se expondran en detalle en la siguiente descripcion de modos de realizacion particulares hecha a tftulo no limitativo en relacion con las figuras adjuntas de entre las que:

la figura 1 es una representacion esquematica y en perspectiva de un ejemplo de instalacion fotovoltaica montada sobre un armazon sobre un terreno o una techumbre plana;

la figura 2 es una representacion esquematica y en perspectiva de un ejemplo de instalacion fotovoltaica vertical que incluye unos modulos de doble cara;

la figura 3 es una representacion en perspectiva de un elemento de base de un modo de realizacion de una central fotovoltaica;

la figura 4 es una representacion esquematica y en perspectiva de un modo de realizacion de una central fotovoltaica;

la figura 5 ilustra un detalle de un modo de realizacion de un ensamblaje de modulos en la central de la figura 4; la figura 6 representa un detalle de otro modo de realizacion de un ensamblaje de modulos fotovoltaicos en la central de la figura 4; y

las figuras 7 y 8 ilustran dos ejemplos de elemento de ensamblaje.

Descripcion detallada

Unos mismos elementos se han designado mediante unas mismas referencias en las diferentes figuras que se han trazado sin respetar la escala. En interes de la claridad, solo se han detallado los elementos utiles para la comprension de los modos de realizacion que van a describirse. En particular, la constitucion de las celulas fotovoltaicas de un modulo de cara sencilla o de doble cara no se ha detallado, siendo los modos de realizacion descritos compatibles con los modulos habituales. Ademas, el ensamblaje de las diferentes celulas fotovoltaicas en modulo de cara sencilla o de doble cara tampoco se ha detallado, siendo tambien aqu los modos de realizacion descritos compatibles con los ensamblajes habituales de modulos.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo tradicional de instalacion fotovoltaica 1 en una inclinacion favorable para su produccion anual. Esta instalacion 1 incluye habitualmente un conjunto (a menudo una matriz) de modulos elementales 12, estando cada modulo 12 constituido por una matriz de celulas fotovoltaicas 122. Cada modulo 12 esta generalmente engarzado de un cuadro metalico 14 que tiene por objeto estar fijado a un soporte ngido 18 (armazon, esqueleto metalico en techumbre o en fachada, etc.). Sobre una plataforma, los armazones estan generalmente formados por pies y por escuadras. El angulo a, que forma la instalacion 1 con respecto a un plano horizontal H depende de la localizacion de la instalacion y del espacio necesario deseado, por ejemplo, sobre la techumbre.

La figura 2 representa otro ejemplo de sistema fotovoltaico 2. El sistema 2 incluye un conjunto de modulos 22 de doble cara dispuestos uno al lado del otro. Un sistema 2 de este tipo puede estar colocado verticalmente y recibir una parte de la radiacion mediante reflexion del suelo F. La puesta vertical de unos modulos de este tipo necesita unos pies y unas escuadras para cada modulo.

La necesidad de estructuras de mantenimiento forma parte del sobrecoste de las centrales solares.

Por otra parte, las centrales inclinadas del tipo de la de la figura 1 y verticales del tipo de la de la figura 2 tienen sus propias ventajas que son hoy en dfa diffcilmente combinables en una misma central debido a la sombra mutua que son susceptibles de hacerse los modulos entre sf.

Segun un primer aspecto, los inventores preven sacar provecho de la presencia de un marco (24, figura 2) alrededor de los modulos 2, con el fin de utilizar unos modulos de este tipo para mantener unos modulos inclinados del tipo del de la figura 1. En otras palabras, se preve servirse de los modulos de doble cara como puntales de mantenimiento de los modulos inclinados y viceversa.

Segun un segundo aspecto, los inventores preven combinar unos modulos inclinados y unos modulos verticales para realizar una central solar mixta minimizando el sombrajo de los modulos los unos sobre los otros.

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La figura 3 es una representacion esquematica en perspectiva de un modo de realizacion de un elemento de base 3 de una central solar. Se utiliza el concepto de elemento de base para poner de relieve que la central esta realizada mediante yuxtaposicion de varios elementos de este tipo. No obstante, no es necesario que estos elementos esten preensamblados.

