ES2693278T3 - Disposición de célula solar y reflectores - Google Patents

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Abstract

Un captador solar del tipo usado para convertir la luz solar en electricidad o para calentar un fluido que incluye un recinto (1) con cuatro lados y una cubierta transparente (5) para proteger las superficies interiores de los elementos caracterizado porque el captador solar comprende: a) al menos una superficie (6) de captación solar rectangular montada en un ángulo de 45 grados con respecto a la cubierta transparente (5); b) un par de superficies reflectoras (8,7) cerca de la superficie (6) de captación solar incluido un primero (7) de dicho par de superficies reflectoras montado en un ángulo de entre 46-60 grados con respecto a la cubierta transparente y un segundo (8) de dicho par de superficies reflectoras montado en un ángulo con respecto a la cubierta transparente que es complementaria al ángulo de la primera superficie reflectora con respecto a la cubierta transparente, dicha segunda reflectora comprendiendo dos bordes, uno adyacente a la primera superficie reflectora (7) y el otro adyacente a la superficie (6) de captación solar, por la que dicha segunda superficie reflectora se extiende entre la primera superficie reflectora y la superficie de captación solar.

Description

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DESCRIPCION
Disposicion de celula solar y reflectores
Antecedentes
Campo de la invencion
Esta invencion se refiere en general a paneles solares y mas espedficamente a una disposicion mejorada de una celula solar y un reflector en un modulo o panel.
Descripcion de la tecnica anterior
Existe un gran interes en la aplicacion comercial de la energia solar. Uno de los principales obstaculos para el uso generalizado de la energia solar es el alto coste de los dispositivos solares, especialmente las celulas fotovoltaicas solares. Esto se debe al coste relativamente alto de los materiales usados para convertir la energia solar (especialmente en relacion con el material del reflector). Es bien conocido en la tecnica el uso de una celula solar para interceptar la luz solar y producir energia de naturaleza termica o electrica (o una combinacion de ambas). Una celula solar generalmente puede significar un receptor o una placa de absorcion termica (para aplicaciones termicas solares) o una celula fotovoltaica solar (para aplicaciones electricas solares). Con frecuencia, las celulas se conectan o se unen a otras celulas, ya sea en paralelo o en serie dentro de un solo plano como las baldosas en un suelo, y una vez que se ensamblan un numero util de ellas, generalmente se encierran en lo que comunmente se llama modulo.
Un modulo normalmente tiene una cubierta transparente, paralela y por encima del plano de las celulas solares, que permite que la luz solar entre al modulo e incida en las celulas solares. Con frecuencia, el modulo tendra lados y una placa trasera que definen un recinto hermetico que ayuda a proteger la celula solar de los elementos.
La tecnica anterior contiene ejemplos de disposicion de las celulas solares dentro de un modulo. Los reflectores se usan con frecuencia para minimizar las regiones entre las celulas solares activas donde la entrada de luz solar no producina energia. Gran parte de la tecnica anterior asume que las celulas solares estan dispuestas en un solo plano normal a la luz solar entrante y paralela a la cubierta transparente, como las patentes de EE. UU. nros. 6,528,716 y 4,316,448. Las desventajas de este tipo de disposiciones incluyen principalmente el uso ineficiente o inutil de materiales caros.
La tecnica anterior tambien contiene ejemplos de geometrias mas complejas en las que una porcion significativa de la luz entrante se refleja desde una o mas superficies hacia la celula. Algunos ejemplos de esto son la patente de EE. UU. nros. 5,538,563. 4,471,763 y 2,904,612 Las desventajas de este tipo de disposiciones son las geometrias complejas o el requisito de los sistemas de seguimiento mecanico que se suman el coste de fabricacion y mantenimiento del sistema.
Epsy ensena un reflector y un captador solar en una orientacion angular en la patente de EE. UU. n.° 4.120.282. La patente 4.120.282 se incorpora aqui como referencia. Espy ensena una geometria compleja y variable que depende de la ubicacion del usuario, lo que dificulta la produccion en masa. Ademas, la disposicion descrita por Espy no contiene proteccion para las superficies del reflector o del captador. El resultado es que una o ambas de estas superficies pueden danarse facilmente con los elementos. Otro ejemplo de un reflector y captador solar en una orientacion angular se ensena en la patente de EE. UU. n.° 4,398,530.
Resumen de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo y aparato para disponer una celula solar y un reflector para reemplazar una celula solar tipica orientada normal a la luz solar entrante dentro de un modulo (es decir, paralela a la placa de cubierta transparente o la apertura de un modulo). Un ejemplo que no es parte de la invencion usa una celula solar orientada en un angulo de aproximadamente 45 grados con respecto a la luz solar entrante, y una superficie reflectante orientada perpendicular a la celula y en un angulo de aproximadamente 45 grados con respecto a la luz solar entrante. La celula solar y el espejo tienen la misma longitud/tamano y forman una V donde el angulo entre los lados inclinados es de aproximadamente de 90 grados. Cualquier luz que caiga normalmente en la disposicion incidira en la celula solar directamente o despues de la reflexion. En una realization de la invencion, se pueden usar dos reflectores adyacentes que forman angulos de aproximadamente 60 grados y aproximadamente 30 grados con respecto a la cubierta o abertura. Una realizacion alternativa adicional puede incluir un segundo reflector colocado perpendicular en la base de la celula y el primer par de reflectores tambien en un angulo aproximado de 45 grados con la cubierta o abertura.
Objetos y ventajas:
La presente invencion tiene muchas ventajas sobre la tecnica anterior, que incluyen, entre otras:
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1. Una disposicion simple que permite capturar mas luz solar con la misma area de la celula solar, o la misma cantidad de luz solar puede capturarse con una celula solar mas pequena.
2. La mayoria de las practicas de la tecnica anterior de fabrication de modulos pueden seguir siendo las mismas con la presente invention, con la exception de que puede ser necesario un modulo/recinto mas profundo, asi como una forma de soportar el reflector y la celula solar en su nueva orientation. El cableado o la tuberia que normalmente se construye a lo largo de la superficie posterior de la celula solar, o fila de celulas solares, generalmente no se ve afectada por la nueva orientacion.
