ES2627681T3 - Tejas de celda solar - Google Patents

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ES2627681T3 ES10828594.1T ES10828594T ES2627681T3 ES 2627681 T3 ES2627681 T3 ES 2627681T3 ES 10828594 T ES10828594 T ES 10828594T ES 2627681 T3 ES2627681 T3 ES 2627681T3
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Abstract

Un dispositivo para utilizar energía solar, especialmente asociada con un montaje de tejas que cubren una superficie de techo, que comprende: listones (110) para techos; un sistema de recolección y distribución para el fluido de transferencia de calor; una teja (101) formada por un material (101, 300) base proporcionada con un área (102) recortada; y un panel (105) para transferir calor del calor entre una superficie de dicho panel (105) y un fluido, en el que el panel (105) se proporciona con por lo menos una tubería (106) para conexión al sistema de recolección y distribución para el fluido de transferencia de calor, y el panel (105) incluye una primera superficie que hace contacto directamente con el fluido de transferencia de calor suministrado mediante por lo menos una tubería y una segunda superficie, opuesta a la primera superficie, configurada para ser instalada directamente sobre la misma por lo menos un panel de celda solar, en el que se proporciona el panel (105) sobre el área (102) recortada de la teja (101), caracterizado porque el panel (105) se proporciona con una cavidad para permitir la transferencia de calor mediante flujo de fluidos a través del panel (105) para transferir calor proporcionado sobre el material base, y porque por lo menos una tubería (106) se dispone para conexión a los listones (110) para techos, en la que los listones (110) para techos están compuestos por el sistema de recolección y distribución para el fluido de transferencia de calor.

Description

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DESCRIPCION
Tejas de celda solar Area tecnica
La presente invencion se refiere a un dispositivo para utilizar energia solar, especialmente en la forma de paneles disenados como tejas.
Antecedentes tecnicos
Se han conocido y utilizado paneles de energia solar durante varios anos, sin embargo, ultimamente se han vuelto mas interesantes debido a los crecientes precios de la energia, a preocupaciones ambientales y a un desarrollo acelerado de la produccion de celdas solares para la generacion de energia electrica.
La energia solar tiene una densidad de energia de aproximadamente 1 kW/m2 a la luz solar que incide perpendicularmente, distribuida a traves de un amplio espectro que comprende, luz infrarroja, visible y ultravioleta. Esta energia recibida se puede utilizar de diversas maneras, entre otros mediante celdas solares a base de semiconductores para generacion de corriente electrica, y colectores de energia solar para calentar un medio para propositos de calentamiento.
Se conocen paneles de celdas solares disenados como tejas, vease patente estadounidense 5 986 203; "Tejas de celdas solares y metodo de formacion de las mismas", que describe tejas que comprenden una celda solar, y la patente estadounidense 5 768 831; "Soporte de teja para el panel de fotocelda", que describe tejas en las que se proporciona una celda solar en cada teja.
Se conocen colectores solares para montaje de techo, referencia patente estadounidense 4 202 319; "Construccion de techo con colector solar", que describe tejas que comprenden un colector solar, y la patente estadounidense 4 083 360, que describe un sistema de recoleccion de energia solar en el que las tejas translucidas permiten luz solar a traves de una lamina absorbente, en la que se proporcionan tuberias con un medio caliente liquido para llevar el calor.
Mas aun, a partir de la tecnica anterior se debe referir al siguiente:
El documento US4210122 se refiere a tejas de celdas solares enfriadas con fluidos. Sin embargo, las tuberias de fluidos no se conectan a tiras enrasadas o listones.
El documento DE10231726 se refiere a tuberias de fluido, pero que no estan unidas a tiras enrasadas o listones como en la presente invencion.
El documento EP1860706 tambien se refiere a tuberias de fluido, pero que no estan unidas a tiras enrasadas o listones como en la presente invencion.
El documento DE2920997 tambien se refieren a tuberias de fluido, sin embargo, estas son longitudinales y no se unen a tiras enrasadas o listones.
El documento EP0110836 se refiere a paneles solares enfriados colocados en la parte superior de las tejas que ya pueden existir. No divulga tiras enrasadas.
El documento FR2349702 se refiere a paneles solares enfriados en los que cada panel se conecta por un tubo a un panel adyacente. Sin embargo, las tiras enrasadas y listones no se utilizan para distribucion de fluido de enfriamiento.
El documento CH645453 se refiere a paneles solares enfriados en los que cada panel se conecta directamente a un panel adyacente. Sin embargo, no se utilizan tiras enrasadas ni listones para la distribucion de fluido de enfriamiento.