La figura 4 es una vista esquematica en perspectiva de un ejemplo de central realizado por medio de elementos 3.

Un elemento de base 3 incluye un modulo para montaje inclinado 31 asociado a un modulo para montaje vertical 32. Los modulos tienen la forma de paneles planos. Por montaje inclinado, se entiende un montaje segun el cual el modulo 31 (el plano en el que se inscribe su superficie mayor) esta en un plano inclinado (angulo a) con respecto a un plano horizontal. Por montaje vertical, se entiende un montaje segun el cual el modulo 32 (el plano en el que se inscribe su superficie mayor) esta en un plano aproximadamente perpendicular a un plano horizontal y preferentemente perpendicular a un plano horizontal. Los modulos 31 y 32 son paralelepipedicos, preferentemente rectangulares y tienen, preferentemente, unos lados pequenos respectivos 312 y 322 de misma longitud (11 = 12). No obstante, podran considerarse unos modulos cuadrados (caso particular de un rectangulo).

La inclinacion a del modulo 31 se determina teniendo en cuenta la localizacion de la central solar y, en concreto, la latitud del lugar de ubicacion, que condiciona la altitud del sol a mediodfa. Preferentemente, el angulo a es tal que la normal al plano en el que se inscribe el modulo hace, con un plano horizontal, un angulo aproximadamente igual, preferentemente igual, a la elevacion angular (altitud) del sol a mediodfa en el solsticio de invierno. Esto optimiza la produccion de los modulos inclinados.

Preferentemente, el angulo p entre el lado grande 324 o 326 de un modulo 32 y el plano horizontal se elige para minimizar el sombrajo del modulo inclinado sobre el modulo vertical y viceversa. Por lo tanto, el angulo p depende del angulo a de inclinacion de los modulos 31 con respecto al plano horizontal. El angulo p es, preferentemente de manera aproximada igual, preferentemente igual, a la elevacion angular del sol a mediodfa durante el solsticio de invierno. Una eleccion de este tipo constituye, para los inventores, un buen compromiso para minimizar la sombra en el transcurso de las jornadas y optimizar la produccion anual del sistema.

Cuando los modulos son rectangulares, esto lleva a una realizacion preferente segun la cual un lado pequeno 312 del modulo 31 esta aproximadamente paralelo, preferentemente de manera aproximada alineado, preferentemente alineado, sobre un lado pequeno 322 del modulo 32, estando este ultimo situado por encima del lado pequeno 312.

Mas generalmente, la disposicion de los modulos (la eleccion de los angulos) es tal que, para cualquier par de modulos que incluye un modulo vertical y un modulo inclinado, la o las rectas (ficticias) “i” que contiene la o las aristas inferiores (la o las mas bajas) de un modulo del par pasa por encima de la o las rectas (ficticias) “s” que contiene la o las aristas superiores (la o las mas altas) del otro modulo del par.

Considerando el volumen de los modulos, es decir, no pasando por alto su espesor, un modulo inclinado solo tiene una arista superior y una arista inferior, mientras que un modulo vertical tiene (si esta exactamente vertical) dos aristas superiores y dos aristas inferiores. Para simplificar la comprension, se hara referencia a una sola arista (lo que equivale a, geometricamente, pasar por alto el espesor de los modulos verticales.

La arista inferior de un modulo de un par de modulos es la arista (de un lado grande para un rectangulo) que, de entre unas aristas que tienen un extremo comun mas cerca del otro modulo del par, es la mas baja.

La arista superior de un modulo de un par de modulos es la arista (de un lado grande para un rectangulo) que, de entre unas aristas que tienen un extremo comun mas cerca del otro modulo del par, es la mas alta.

