ES2865253T3 - Módulo fotovoltaico y sistema fotovoltaico - Google Patents

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Johann Mayer
Roland Hüttinger
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Abstract

Módulo fotovoltaico (10) que comprende - un tubo transmisor de luz (1) que rodea un espacio interior (4) con una dirección de extensión principal (Z) y con una superficie interior curva (1a) orientada hacia el espacio interior, y - un componente fotovoltaico mecánicamente flexible (2) con un conjunto de células solares (21) aplicado a una lámina de soporte (22), - disponiéndose el componente fotovoltaico (2) en el espacio interior (4), - presentando el conjunto de células solares (21) una curvatura, siguiendo la curvatura, al menos en parte, el desarrollo curvo de la superficie interior (1a) del tubo (1), y - cubriendo el conjunto de células solares (21), al menos parcialmente, la superficie interior (1a), formando la superficie interior cubierta (1a) una superficie de transmisión de luz (1b) del módulo fotovoltaico (10), caracterizado por que el componente fotovoltaico (2) presenta al menos dos láminas de encapsulado (231, 232) unidas entre sí por adherencia de materiales, - disponiéndose el conjunto de células solares (21) completamente entre las láminas de encapsulado (231, 232), - siendo las láminas de encapsulado (231, 232) láminas termoplásticas, y - estando las láminas de encapsulado (231, 232), al menos en parte, en contacto directo entre sí.

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico y sistema fotovoltaico
Las memorias impresas US 7,196,262 B2 y US 7,394,016 B2 describen respectivamente un módulo fotovoltaico y un sistema fotovoltaico.
El documento WO 03/017376 A1 muestra un dispositivo termofotovoltaico en el que un emisor de radiación dispuesto en el centro de un tubo emite radiación electromagnética que se transforma en electricidad por medio de un elemento fotovoltaico aplicado a cierta distancia a un tubo de vidrio de cuarzo resistente al calor.
El documento US 2008/0264472 A1 revela un dispositivo fotovoltaico en el que es posible una compensación de volumen.
El documento US 7,235,736 B1 describe una célula solar, así como una integración monolítica de una célula solar cilíndrica.
El documento US 2006/0185714 A1 muestra una célula solar flexible y un procedimiento para su fabricación.
Una tarea a resolver consiste en proponer un módulo fotovoltaico con una mayor eficiencia. Otra tarea a resolver consiste en proponer un sistema fotovoltaico que presente una mayor eficiencia y que requiera un menor mantenimiento.
Se propone un módulo fotovoltaico. El módulo fotovoltaico está previsto especialmente para convertir directamente la energía contenida en la luz solar en energía eléctrica.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, éste comprende al menos un tubo. El tubo presenta una dirección de extensión principal y una superficie interior curvada orientada hacia un espacio interior del tubo. El tubo puede presentar además una superficie exterior curvada opuesta a la superficie interior. El tubo se configura, por ejemplo, cilíndrico, especialmente cilíndrico circular, y rodea el espacio interior. De este modo, el tubo se configura, al menos en parte, a modo de un cilindro hueco o de un cilindro circular hueco. La superficie exterior del tubo puede formar una superficie exterior del módulo fotovoltaico. En tal caso, el módulo fotovoltaico puede presentar la estructura cilíndrica del tubo.
Preferiblemente, el tubo presenta, al menos en parte, la forma de un cilindro circular hueco. En este caso, la dirección de extensión principal corresponde a la altura del cilindro hueco. En una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal, el tubo presenta la forma de un anillo circular. Aquí, el círculo interior del anillo circular forma la superficie interior del tubo.
En este caso y en adelante, términos como "cilíndrico" y/o "cilindro hueco" no deben entenderse en un sentido estrictamente geométrico. Más bien, un tubo cilíndrico o un tubo en forma de cilindro hueco también puede presentar una sección transversal sólo aproximadamente circular perpendicularmente a la dirección de extensión principal. Por ejemplo, el tubo presenta una sección transversal elíptica perpendicularmente a la dirección de extensión principal, siendo la excentricidad numérica de la elipse de como máximo 0,8.
El tubo se configura para ser un transmisor de luz. En este caso y en adelante, "transmisor de luz" significa que al menos el 90%, preferiblemente al menos el 94%, de la luz que incide en el material transmisor de luz se transmite a través del material. Por ejemplo, el tubo está formado con un vidrio o un plástico o se compone de un vidrio o un plástico. Por ejemplo, el tubo está formado con un vidrio de silicato sodocálcico o se compone de un vidrio de silicato sodocálcico. El vidrio de silicato sodocálcico se caracteriza especialmente por su bajo coste.
La resistencia a la rotura del vidrio utilizado puede aumentarse mediante un enfriamiento rápido y/u otros procedimientos especiales en línea. De este modo es posible utilizar el tubo en unas condiciones ambientales adversas. Para mejorar las propiedades de transmisión del material del tubo, la superficie exterior del tubo puede realizarse adicionalmente antirreflectante. Con esta finalidad se aplica, por ejemplo, un revestimiento antirreflectante a la superficie exterior del tubo.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, éste comprende además un componente fotovoltaico mecánicamente flexible. El componente fotovoltaico comprende un conjunto de células solares aplicado a una lámina de soporte. En este caso y en adelante, un conjunto de células solares se puede componer de una o varias células solares especialmente conectadas en serie. El conjunto de células solares comprende al menos una capa activa en la que, al incidir la luz solar, se pueden generar portadores de carga libres.