El documento WO99/14536 divulga un dispositivo para la utilizacion de energia solar de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Los problemas con la tecnica conocida y los productos en los mercados son muchos:
El factor de utilizacion es bajo, aproximadamente 10% para celdas solares, y la eficiencia se reduce cuando la temperatura sube.
Para los colectores de energia solar la naturaleza de la energia es el calor y la energia no electrica, esto limita el area de capacidad de uso y la cantidad de energia que se puede utilizar en la practica;
La complejidad es alta, y la instalacion se realiza preferiblemente por especialistas, esto limita la difusion en el mercado, especialmente en el mercado hagalo usted mismo;
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Las celdas solares y colectores solares son fragiles, lo que requiere atencion en la produccion, instalacion y mantenimiento, cuando por ejemplo mientras se quita la nieve del techo.
Por lo tanto, subsiste la necesidad de una solucion que facilmente se pueda producir e instalar, y que sea eficiente en energia.
Objeto de la invencion
En vista de la tecnica conocida, el objeto de la invencion es proporcionar un dispositivo robusto para la utilizacion eficiente de la energia de la luz solar, adecuado para produccion, instalacion y mantenimiento facil.
Resumen de la invencion
De acuerdo con la invencion, este objeto se consigue con un dispositivo para la utilizacion de energia solar de acuerdo con la reivindicacion 1.
Breve descripcion de los dibujos
En lo siguiente se describira la invencion con referencia a los dibujos de las figuras, que muestran una pluralidad de ejemplos de implementaciones, y donde
la figura 1 es una vista esquematica de una teja tipica con area adecuada para la disposicion de una celda solar, y en la que el enfriamiento se hace mediante flujo de fluidos a traves de la cavidad en la teja;
la figura 2 es una vista esquematica de una teja tipica con area adecuada para la disposicion de un panel para transferir calor, posiblemente con la celda solar;
la figura 3 es una vista esquematica de una teja tipica con area adecuada para la disposicion de una celda solar, en la que el enfriamiento se hace mediante flujo de fluidos a traves de la cavidad entre la teja y la base para la celda solar;
la figura 4 es una vista esquematica de una implementacion tipica de listones para techos y tiras enrasadas para el montaje de tejas de acuerdo con la invencion;
la figura 5 es una vista esquematica de un circuito de calor en el que el fluido de enfriamiento de acuerdo con la invencion se realiza por las tejas con panel de transferencia de calor union de celda solar.
Revision de los numeros de referencia utilizados en los dibujos y en la descripcion a continuacion
La Figura 1 es una vista de un sistema 100 de teja que comprende por lo menos una teja 101 con forma de diamante, area 102 recortada proporcionada para montar un panel 105 para transferir calor. El panel 105 es un elemento hueco, producido normalmente a partir de metal para una buena conduccion termica, y se equipa con el tubo 106 que esta en comunicacion de fluido con la cavidad, para transporte de fluido para transporte de calor.
El panel 105 se proporciona sobre el area 102 recortada de la teja 101 para que las tuberias 106 sean roscadas a traves del agujero 103, para que se fijen las tuberias 106 a un liston 110 del techo para fijacion mecanica de una manera que sea similar al montaje tradicional de las tejas sobre listones de techo, asi como la conexion de fluido a un sistema de recoleccion y distribucion.
Los listones 110 para techo se encuentran en por lo menos un area conectada junto a, por ejemplo, una tira 112 de enrasado, con por ejemplo un adaptador 113, de tal manera que se centraliza recolecta y transfiere un fluido para transporte de calor. Esto facilita la colocacion de tubos y tuberias y tambien asegura el espacio correcto entre las tejas.
Cuando cada teja se une a los listones para techo, se utiliza una clavija 109 de fijacion para unir cada teja a traves del agujero 104 en el borde inferior de la teja, para de esta manera asegurarla contra el viento fuerte que sopla las tejas fuera del techo. Esto tambien permite mantener las tejas de luz seguras en su posicion. La clavija 109 de fijacion tambien se puede utilizar como una etapa para posicionar sin provocar danos.
Sobre el panel 105 para transferencia de calor, posiblemente se puede proporcionar una celda 107 solar, de tal manera que el panel 105 mantiene la celda 107 solar fresca mientras que tambien se utiliza la parte termica de la energia solar recibida. La celda solar tiene normalmente dos electrodos para la transferencia de corriente electrica; un electrodo de lado posterior que esta en contacto electrico con el panel 105 y adicionalmente a traves de la tuberia 106 al liston 110 de techo y desde alli hasta la tira 112 de enrasado; y un electrodo 108 de lado delantero que esta en contacto electrico a traves de la clavija 109 de fijacion con el pasador 109a a traves del agujero 104 a un riel 111 electrico que puede corresponder al liston 110 de techo para otras tejas que se desplazan lateralmente y en altura con respecto a la teja 101.