Preferentemente, la recta ficticia “p” que contiene la arista del lado pequeno de un modulo vertical mas cerca del modulo inclinado por encima del que pasa la recta que contiene su arista inferior no rebasa, en la direccion de subida de esta arista inferior, el plano que contiene el modulo inclinado. Esto participa en la minimizacion del sombrajo de los modulos los unos sobre los otros.

Para facilitar la puesta, el angulo 37 entre el plano en el que se inscribe un modulo 31 y el plano en el que se inscribe un modulo 32 es preferentemente de 90°. No obstante, segun un modo de realizacion particular, este angulo 37 podra adaptarse para orientar de manera diferente los modulos 32. Entonces, el angulo 37 podra abrirse o cerrarse sabiendo que un angulo recto permitira a menudo una reduccion maxima del espacio necesario de la central minimizando el sombrajo para una longitud dada de los lados grandes de los modulos 32.

Preferentemente, el lado pequeno 322 de un modulo rectangular 32 hace un angulo recto 35 con los lados grandes 314 y 316 de un modulo rectangular 31. Por otra parte, el angulo 36 entre los lados grandes de los modulos 32 y los lados pequenos de los modulos 31 es igualmente de manera preferente recto.

Suponiendo que cada modulo 32 descansa en el suelo por una de sus esquinas, las longitudes 12 y L2 de los lados

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pequenos y grandes de los modulos 32 condicionan el valor del angulo p. Para minimizar los sombrajos que los modulos se provocan los unos sobre los otros, se buscara preferentemente una proporcion 12/L2 escasa. No obstante, cuanto mas escasa es esta proporcion, menos densa es la central.

Segun un ejemplo preferente de dimensionado, suponiendo que los lados pequenos de los modulos 31 y 32 son de misma longitud, el producto de la proporcion L2/12 por la tangente del angulo p es igual a 2 (2*l2/L2 = tan (p)). En la practica, el numero de celulas 22 (figura 2) es un numero entero. Por consiguiente, la proporcion L2/12 se redondea al entero mas cerca. Se elige el numero de modulos en una de las dos longitudes y se deduce de ah el numero de celulas en la otra longitud. Preferentemente, se busca un numero racional mas cerca de la proporcion L2/12. Despues, se elige el numerador, es decir, el numero de celulas en la anchura 12 del modulo, preferentemente un numero compatible con la industria fotovoltaica, y se deduce el denominador asociado, es decir, el numero de celulas en la anchura del modulo.

A tttulo de ejemplo particular de realizacion, para una ubicacion en una region tomada arbitrariamente en las inmediaciones de la ciudad de Grenoble (Francia) donde la latitud es de alrededor de 45,1° y donde la altitud del sol a mediodfa en el solsticio de invierno es de alrededor de 22,1°, se prevera una proporcion L2/12 igual a 4,9254, redondeada a 5.

Si las longitudes 11 y 12 no son iguales, se deduce el tamano de los modulos 32 de la relacion (11 + 12)/L2 = tan(P). Aunque sea preferible fijar el angulo p por las dimensiones 12 y L2, puede igualmente jugarse con la longitud 11 para conservar el angulo 36 elegido (preferentemente recto).

En el ejemplo arbitrario de la figura 4, se supone la presencia de tres filas 41, 42, 43 de tres elementos de base 3 uno al lado del otro. Para compensar la diferencia de altura al nivel del extremo delantero de la central, se anade preferentemente una fila suplementaria 44 de modulos inclinados 31. Como variante, esta fila de modulos se sustituye por unos pies. Opcionalmente, se preve, en la parte trasera de la central, una o varias filas 45 de modulos 31. En este ultimo caso, es preferible prever unos pies a la manera de los pies 16 de la figura 1 para mantener estas dos filas adicionales. Finalmente, unos modulos verticales 32' adicionales terminan la central en el extremo libre de las filas. Como se desprende de la figura 4, una particularidad es que los modulos verticales 32 llevan los modulos inclinados 31. Los modulos 31 no descansan en el suelo, sino que descansan sobre unas franjas (preferentemente las esquinas) de modulos verticales 32.