El componente fotovoltaico se configura mecánicamente flexible. En especial, el conjunto de células solares y la lámina de soporte se configuran mecánicamente flexibles. En este caso y en adelante, "mecánicamente flexible" significa que el componente fotovoltaico se puede doblar, enrollar y/o curvar de forma no destructiva. En particular, el componente fotovoltaico puede enrollarse y/o doblarse (incluso varias veces) sin modificar sus propiedades eléctricas y/u ópticas. Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el componente fotovoltaico se dispone en el espacio interior del tubo. En especial, el componente fotovoltaico puede disponerse completamente en el espacio interior. En tal caso, el componente fotovoltaico queda completamente rodeado por el material del tubo al menos perpendicularmente a la dirección de extensión principal. Preferiblemente, el componente fotovoltaico limita directamente con el tubo. Alternativamente, entre el componente fotovoltaico y el tubo se puede aplicar aire u otro gas.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares presenta una curvatura. En este caso, la curvatura del conjunto de células solares sigue, al menos en parte, el desarrollo curvo de la superficie interior del tubo. Con otras palabras, en una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal, el conjunto de células solares y la superficie interior presentan una curvatura similar en sentido matemático. Por ejemplo, en una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal, la superficie interior del tubo tiene la forma de una elipse o de un círculo. En este caso, el conjunto de células solares presenta, al menos en parte, la forma de una elipse o de un círculo. Además es posible que todo el componente fotovoltaico siga el desarrollo curvo de la superficie interior.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares cubre, al menos parcialmente, la superficie interior. Con otras palabras, en una vista desde arriba del tubo desde el espacio interior en una dirección perpendicular a la dirección de extensión principal, la superficie interior está cubierta, al menos parcialmente, por el conjunto de células solares.
En tal caso, la superficie interior cubierta del tubo forma una superficie de transmisión de luz del módulo fotovoltaico.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, éste comprende un tubo cilíndrico transmisor de luz, que rodea un espacio interior, con una dirección de extensión principal y con una superficie interior curvada orientada hacia el espacio interior, y un componente fotovoltaico mecánicamente flexible con un conjunto de células solares aplicado a una lámina de soporte. El componente fotovoltaico se dispone en el espacio interior. El conjunto de células solares presenta una curvatura, siguiendo la curvatura, al menos en parte, el desarrollo curvo de la superficie interior del tubo. El conjunto de células solares cubre al menos parcialmente la superficie interior, formando la superficie interior cubierta una superficie de transmisión de luz del módulo fotovoltaico.
La combinación de un componente fotovoltaico flexible con un tubo transmisor de luz permite especialmente el aprovechamiento de un proceso de fabricación económico en combinación con una alta eficiencia. En este caso y en adelante, la eficiencia del módulo fotovoltaico es la energía eléctrica generada por superficie cubierta. La estructura curvada, por ejemplo cilíndrica, del módulo fotovoltaico tiene varias ventajas en comparación con los módulos fotovoltaicos planos convencionales con respecto a la eficiencia y a la vida útil del módulo fotovoltaico. Por ejemplo, se reduce la superficie de sección transversal del módulo fotovoltaico, con lo que se puede lograr una mayor resistencia a la intemperie del módulo fotovoltaico en caso de, por ejemplo, una carga de viento y/o de nieve. Además, como consecuencia de una superficie exterior curvada resulta un efecto de autolimpieza. Además, mediante la estructura cilíndrica se reduce el peso del módulo fotovoltaico en comparación con los módulos fotovoltaicos planos, lo que permite su uso en edificios con tejados con una baja capacidad de carga estática.
Además, la circulación natural del aire en el interior del tubo reduce la temperatura de funcionamiento del módulo fotovoltaico. Para ello, el tubo puede, por ejemplo, estar abierto, al menos en parte, por los extremos. En general, la estructura curvada, por ejemplo cilíndrica, facilita la implementación de una refrigeración por agua o pasiva de los módulos fotovoltaicos en comparación con los módulos fotovoltaicos planos. Las bajas temperaturas de funcionamiento garantizan un alto rendimiento energético y una mayor fiabilidad funcional. Gracias al diseño curvo del componente fotovoltaico también se puede aprovechar además la luz solar con un ángulo de incidencia pequeño, por ejemplo, cuando el sol está bajo en el cielo. De este modo es posible prescindir de un así llamado dispositivo de seguimiento para el seguimiento del módulo en dependencia de la posición del sol en el módulo fotovoltaico y, por consiguiente, de una mecánica y/o electrónica complejas. Incluso si se utiliza en regiones desérticas, con el módulo fotovoltaico aquí descrito también es posible una refrigeración pasiva. Así se aumenta el rendimiento del módulo fotovoltaico y, al mismo tiempo, se reduce el mantenimiento.
Gracias al aumento de la resistencia a la rotura del tubo, la superficie exterior del tubo es también más resistente a los daños superficiales y/o más resistente a los arañazos causados, por ejemplo, por granos de arena. Como consecuencia, las propiedades ópticas del tubo pueden mantenerse durante un uso prolongado en condiciones ambientales en ocasiones adversas.