En una implementacion con la celda solar sobre el panel para la transferencia de calor, el liston de 110 de techo, el liston 112 de enrasado y el adaptador 113 estan provistos con medios para transferencia y adaptacion de energia
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electrica, ademas de medios para transporte de fluidos. La adaptacion de la energia electrica comprende regular la tension suministrada al liston 112 de enrasado y la proteccion contra la corriente electrica que fluye en la direccion equivocada.
Es una ventaja que, durante la fabricacion, la celda 107 solar se monte sobre el panel 105 de transferencia de calor antes de que este montaje a continuacion se haga sobre la teja 101. Esto concentra la produccion que requiere mayores requisitos de colocacion de tolerancias mas finas para limpieza en un lugar, antes de un montaje sobre material mas grueso donde se reducen las tolerancias y la limpieza. Dicho montaje de celdas solares hace la celda solar mejor protegida y mas resistente para manipulacion posterior.
La figura 2 muestra una implementacion de una teja 200 individual que tiene un area 202 para el montaje de una celda solar.
La transferencia de calor puede ocurrir en otras formas que tambien son adecuadas para esta invencion. La figura 3 muestra una disposicion en la que la base se forma como elementos 300 alargados que estan provistos de canales 301 internos para el transporte de fluido, en el que el fluido transporta el calor desde una celda 302 solar y lejos. Los elementos se conectan en un colector, normalmente en crestas y bordes inferiores de techo, para la recoleccion del fluido para transferencia adicional.
Las unidades de teja tambien se pueden producir como paneles de una pluralidad de paneles ensamblados. Esto facilita el montaje, ya que habra menos y mas grandes unidades y menos puntos de conexion para conectarse. Otra ventaja es que las conexiones electricas se pueden proporcionar como conexiones de paneles individuales verticalmente o diagonalmente, para de esta manera evitar los efectos negativos de la sombra sobre techos o paredes, por ejemplo, desde arboles o postes. Se proporcionan tejas individuales con forma de diamante para conectar de manera facil los paneles diagonalmente. Cada teja puede comprender una pluralidad de celdas solares. Una combinacion de paneles de 3x3 en un panel compuesto, en el que cada panel consta de 4 celdas solares y cada uno salidas de celdas solares de aproximadamente 1 V, proporcionara aproximadamente 36 V, que esta dentro del limite de lo que esta permitido en el mercado DIY.
Para una facil instalacion, es ventajoso que los listones para techo y tiras enrasadas esten dotados de accesorios prefabricados para la instalacion del sistema de teja. La Figura 4 muestra una implementacion 400 en la que las tuberias 106 se conectan con el liston 110 de techo de tal manera que el fluido fluye desde uno de los dos agujeros 402 y 403 hasta el otro agujero. Por lo menos se proporciona uno de los canales 404 y 405 para el transporte de fluido para hacer contacto electrico de un electrodo a traves de la tuberia 106, mientras que la clavija 109 de fijacion con el pasador 109a hace contacto electrico desde otro electrodo hasta un dispositivo 409 de fijacion en el riel 111 de tal manera que proporcione un circuito electrico. Los listones para techo se montan de la manera normal sobre tiras enrasadas, en el que por lo menos una tira de enrasado se adapta para terminar los flujos de fluido y la corriente electrica desde listones de techo y rieles. El liston 110 de techo se conecta junto con la tira 112 de enrasado mediante el adaptador 113 de tal manera que se establece una conexion desconectable para el flujo de fluidos y la corriente electrica entre el liston de cubierta y el riel. La tira 112 enrasada comprende unos medios 406 que se proporcionan para transferencia de flujo de fluidos entre una pluralidad de listones de techo, y el conductor 407 electrico para transmision de corriente electrica entre una pluralidad de listones para techos y conductor 408 electrico para la transmision de corriente electrica entre una pluralidad de los rieles. La tira 112 de enrasado tambien comprende terminacion de extremo para el flujo de fluidos en las uniones 410 y 411 y terminaciones finales para la corriente electrica en las conexiones 412 y 413.
En otra implementacion las tejas son enfriadas por una instalacion de rociadores proporcionada en la parte superior en una forma de tal manera que el agua fluye hacia abajo del sistema de tejas, en el que el agua pasa opcionalmente a traves de cavidades debajo de la celda 107 solar. El filtro se puede proporcionar en la clavija 109 de fijacion, que luego conducira agua a la siguiente teja por debajo. El agua calentada se recolecta en canalones, explotando de esta manera las estructuras existentes en la mayoria de las casas.