3. El reflector y la disposicion de celulas de la presente invencion estan protegidos de los elementos y esta disposicion se puede usar con muchos tipos de tecnologias de celulas solares e iluminara uniformemente la superficie de las celulas solares.
4. El reflector puede disenarse para reflejar solo el espectro solar que genera electricidad (para una celula solar fotovoltaica) pero no las partes infrarrojas que podrian sobrecalentar la celula y reducir el rendimiento.
Descripcion de los dibujos
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una disposicion de la tecnica anterior de celulas solares en una configuration de baldosas paralela a la cubierta de un modulo.
La figura 2 muestra una vista lateral de un reflector y una celula solar en un angulo de 90 grados entre si (debajo del plano de orientacion de la tecnica anterior).
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de varias filas de reflectores y celulas (estilo diente de sierra) dentro de un modulo.
La figura 4 muestra una vista lateral de los reflectores (60 grados y 30 grados) y una celula solar en angulos de 45 grados con respecto al plano de celula horizontal original.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un conjunto hecho a partir de la realization de la figura 4.
La figura 6 muestra una vista en angulo de 45 grados de una realizacion alternativa.
La figura 7 muestra la realizacion de la figura 6 con una geometria de celulas reflectoras mas compleja con una nueva orientacion de la celula solar reemplazada por un espejo perpendicular mas pequeno y un conjunto de celulas girado 90 grados.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 muestra un metodo de la tecnica anterior para fabricar un panel solar. Se construye un bastidor 1 que se sostiene o se sujeta a un tejado con paneles 2 de baldosas que contienen celulas solares. Las baldosas pueden tener cubiertas hermeticas para proteger las celulas. Esta disposicion no conduce a una eficiencia optima en la cantidad de luz que incide sobre las celulas.
La figura 2 muestra una vista lateral de un ejemplo que no es parte de la presente invencion. Una celula solar 3 gira aproximadamente un angulo de 45 grados con respecto a la cubierta 5 del modulo. Un reflector 4, tambien aproximadamente de un angulo de 45 grados con respecto a la cubierta 5 del modulo esta ubicado aproximadamente perpendicular y adyacente a la celula solar 3. El reflector 4 puede ser equivalente en longitud y anchura a la celula solar 3. El reflector 4 y la celula solar 3 forman una V con la abertura paralela a la cubierta 5 del modulo. La luz que entra al modulo perpendicular a la cubierta del modulo 5 llegara directamente a la celula solar 3 (en un angulo de 45 grados), o despues de reflejar el reflector 4. La celula solar 3 combinada con el reflector 4 en esta orientacion capta la misma cantidad de energia que una celula 30% mayor orientada en paralelo a la cubierta de un modulo como se muestra en la figura 1 de la tecnica anterior.
La figura 3 muestra una vista parametrica de un modulo solar con un bastidor (1) que contiene un conjunto completamente poblado con un par de celulas solares 3 y un reflector 4, todo en un angulo de 45 grados con respecto a la cubierta del modulo. Aunque cada reflector 4 se muestra individualmente (para mayor claridad), se puede usar un solo reflector extendido que se extiende desde un extremo del modulo al otro en lugar de los nueve reflectores por fila que se muestran en la figura 3.
La figura 4 muestra una vista lateral de una realizacion alternativa de la presente invencion. Aqui, una celula solar 6 generalmente puede ser mas larga que las celulas solares que se muestran en la figura 3. Esta celula solar 6 tambien gira aproximadamente un angulo de 45 grados con respecto a la cubierta 5 del modulo. Un primer reflector 7 gira aproximadamente un angulo de 60 grados con respecto a la cubierta 5 del modulo, y un segundo reflector 8
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forma un angulo de aproximadamente 30 grados con la cubierta del modulo 5. El borde superior del primer reflector 7 es aproximadamente adyacente al borde inferior del segundo reflector 8. El borde inferior del primer reflector 7 es adyacente al borde inferior de la celula solar 6 formando un angulo de 105 grados entre el primer reflector 7 y la celula solar 6. La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un conjunto hecho a partir de la disposicion de celula- reflector de la figura 4. El bastidor 1 sostiene las celulas solares 6 y las dos partes reflectoras 7, 8. La realization alternativa de las figuras 4-5 ofrece una geometria alternativa que refleja la luz sobre la celula solar 6 que de otro modo no podria incidir en ella.
Las figuras 6-7 muestran una realizacion alternativa de la presente invention en la que las celulas 3 y los reflectores 4 estan dispuestos como en la figura 2, pero giran 90 grados, e incluyen un reflector 9 de extremo adicional. Esta disposicion permite una mejor captation solar (mayor concentration de luz) de un conjunto particular de angulos solares diarios (el arco solar de manana a mediodia, o el arco solar de media manana a media tarde, o el arco solar de mediodia-tarde) para diferentes orientaciones del bastidor 1. La figura 6 es una vista mirando hacia abajo en el reflector adicional 9, y la figura 7 es una vista en perspectiva. Esta realizacion tiene la ventaja de capturar mas luz de los angulos diarios del sol. Especificamente, esta realizacion puede capturar el doble de luz solar por area del receptor solar que la tecnica anterior, pero solo durante aproximadamente la mitad del dia. Un panel solar construido de acuerdo con esta realizacion practicamente podria estar ubicado en las partes orientadas al este o al oeste de los edificios en lugares donde los paneles de la tecnica anterior no son practicos debido a la sombra diurna.
En todas las realizaciones de la presente invencion, las superficies reflectantes pueden disenarse opcionalmente para que no reflejen las longitudes de onda infrarrojas (de calentamiento) de la luz solar sobre la celula solar, si se desea. Esto es especialmente util si la celula es una celula fotovoltaica que produce menos electricidad a medida que aumenta la temperatura de la celula. De esta manera, solo las longitudes de onda utiles se dirigen normalmente a la celula desde los reflectores.
Aplicacion industrial
La presente invencion es particularmente util para proporcionar energia solar en forma de electricidad o fluido caliente para uso comercial o de consumo. El aumento de la eficiencia de las realizaciones de la presente invencion lo hace superior a los productos de la tecnica anterior.