Según al menos una forma realización del módulo fotovoltaico, el componente fotovoltaico presenta al menos una lámina de encapsulado. La al menos una lámina de encapsulado cubre el conjunto de células solares del componente fotovoltaico por al menos una superficie exterior. Por ejemplo, la al menos una lámina de encapsulado cubre completamente una superficie base del componente fotovoltaico opuesta a la superficie interior del tubo. En este caso, la lámina de encapsulado puede, al menos en parte, estar en contacto directo con la superficie base. Preferiblemente, la al menos una lámina de encapsulado se configura de manera que transmita la luz. Además, la al menos una lámina de encapsulado también puede configurarse de forma mecánicamente flexible.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el componente fotovoltaico presenta al menos dos láminas de encapsulado unidas entre sí por adherencia de materiales. El conjunto de células solares se dispone por completo entre las al menos dos láminas de encapsulado. Preferiblemente, el conjunto de células solares limita en parte directamente con las láminas de encapsulado. Cada lámina de encapsulado se configura con preferencia mecánicamente flexible. En este caso y en adelante, una "unión por adherencia de materiales" es una unión en la que los elementos de unión se mantienen en ocasiones unidos por fuerzas atómicas y/o moleculares. Por ejemplo, en el caso de una unión por adherencia de materiales se trata de una unión adhesiva y/o de una unión de fusión.
Especialmente, una unión por adherencia de materiales no se puede separar de forma no destructiva. Con otras palabras, los elementos de unión sólo pueden separarse mediante el uso de un disolvente o mediante destrucción.
Por ejemplo, el componente fotovoltaico puede presentar hasta tres láminas de encapsulado, disponiéndose el conjunto de células solares entre al menos dos de las láminas de encapsulado. En especial, todas las láminas de encapsulado del componente fotovoltaico pueden unirse entre sí por adherencia de materiales.
Especialmente, las láminas de encapsulado pueden servir para la protección mecánica y/o química del conjunto de células solares de las influencias ambientales. Por ejemplo, las láminas de encapsulado pueden proteger el conjunto de células solares de la humedad. En particular, las láminas de encapsulado pueden configurarse resistentes a los rayos UV. Esto significa que las láminas de encapsulado no modifican o apenas modifican sus propiedades ópticas y/o mecánicas cuando se exponen a la radiación UV incluso durante un largo período de tiempo.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares con una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal presenta, al menos en parte, la forma de un arco circular en el marco de las tolerancias de fabricación. En este caso y en adelante, "en el marco de las tolerancias de fabricación" significa que el conjunto de células solares no presenta la forma de un arco circular en un sentido estrictamente matemático geométrico, sino que pueden existir desviaciones que pueden ser debidas a la fabricación. Por ejemplo, el conjunto de células solares puede tener la forma de un arco elíptico, pudiendo presentar la elipse correspondiente una excentricidad numérica de hasta 0,8. Además, la curvatura del componente fotovoltaico puede no ser uniforme.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, al menos una de las láminas de encapsulado es una lámina termoplástica. Preferiblemente, todas las láminas de encapsulado son láminas termoplásticas. La lámina termoplástica puede estar formada por un plástico. Por ejemplo, como material para la lámina de encapsulado resulta adecuado un plástico a base de silicona. Una lámina termoplástica cambia sus propiedades mecánicas cuando se le aplica calor. Por ejemplo, la lámina termoplástica puede laminarse en el conjunto de células solares. Además, la unión por adherencia de materiales de las láminas de encapsulado puede generarse mediante laminación. Adicional o alternativamente es posible que al menos una lámina de encapsulado se forme con un copolímero como, por ejemplo, el acetato de vinilo de etileno.
El uso de una lámina termoplástica tiene especialmente la ventaja de ser muy aislante eléctricamente, no corrosiva y muy flexible, incluso en condiciones ambientales adversas. En este sentido, la flexibilidad mecánica está garantizada tanto a bajas temperaturas, como también a altas temperaturas. Además, el uso de una lámina termoplástica permite un reciclaje del módulo fotovoltaico al final de su ciclo de vida útil. De este modo, se puede poner a disposición un módulo fotovoltaico que puede eliminarse de forma económica y no contaminante.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, al menos el 30% y como máximo el 100% de la superficie interior del tubo está cubierta por el conjunto de células solares. Preferiblemente, el conjunto de células solares cubre al menos el 40% y como máximo el 70% de la superficie interior del tubo. Además es posible que la al menos una lámina de encapsulado cubra al menos el 20%, preferiblemente al menos el 30% y como máximo el 100%, preferiblemente como máximo el 80% de la superficie interior del tubo. Por ejemplo, sólo una parte de la superficie interior del tubo orientada al sol está dotada del conjunto de células solares, a fin de ahorrar costes. En este caso es posible que la al menos una lámina de encapsulado tampoco cubra toda la superficie interior, sino que sólo esté dispuesta en la superficie interior cubierta por el conjunto de células solares. Además es posible que al menos el 30% y hasta el 100% de la superficie interior del tubo forme la superficie de transmisión de luz. Por ejemplo, una mitad de la camisa del tubo cilíndrico está cubierta por el conjunto de células solares, mientras que la otra mitad de la camisa está libre del conjunto de células solares. En el caso de la camisa del tubo puede tratarse de la superficie exterior del tubo. En este caso es posible que, después del montaje del módulo fotovoltaico, la mitad cubierta del cilindro se oriente hacia el sol, formando así un lado superior del módulo fotovoltaico.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, la superficie de transmisión de luz es una superficie simplemente continua. Con otras palabras, el conjunto de células solares cubre una superficie continua que no presenta escotaduras. Por ejemplo, en el estado plano, la superficie de transmisión de luz presenta la forma de un rectángulo especialmente redondeado.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el componente fotovoltaico está completamente rodeado por el tubo perpendicularmente a la dirección de extensión principal. En este caso, es posible que el tubo esté abierto por sus extremos a lo largo de la dirección de extensión principal y/o que se pueda acceder libremente al espacio interior por los extremos. Perpendicularmente a la dirección de extensión principal, el tubo se configura continuo y en una sola pieza y rodea el componente fotovoltaico por completo. Así es posible proteger el componente fotovoltaico de las influencias ambientales.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares se aplica a la lámina de soporte mediante un proceso de impresión. Por ejemplo, el conjunto de células solares puede aplicarse a la lámina de soporte mediante un proceso de impresión por chorro de tinta. La lámina de soporte puede ser una lámina de acero fina o una lámina de plástico fina. En especial, la lámina de soporte se configura mecánicamente flexible.