La energia termica es mas dificil de convertir a otras formas de energia de lo que lo es la energia electrica. Un resultado de esto es que se puede proporcionar mas energia termica que se puede utilizar directamente, especialmente en la estacion calida, incluso despues de calentar el calentador de agua, habitaciones y acumulador termico para almacenar calor hasta que aparezca una necesidad. Una posible solucion es utilizar un motor de Stirling para convertir la energia termica en energia mecanica, y, posiblemente, a partir de ahi a energia electrica. En dichos casos se requiere un lado frio con un gran disipador termico. De acuerdo con esta invencion, tambien se proporciona una posibilidad para utilizar elementos en la sombra como un radiador, para de esta forma disipar el calor por conveccion y radiacion. Las areas que no estan suficientemente iluminadas por el sol para hacer uso de celdas solares rentables en lugar pueden estar provistas de tejas proporcionadas con el panel 105 de transferencia de calor sin celda 107 solar. La figura 5 muestra un sistema en que el panel 501 se somete a calentamiento y proporciona energia termica, y el panel 502 es un disipador termico. La caja 503 de uniones distribuye el calor utilizable a los dispositivos que comprenden el sistema 504 de calentamiento, normalmente implementado como radiadores y tuberias de agua, calentador 505 de agua, y motor 506 Stirling.
Tambien puede ser ventajoso utilizar la diferencia de temperatura entre tejas y calentador de agua en la noche, especialmente en las areas donde existen grandes diferencias entre las temperaturas diurnas y nocturnas, como por
ejemplo en un desierto. Ademas de aumentar la eficiencia debido a la diferencia de temperaturas entre el dia y la noche, esto expone los paneles a menores oscilaciones de temperatura, tambien conserva el flujo de fluidos, mientras el sol se pone, que si el flujo de fluidos se hubiera descontinuado.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo para utilizar energia solar, especialmente asociada con un montaje de tejas que cubren una superficie de techo, que comprende:
    listones (110) para techos; un sistema de recoleccion y distribucion para el fluido de transferencia de calor; una teja (101) formada por un material (101,300) base proporcionada con un area (102) recortada; y
    un panel (105) para transferir calor del calor entre una superficie de dicho panel (105) y un fluido, en el que el panel (105) se proporciona con por lo menos una tuberia (106) para conexion al sistema de recoleccion y distribucion para el fluido de transferencia de calor, y el panel (105) incluye una primera superficie que hace contacto directamente con el fluido de transferencia de calor suministrado mediante por lo menos una tuberia y una segunda superficie, opuesta a la primera superficie, configurada para ser instalada directamente sobre la misma por lo menos un panel de celda solar,
    en el que se proporciona el panel (105) sobre el area (102) recortada de la teja (101),
    caracterizado porque el panel (105) se proporciona con una cavidad para permitir la transferencia de calor mediante flujo de fluidos a traves del panel (105) para transferir calor proporcionado sobre el material base, y
    porque por lo menos una tuberia (106) se dispone para conexion a los listones (110) para techos, en la que los listones (110) para techos estan compuestos por el sistema de recoleccion y distribucion para el fluido de transferencia de calor.
  2. 2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el material (300) base se proporciona con canales (301), de tal manera que la transferencia de calor se hace mediante flujo de fluidos a traves de canales (301) proporcionados en el material (300) base.
  3. 3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los listones (110) para techos para transferir el fluido para transferir calor se disponen para conexion a tiras (112) enrasadas, en el que las tiras (112) enrasadas estan compuestas por el sistema de recoleccion y distribucion para el fluido de transferencia de calor.
  4. 4. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque por lo menos un panel (107, 302) de celda solar se proporciona sobre el panel (105, 300) para transferencia de calor.
  5. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque por lo menos un panel (107, 302) de celda solar se proporciona con elementos de conexion de tal manera que se transfiere a la corriente electrica desde por lo menos un panel (107, 302) de celda solar los listones (110) para techos y rieles (111), en el que elementos de conexion que comprenden tuberias (106) y un pasador (109a) para transferencia adicional de corriente electrica.
  6. 6. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque los listones (110) para techos y los rieles (111) para transferencia de corriente electrica se conectan a las tiras (112) enrasadas con una unidad (113) de adaptador para transferencia adicional de corriente electrica.
  7. 7. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque las tejas se ensamblan en paneles con una pluralidad de paneles ensamblados.
  8. 8. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4 - 7, caracterizado porque se proporcionan conexiones electricas en paneles ensamblados como conexiones verticales u horizontales de paneles individuales.
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