El modo de realizacion preferente de la figura 4 saca provecho de la presencia de marcos ngidos 24 (figura 2) en la periferia de los modulos de doble cara. De esta manera, los modulos verticales 32 sirven para mantener inclinados los modulos 31 que, ellos mismos, sirven para sustentar los modulos 32.

En un modo de realizacion simplificado del primer aspecto, los modulos verticales 32 descansan en el suelo por sus lados grandes 326 o, mas generalmente, el angulo p no respeta la optimizacion de mas arriba de reduccion del sombrajo. Sin embargo, los modulos verticales sirven para mantener los modulos inclinados y, preferentemente, los modulos verticales e inclinados se mantienen mutuamente. Esto permite ya sacar provecho de la presencia de una parte de las celulas de los modulos 32.

La figura 5 es una vista parcial esquematica de un detalle de realizacion de un elemento de ensamblaje 5 entre unos bordes laterales de dos modulos verticales 32 y de un modulo inclinado 31. En este ejemplo, se utiliza en cada interseccion, un vastago 52 que tiene aproximadamente una longitud de 11 mas dos veces 12. Los vastagos 52 se fijan en el suelo, por ejemplo, por medio de pedestales 54. El vastago 52 puede, a tftulo de ejemplo particular de realizacion, incluir unas gargantas de recepcion de los bordes laterales de los modulos o unos medios de fijacion de estos bordes laterales.

La figura 6 es una vista en perspectiva esquematica de otro modo de realizacion segun el cual la propia estructura de los modulos 32 y 31 (los lados pequenos de los marcos 14 y 24) forma, de alguna manera, los vastagos de ensamblaje. Se preven, por ejemplo, unos elementos de ensamblaje 7 y 8 de las esquinas de los modulos entre sf.

La figura 7 es una vista esquematica de un modo de realizacion de un elemento de ensamblaje 7, que de manera mas particular tiene por objeto los bordes de las filas.

La figura 8 es una vista esquematica de un modo de realizacion de un elemento de ensamblaje 8, que de manera mas particular tiene por objeto ensamblar dos modulos inclinados con un modulo vertical.

Los elementos de ensamblaje 7 y 8 estan formados, en este ejemplo, por cubos 71, 72 y 81, 82, 83, abiertos cada uno sobre dos caras que tienen por objeto recibir una esquina de un modulo. Las representaciones de las figuras 7 y 8 son muy esquematicas e ilustran que el ensamblaje de los modulos puede ser de manera particular sencillo con la ayuda de empalmes de extremo. Podra tratarse de cualquier elemento de ensamblaje de esquenas (por ejemplo, con una forma exterior esferica, una forma de escuadra, etc.). Tambien puede preverse que los modulos ellos mismos esten equipados con elementos de ensamblaje adaptados.

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Una ventaja que hay con la utilizacion de los marcos (generalmente metalicos) que agrupan unas celulas fotovoltaicas para formar un modulo es que esto disminuye el numero y el coste de los elementos portantes necesarios para la consistencia del sistema, de tipo patas de soporte, puntales o pies para realizar la central. No obstante, unos elementos de este tipo no deben excluirse en un modo de realizacion que se focaliza sobre el segundo aspecto.

Otra ventaja es que se aprovecha el intervalo entre las filas de modulos inclinados para disponer unos modulos verticales, preferentemente de doble carta y, de esta manera, incrementar la produccion de energfa de la central.

Otra ventaja es que la superposicion de dos sistemas de modulos verticales y de modulos inclinados llega a asociar diferentes maximos de produccion de energfa en el transcurso de la jornada, lo que normaliza la produccion de energfa a lo largo de la jornada.

Otra ventaja es que el numero de anclajes en el suelo de la estructura se reduce. De hecho, el hecho de que los modulos esten ensamblados los unos a los otros lleva a que pueda utilizarse un numero reducido de anclajes en el suelo (pies 54). En la practica, se preferira prever de todas formas al menos 3 anclajes por central.