Por ejemplo, el conjunto de células solares puede aplicarse a la lámina de soporte en un así llamado proceso rollo a rollo. En un proceso de este tipo, la lámina de soporte se pone a disposición en primer lugar enrollada como un rollo.
A continuación, la lámina de soporte se desenrolla del rollo y el conjunto de células solares se imprime en la lámina de soporte. Después del proceso de impresión, la lámina de soporte, incluido el conjunto de células solares aplicado a la lámina de soporte, se enrolla de nuevo. Un proceso rollo a rollo como éste permite, en particular, una fabricación rápida y económica del conjunto de células solares. Sin embargo, también es posible imaginar otros procesos de fabricación con los que se puede poner a disposición un conjunto de células solares mecánicamente flexibles.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares es un conjunto de células solares CIGS o un conjunto de células solares orgánico. Un conjunto de células solares CIGS (CIGS: seleniuro de cobre, indio y galio) comprende como materiales cobre, indio, galio y diseleniuro. Se forma un conjunto de células solares orgánico con capas orgánicas. Estos conjuntos de células solares tienen la ventaja de que pueden aplicarse a una lámina de soporte en un proceso de impresión especialmente de forma económica. El conjunto de células solares puede contener, además de los materiales antes citados, otras capas como, por ejemplo, una capa eléctricamente conductora que puede estar formada, por ejemplo, por un óxido conductor transparente. Además, el conjunto de células solares puede incluir capas adicionales para el contacto y/o el aislamiento eléctrico.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el conjunto de células solares presenta un grosor de como máximo 5 pm, preferiblemente de como máximo 2,5 pm. En este caso, el grosor del conjunto de células solares es la extensión del conjunto de células solares perpendicularmente a un plano de extensión principal de la lámina de soporte. La lámina de soporte y/o el conjunto de células solares presentan respectivamente una extensión a lo largo del plano de extensión principal de la lámina de soporte fundamentalmente mayor que perpendicularmente al plano de extensión principal. En el caso del conjunto de células solares se trata, por consiguiente, de una célula solar de capa fina. Una célula solar de capa fina como ésta puede configurarse en especial mecánicamente flexible y puede aplicarse a una lámina de soporte mediante un proceso de impresión.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el componente fotovoltaico presenta además un componente emisor de luz. El componente se configura mecánicamente flexible. En el caso del componente emisor de luz puede tratarse, por ejemplo, de un diodo luminoso orgánico mecánicamente flexible. Además, en el caso del componente emisor de luz puede tratarse de una pluralidad de diodos luminosos inorgánicos u orgánicos dispuestos sobre un soporte mecánicamente flexible.
El componente emisor de luz cubre, al menos en parte, las zonas libres de la superficie interior no cubiertas por el conjunto de células solares. Por ejemplo, la mitad de la camisa del tubo cilindrico está cubierta por el conjunto de células solares. En tal caso, el componente emisor de luz puede cubrir la segunda mitad de la camisa. En este caso, la idea consiste especialmente en que una parte del módulo fotovoltaico puede utilizarse para la generación de energía eléctrica a partir de la luz solar, mientras que la otra parte del módulo fotovoltaico puede utilizarse para la generación de luz. Por este motivo, el módulo correspondiente es un módulo híbrido.
El componente emisor de luz está aislado eléctricamente del conjunto de células solares. Además, la curvatura del componente emisor de luz sigue fundamentalmente el desarrollo curvo de la superficie interior del tubo. Por ejemplo, el componente emisor de luz se realiza curvo y, en el marco de las tolerancias de fabricación, presenta la forma de un arco circular en una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal. En tal caso, las zonas libres de la superficie interior cubiertas por el componente pueden formar una superficie emisora de luz para la luz generada por el componente emisor de luz.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, éste presenta un componente emisor de luz configurado mecánicamente flexible, cubriendo, al menos en parte, el componente emisor de luz las zonas libres de la superficie interior no cubiertas por el conjunto de células solares, estando el componente emisor de luz aislado eléctricamente del conjunto de células solares, y siguiendo la curvatura del componente emisor de luz fundamentalmente el desarrollo curvo de la superficie interior.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, en el espacio interior se dispone, en la superficie base del componente fotovoltaico opuesta a la superficie interior, un acumulador. Por ejemplo, el acumulador está rodeado completamente por el componente fotovoltaico y/o por el tubo. En este caso, el acumulador está conectado de forma eléctricamente conductora al componente fotovoltaico. En el caso del acumulador puede tratarse, por ejemplo, de un acumulador de iones de litio.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el acumulador está diseñado para almacenar una energía eléctrica generada por el conjunto de células solares. Por ejemplo, el acumulador está conectado de forma eléctricamente conductora al conjunto de células solares con esta finalidad. Además, el acumulador está diseñado para suministrar la energía eléctrica almacenada al componente emisor de luz con un retardo de tiempo. Para ello, el acumulador también puede estar conectado de forma eléctricamente conductora al componente emisor de luz. Por ejemplo, en caso de radiación solar, la energía eléctrica generada por el conjunto de células solares puede almacenarse y, a continuación, suministrarse de nuevo al componente emisor de luz por la noche para generar luz.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, en el espacio interior se dispone, en la superficie base del componente fotovoltaico, un tubo metálico cilíndrico. El tubo metálico está formado preferiblemente por metal o se compone de un metal. Por ejemplo, el tubo metálico puede contener cobre o componerse de cobre. El tubo metálico presenta especialmente la forma de un cilindro hueco. Con preferencia, el tubo metálico se extiende completamente a lo largo de la dirección de extensión principal del tubo.