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un captador solar del tipo usado para convertir la luz solar en electricidad o para calentar un fluido que incluye un recinto (1) con cuatro lados y una cubierta transparente (5) para proteger las superficies interiores de los elementos caracterizado porque el captador solar comprende:
    a) al menos una superficie (6) de captacion solar rectangular montada en un angulo de 45 grados con respecto a la cubierta transparente (5);
    b) un par de superficies reflectoras (8,7) cerca de la superficie (6) de captacion solar incluido un primero (7) de dicho par de superficies reflectoras montado en un angulo de entre 46-60 grados con respecto a la cubierta transparente y un segundo (8) de dicho par de superficies reflectoras montado en un angulo con respecto a la cubierta transparente que es complementaria al angulo de la primera superficie reflectora con respecto a la cubierta transparente, dicha segunda reflectora comprendiendo dos bordes, uno adyacente a la primera superficie reflectora (7) y el otro adyacente a la superficie (6) de captacion solar, por la que dicha segunda superficie reflectora se extiende entre la primera superficie reflectora y la superficie de captacion solar.
  2. 2. - Un captador solar de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la superficie (6) de captacion solar incluye una celula fotovoltaica para convertir la luz en electricidad.
  3. 3. - Un captador solar de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque al menos una de las superficies reflectoras (7, 8) tiene un revestimiento que refleja principalmente una banda de longitudes de onda de luz que la celula fotovoltaica convierte eficientemente en electricidad, mientras que no refleja longitudes de onda infrarrojas que calientan dicha celula fotovoltaica.
  4. 4. - Un captador solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pluralidad de superficies (6) de captacion solar y superficies reflectantes (7,8).
  5. 5. - Un sistema de captacion solar que comprende un bastidor (1); al menos una celula solar (3) asegurada al bastidor (1), y un primer reflector (9) asegurado al bastidor (1) caracterizado porque al menos un segundo reflector (4) esta asegurado al bastidor (1) y dispuesto perpendicularmente al primer reflector (9) y al menos dicha celula solar (3) esta dispuesta perpendicularmente al primer reflector (9) y segundo (4) reflector.
  6. 6. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque comprende una pluralidad de segundos reflectores (4), cada uno perpendicular al primer reflector (9).
  7. 7. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado porque comprende una pluralidad de celulas solares (3), cada una perpendicular al primer reflector (9) y al segundo reflector (4).
  8. 8. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado porque cada una de las celulas solares (3) es adyacente a uno de los segundos reflectores (4).
  9. 9. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque los reflectores primero (9) y segundo (4) son de aluminio.
  10. 10. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque la celula solar (3) es una celula fotovoltaica.
  11. 11. - Un sistema de captacion solar de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado porque al menos uno de los reflectores primero (9) o segundo (4) tiene un revestimiento que refleja una banda de longitudes de onda de la luz que la celula fotovoltaica (3) convierte en electricidad, mientras que no refleja longitudes de onda infrarrojas que calientan las celulas fotovoltaicas (3).
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