Se senalara que la utilizacion de modulos de doble cara 32 puede optimizarse mediante una buena reflexion difusiva de la luz por el suelo. Tradicionalmente, se elegira un suelo lo mas claro y reflectante posible.

Se han descrito diversos modos de realizacion, diversas variantes y modificaciones se mostraran para el experto en la materia. En particular, la eleccion de las dimensiones que hay que dar a los modulos fotovoltaicos y, por lo tanto, a los elementos de base en funcion del tamano de los modulos que los componen y de la ubicacion de la central esta al alcance del experto en la materia a partir de las indicaciones funcionales dadas mas arriba. Ademas, la realizacion practica de los elementos de ensamblaje de los marcos de los modulos entre sf con el fin de sacar provecho de la estructura portante de estos modulos esta igualmente al alcance del experto en la materia a partir de estas indicaciones funcionales. Ademas, aunque la asociacion de modulos verticales de doble cara y de modulos inclinados de cara sencilla constituye un modo de realizacion preferente, pueden considerarse cualesquiera combinaciones. Puede, por ejemplo, considerarse que todo o parte de los modulos verticales sean de cara sencilla y el resto de doble cara o bien que y todo o parte de los modulos inclinados sean de doble cara y el resto de cara sencilla, incluso que todos los modulos sean de cara sencilla o de doble cara. Finalmente, cuando se ha hecho referencia a una posicion angular dada, esto significa que se prefiere una posicion o un angulo exacto con la salvedad de las tolerancias de fabricacion o de puesta. Cuando se refiere a una posicion (por ejemplo, la posicion aproximadamente vertical de los modulos 32) o a un angulo aproximado, esto significa a mas o menos 10 grados y, preferentemente, a mas o menos 5 grados. Asimismo, cuando se ha hecho referencia a unas dimensiones identicas, esto significa iguales con la salvedad de las tolerancias de fabricacion y de puesta. Cuando se refiere a unas dimensiones aproximadas, esto significa a mas o menos un 10 %, preferentemente a mas o menos un 5 %.

Claims (10)

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   REIVINDICACIONES

   1. Central solar que incluye unos primeros modulos fotovoltaicos (31) inclinados con respecto a un plano horizontal y unos segundos modulos fotovoltaicos (32) aproximadamente verticales, manteniendose los primeros y segundos modulos mutuamente.
2. 2. Central segun la reivindicacion 1, en la que los modulos (31, 32) incluyen unos marcos (14, 24) que sirven de soporte ngido para el conjunto de la central.
3. 3. Central segun la reivindicacion 1 o 2, en la que los primeros modulos y/o los segundos modulos son de doble cara.
4. 4. Central segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que los modulos (31, 32) son rectangulares, siendo los lados pequenos (312) de los primeros modulos (31) paralelos a los lados pequenos (322) de los segundos modulos (32).
5. 5. Central segun la reivindicacion 4, en la que al menos un lado pequeno (312) de cada primer modulo (31) esta alineado sobre un lado pequeno (322) de al menos un segundo modulo (32).
6. 6. Central segun la reivindicacion 4 o 5, en la que la proporcion entre la longitud (12) de los lados pequenos y la (L2) de los lados grandes de los segundos modulos (32) depende de la tangente de la elevacion del sol a mediodfa durante el solsticio de invierno sobre el lugar de ubicacion.
7. 7. Central segun una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en la que los lados pequenos respectivos (312, 322) de los primeros (31) y segundos (32) modulos son aproximadamente de misma longitud, preferentemente de misma longitud.
8. 8. Central segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la normal de los primeros modulos hace, con respecto a un plano horizontal, un angulo aproximadamente igual, preferentemente igual, a la elevacion del sol a mediodfa en el solsticio de invierno.
9. 9. Central segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que incluye:

   al menos dos filas (41, 42, 43) de primeros modulos (31), siendo las filas paralelas entre sf; y por fila, al menos dos segundos modulos (32).
10. 10. Central segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que los primeros y segundos modulos estan ensamblados los unos a los otros con la ayuda de empalmes de extremos (7, 8).