Según al menos una forma de realización del módulo fotovoltaico, el tubo metálico está, al menos en parte, en contacto directo con el componente fotovoltaico. En especial, el tubo metálico se conecta de forma térmicamente conductora al componente fotovoltaico. El tubo metálico rodea una cámara de refrigeración llena de aire o de agua. Por consiguiente, en el caso del tubo metálico puede tratarse de un tubo de refrigeración que cede el calor de escape generado por el componente fotovoltaico al medio ambiente. Esta refrigeración se realiza, por ejemplo, mediante la circulación de aire o la circulación de agua dentro del tubo metálico. Con esta finalidad se puede aprovechar la convección natural y/o se puede utilizar una bomba o un ventilador.
Se propone además un sistema fotovoltaico. El sistema fotovoltaico está previsto preferiblemente para su instalación en el exterior, por ejemplo, en el tejado de una casa o en una superficie agrícola. El sistema fotovoltaico comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos aquí descritos. Es decir, todas las características reveladas en relación con el módulo fotovoltaico también se revelan en relación con el sistema fotovoltaico y viceversa.
Según al menos una forma de realización del sistema fotovoltaico, éste comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos. Preferiblemente, los módulos fotovoltaicos no están en contacto físico directo entre sí. Con otras palabras, entre los módulos fotovoltaicos se dispone respectivamente un espacio libre continuo. La extensión del espacio libre, es decir, la distancia entre los módulos fotovoltaicos, puede seleccionarse aquí en dependencia del área de aplicación deseada. Los módulos fotovoltaicos pueden conectarse eléctricamente entre sí. En este caso, los módulos fotovoltaicos pueden conectarse en serie y/o en paralelo.
Según al menos una forma de realización del sistema fotovoltaico, éste comprende además una pluralidad de soportes y al menos dos tubos de fijación. En el caso de los soportes puede tratarse de componentes mecánicos previstos para la fijación de los módulos fotovoltaicos en los dos tubos de fijación. Los tubos de fijación pueden presentar elementos de fijación que sirven, por ejemplo, para fijar los soportes en los tubos de fijación.
Según al menos una forma de realización del sistema fotovoltaico, cada módulo fotovoltaico se une mecánicamente a al menos un soporte. Por ejemplo, la unión mecánica se realiza por medio de una unión de ensamblaje, una unión por tornillos, una unión adhesiva y/o una conexión de bloqueo.
Según al menos una forma de realización del sistema fotovoltaico, cada soporte se fija con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada en al menos un tubo de fijación. En este caso y en adelante, "se fija con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada" significa que la fijación en los soportes se puede separar de forma no destructiva del tubo de fijación. Especialmente, el tubo de fijación no se rompe al separar la unión. Por ejemplo, la fijación del soporte en el tubo de sujeción se lleva a cabo mediante una unión de ensamblaje, una unión por tornillos y/o una unión de bloqueo. La fijación desmontable mecánicamente condicionada permite una sustitución sencilla y económica de los distintos módulos fotovoltaicos del sistema fotovoltaico. De este modo, en caso de un módulo fotovoltaico defectuoso, se puede evitar la sustitución de todo el sistema fotovoltaico.
Según al menos una forma realización del sistema fotovoltaico, éste comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos, una pluralidad de soportes y al menos dos tubos de fijación, uniéndose mecánicamente cada módulo fotovoltaico a al menos un soporte y fijándose cada soporte con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada en el al menos un tubo de fijación.
El sistema fotovoltaico está especialmente diseñado con la idea de proporcionar un sistema que requiera poco mantenimiento para la generación de electricidad. El uso de módulos fotovoltaicos cilíndricos con una mayor superficie exterior en comparación con los módulos planos permite especialmente un mejor aprovechamiento de la superficie a cubrir. En el caso de una superficie a cubrir puede tratarse, por ejemplo, de un tejado o de una superficie agrícola.
Debido a la presencia de espacios libres entre los módulos fotovoltaicos y, por consiguiente, a la realización sin sombras, el uso del sistema fotovoltaico es posible especialmente en relación con superficies agrícolas. De este modo, la superficie agrícola situada debajo de los sistemas fotovoltaicos puede seguir cultivándose, dado que especialmente el agua de lluvia y/o la luz solar pueden penetrar a través de los espacios libres. Así, el agua de lluvia, por ejemplo, puede seguir utilizándose para el riego. En este caso, la extensión espacial respectiva de los módulos fotovoltaicos y la distancia entre los módulos fotovoltaicos pueden elegirse en dependencia del área de aplicación.
Además, como consecuencia de la fijación desmontable de forma mecánicamente condicionada del soporte en el tubo de fijación, es posible reducir considerablemente el mantenimiento del sistema fotovoltaico. Así, los distintos módulos fotovoltaicos se pueden sustituir sin que sea preciso para ello modificar todo el sistema. De este modo, la sustitución de los distintos módulos fotovoltaicos en el sistema fotovoltaico puede realizarse fácilmente en una operación a modo de "plug-and-play".
Según al menos una forma de realización del sistema fotovoltaico, las direcciones de extensión principales de la pluralidad de módulos fotovoltaicos se desarrollan paralelas entre sí en el marco de las tolerancias de fabricación. Con otras palabras, el sistema fotovoltaico comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos cilíndricos dispuestos paralelamente entre sí. Los espacios libres se pueden disponer posteriormente entre los módulos fotovoltaicos.
A continuación, el módulo fotovoltaico aquí descrito y el sistema fotovoltaico aquí descrito se explican más detalladamente a la vista de ejemplos de realización y de las figuras correspondientes.
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico aquí descrito por medio de una representación seccionada esquemática.
La figura 2 muestra un ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico aquí descrito por medio de una vista esquemática en perspectiva.
La figura 3 muestra un ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico aquí descrito por medio de una representación seccionada esquemática.
Las figuras 4, 5, 6 y 7 muestran ejemplos de realización de un sistema fotovoltaico aquí descrito por medio de representaciones esquemáticas.
En las figuras, los elementos que son iguales, similares o tienen el mismo efecto se dotan de las mismas referencias. Las figuras y las proporciones de los elementos representados en las figuras no deben considerarse a escala. Más bien, los distintos elementos pueden representarse con un tamaño exagerado para una mejor representación y/o una mejor comprensión.
Según la representación seccionada esquemática de la figura 1 se explica más detalladamente un ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico 10 aquí descrito. En este caso, la sección transversal representada se desarrolla perpendicularmente a una dirección de extensión principal Z del módulo fotovoltaico 10. La dirección de extensión principal Z se desarrolla, por lo tanto, en el plano del dibujo.
El módulo fotovoltaico 10 comprende un tubo transmisor de luz 1, cuya sección transversal tiene en el presente caso la forma de un anillo circular. El tubo 1 rodea un espacio interior circular 4 y presenta una superficie interior 1a orientada hacia el espacio interior 4 y una superficie exterior 1f opuesta a la superficie interior 1a. Una parte de la superficie interior 1a forma una superficie de transmisión de luz 1b. En este caso y en adelante, la denominación geométrica debe entenderse en el marco de las tolerancias de fabricación como "circular". Por ejemplo, el espacio interior 4 también puede presentar una estructura elíptica.
El módulo fotovoltaico 10 presenta además un componente fotovoltaico 2. En el presente caso, el componente fotovoltaico 2 comprende al menos dos láminas de encapsulado 231,232 unidas entre sí por adherencia de materiales. Las láminas de encapsulado 231,232 están, al menos en parte, en contacto directo entre sí y se unen la una a la otra en estos puntos preferiblemente por adherencia de materiales.
El componente fotovoltaico 2 comprende además un conjunto de células solares 21 y una lámina de soporte 22 a la que se le aplica el conjunto de células solares 21. En el caso del conjunto de células solares 21 puede tratarse, por ejemplo, de un conjunto de células solares CIGS o de un conjunto de células solares orgánicas. La lámina de soporte 22 puede estar formada, por ejemplo, por un metal o un plástico. El conjunto de células solares 21 y la lámina de soporte 22 se disponen completamente entre las al menos dos láminas de encapsulado 231, 232. En la zona en la que no está disponible ningún conjunto de células solares 21, las dos láminas de encapsulado 231, 232 limitan directamente una con otra.
En el ejemplo de realización representado en la figura 1, las dos láminas de encapsulado 231, 232 cubren completamente la superficie interior 1a. Alternativamente (al contrario de lo mostrado en la figura 1) es posible que la superficie interior 1a esté en parte libre de las láminas de encapsulado 231, 232. Por ejemplo, las láminas de encapsulado 231,232 sólo cubren el conjunto de células solares 21 y las zonas marginales alrededor del conjunto de células solares 21 que son necesarias para la unión por adherencia de materiales de las láminas de encapsulado 231, 232.
El componente fotovoltaico 2 se dispone en el espacio interior 4. Aquí, el conjunto de células solares 21 del componente fotovoltaico 2 presenta una curvatura. En el presente caso, el conjunto de células solares 21 tiene la forma de un arco circular y la curvatura del círculo correspondiente. La curvatura del arco circular del conjunto de células solares 21 sigue aquí la curvatura de la superficie interior 1a del tubo. La lámina de soporte 22 y las láminas de encapsulado 231,232 también presentan una curvatura que sigue, al menos en parte, la curvatura de la superficie interior 1a.
En la zona en la que el conjunto de células solares 21 cubre la superficie interior 1a del tubo 1, la superficie interior 1a forma la superficie de transmisión de luz 1b. La parte del módulo fotovoltaico 10 que presenta la superficie de transmisión de luz 1b forma un lado superior 101 del módulo fotovoltaico 10, mientras que la parte sin la superficie de transmisión de luz forma el lado inferior 102.
En el espacio interior 4 se dispone además un tubo metálico 3 que rodea un marco de refrigeración 31. En este caso, una superficie base 2c del componente fotovoltaico 2 opuesta a la superficie interior 1a señala en la dirección del tubo metálico 3. Aquí, el tubo metálico 3 está en contacto directo con el componente fotovoltaico 2. Para ello, en el presente caso el tubo metálico 3 se dispone de forma excéntrica. Con otras palabras, el tubo metálico 3 no se dispone centrado con respecto al tubo 1. El tubo metálico 3 está completamente rodeado por el componente fotovoltaico 2 y por el tubo 1. Por ejemplo, el tubo metálico 3 sirve para la refrigeración del componente fotovoltaico 2. Con esta finalidad, la cámara de refrigeración 31 del tubo metálico 3 puede llenarse con agua y/o aire.
De acuerdo con la vista esquemática en perspectiva de la figura 2 se explica más detalladamente otro ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico 10 aquí descrito. En este caso, el módulo fotovoltaico 10 representado corresponde al módulo fotovoltaico 10 de la figura 1.
El tubo 1 se configura alargado y se extiende a lo largo de la dirección de extensión principal Z. Perpendicularmente a la dirección de extensión principal Z, el tubo 1 presenta la sección transversal mostrada en la figura 1. El conjunto de células solares 21 del componente fotovoltaico 2 también se extiende a lo largo de la dirección de extensión principal Z. En una vista desde arriba del lado superior 101, el conjunto de células solares 21 forma aquí una superficie continua. En tal caso, la superficie de transmisión de luz 1 b se configura simplemente de forma continua. Por ejemplo, en una vista desde arriba del lado superior 101, el conjunto de células solares 21 presenta la forma de un rectángulo redondeado.
Según la representación seccionada esquemática de la figura 3 se explica más detalladamente otro ejemplo de realización de un módulo fotovoltaico 10 aquí descrito. El módulo fotovoltaico 10 aquí representado se diferencia del de la figura 1 por la presencia de un componente emisor de luz 71,72 y de un acumulador 8.
El componente emisor de luz 71, 72 cubre, al menos en parte, las zonas libres 1c de la superficie interior 1a no cubiertas por el conjunto de células solares 21. Por ejemplo (como se representa aquí), el conjunto de células solares 21 se dispone en el lado superior 101 del módulo fotovoltaico 10, mientras que el componente emisor de luz 71,72 se dispone en el lado inferior 102. En este caso, el componente emisor de luz 71,72 comprende capas emisoras de luz 71 y una capa de soporte 72. Por ejemplo, las capas emisoras de luz 71 están formadas con capas orgánicas. Además es posible que las capas emisoras de luz 71 comprendan capas inorgánicas. En este caso es posible que la capa emisora de luz 71 no se configure continua, sino que más bien esté dividida en distintos segmentos, a fin de garantizar una flexibilidad del componente emisor de luz 71,72.
En el espacio interior 4 del tubo 1 se dispone además el acumulador 8. El acumulador 8 se conecta de forma eléctricamente conductora al componente fotovoltaico 2. Por ejemplo, se prevén conexiones eléctricas 81 para el conjunto de células solares 21 y para el componente emisor de luz 71,72.
De acuerdo con la representación esquemática de la figura 4 se explica más detalladamente un ejemplo de realización de un sistema fotovoltaico aquí descrito. El sistema fotovoltaico presenta una pluralidad de módulos fotovoltaicos 10. Las direcciones de extensión principales Z de los módulos fotovoltaicos 10 se desarrollan paralelamente entre sí en el marco de las tolerancias de fabricación. Entre los módulos fotovoltaicos 10 se dispone respectivamente un espacio libre 101. El agua de lluvia, por ejemplo, puede pasar a través de este espacio libre 101 durante un funcionamiento en el exterior. Los módulos fotovoltaicos 10 se sujetan a dos tubos de fijación 63 mediante soportes 61. En el presente caso, los tubos de fijación 63 se desarrollan verticalmente con respecto a las direcciones de extensión principales Z de los módulos fotovoltaicos 10.
Según la representación esquemática de la figura 5 se explica más detalladamente otro ejemplo de realización de un sistema fotovoltaico aquí descrito. En este caso se muestra una ampliación de una sección del sistema fotovoltaico representado en la figura 4.
Los soportes 63 presentan respectivamente un orificio de tornillo 62 a través del cual se puede guiar un tornillo 64 (aquí no mostrado). Mediante un tornillo 64, el soporte 62 puede unirse con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada al tubo de fijación 63. El sistema fotovoltaico presenta además un contacto 66 al que se puede acceder libremente desde el exterior y que sirve para el contacto eléctrico de los módulos fotovoltaicos 10.
Los soportes 61 se unen mecánicamente a los módulos fotovoltaicos 10. En el presente caso, respectivamente dos soportes 61 se asignan a un módulo fotovoltaico 10. También es posible (al contrario de lo mostrado en las figuras) que a cada módulo fotovoltaico 10 sólo se le asigne uno o más de dos soportes 61. Por ejemplo, los soportes 61 se unen al módulo fotovoltaico correspondiente 10 a través de una unión de ensamblaje, una unión por tornillos y/o una unión de bloqueo. Por ejemplo, la unión y la sujeción pueden ser similares a las de un tubo fluorescente.
Según la representación esquemática de la figura 6 se explica más detalladamente un ejemplo de realización de un sistema fotovoltaico aquí descrito. El sistema fotovoltaico representado corresponde al de las figuras 4 y 5, representándose una sección transversal a través de un módulo fotovoltaico 10 y un tubo de fijación 63 a lo largo de la dirección de extensión principal 10. El soporte 61 presenta escotaduras 611 en la zona del tubo de fijación 63 para permitir un final alineado del soporte 61 con el tubo de fijación 63.
El módulo fotovoltaico 10 se une con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada al tubo de fijación 63 a través de un tornillo 64 que se guía por el orificio de tornillo 62. Para la unión desmontable mecánicamente condicionada, el tubo de fijación 63 presenta en su interior un elemento de fijación 65 en el que encaja el tornillo 64. El tornillo 64 se une además de forma eléctricamente conductora a un elemento de contacto 67 que a su vez se conecta de forma eléctricamente conductora al conjunto de células solares 21 dispuesto en el lado superior 101 del módulo fotovoltaico 10 opuesto al tubo de fijación 63. Por consiguiente, el elemento de fijación 65 sirve tanto para unir mecánicamente el soporte 62 al tubo de fijación 63, como también para contactar eléctricamente con el conjunto de células solares 21 del módulo fotovoltaico 10.
Gracias a la unión desmontable mecánicamente condicionada del soporte 61 al tubo de fijación 63, es posible especialmente sustituir con poco esfuerzo los distintos módulos fotovoltaicos 10. Así se puede poner a disposición un sistema fotovoltaico que requiere poco mantenimiento.
Según la representación esquemática de la figura 7 se explica más detalladamente otro ejemplo de realización de un sistema fotovoltaico aquí descrito. El sistema fotovoltaico representado corresponde al de las figuras 4 a 6, representándose una sección transversal a través de un tubo de fijación 63 y los soportes 61 perpendicularmente a la dirección de extensión principal Z. Los tornillos 64 encajan en los elementos de fijación 65. Éstos están a su vez unidos de forma eléctricamente conductora al contacto 66. Los elementos de fijación 65 se extienden, al menos parcialmente, a lo largo del tubo de fijación 63. En el presente caso, dos tornillos 64 se unen respectivamente a un elemento de fijación 65.
La descripción mediante los ejemplos de realización no limita la invención a dichos ejemplos. Más bien, la invención comprende cualquier característica nueva, así como cualquier combinación de características, lo que incluye especialmente cualquier combinación de características en las reivindicaciones, incluso si esta característica o esta combinación en sí misma no se indica explícitamente en las reivindicaciones o en los ejemplos de realización.
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud alemana DE 10 2014 225 631.3, cuyo contenido de revelación se recoge por referencia.
Lista de referencias:
Z Dirección de extensión principal
10 Módulo fotovoltaico
101 Lado superior
102 Lado inferior
103 Espacio libre
1 Tubo
1a Superficie interior
1b Superficie de transmisión de luz
1c Superficie de salida de luz
1f Superficie exterior
2 Componente fotovoltaico
21 Conjunto de células solares
22 Lámina de soporte
231,232 Láminas de encapsulado
2c Superficie base
3 Tubo metálico
31 Cámara de refrigeración
4 Espacio interior
61 Soporte
611 Escotadura
62 Orificio de tornillo
63 Tubo de fijación
64 Tornillo
65 Elemento de fijación
66 Contacto
67 Elemento de contacto
71 Capas emisoras de luz
72 Capa de soporte
8 Acumulador
81 Conexiones eléctricas

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Módulo fotovoltaico (10) que comprende
- un tubo transmisor de luz (1) que rodea un espacio interior (4) con una dirección de extensión principal (Z) y con una superficie interior curva (1a) orientada hacia el espacio interior, y
- un componente fotovoltaico mecánicamente flexible (2) con un conjunto de células solares (21) aplicado a una lámina de soporte (22),
- disponiéndose el componente fotovoltaico (2) en el espacio interior (4),
- presentando el conjunto de células solares (21) una curvatura, siguiendo la curvatura, al menos en parte, el desarrollo curvo de la superficie interior (1a) del tubo (1), y
- cubriendo el conjunto de células solares (21), al menos parcialmente, la superficie interior (1 a), formando la superficie interior cubierta (1 a) una superficie de transmisión de luz (1 b) del módulo fotovoltaico (10),
caracterizado por que el componente fotovoltaico (2) presenta al menos dos láminas de encapsulado (231,232) unidas entre sí por adherencia de materiales,
- disponiéndose el conjunto de células solares (21) completamente entre las láminas de encapsulado (231,232), - siendo las láminas de encapsulado (231,232) láminas termoplásticas, y
- estando las láminas de encapsulado (231,232), al menos en parte, en contacto directo entre sí.
2. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, cubriendo al menos una lámina de encapsulado (231,232) el conjunto de células solares (21) por una superficie exterior.
3. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de células solares (21) presenta en una sección transversal perpendicularmente a la dirección de extensión principal (Z), al menos en parte y en el marco de las tolerancias de fabricación, la forma de un arco circular.
4. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos el 30% y hasta el 100% de la superficie interior (1 a) del tubo (1) está cubierto por el conjunto de células solares (21).
5. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie de transmisión de luz (1b) es una superficie simplemente continua.
6. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente fotovoltaico (2) está completamente rodeado por el tubo (1) perpendicularmente a la dirección de extensión principal (Z).
7. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de células solares (21) se aplica a la lámina de soporte (22) mediante un proceso de impresión.
8. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de células solares (21) es un conjunto de células solares CIGS o un conjunto de células solares orgánico.
9. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de células solares (21) presenta un grosor de como máximo 5 um, preferiblemente de como máximo 2,5 um.
10. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente fotovoltaico presenta un componente emisor de luz (71,72) configurado de forma mecánicamente flexible,
- cubriendo el componente emisor de luz (71,72), al menos en parte, las zonas libres (1c) de la superficie interior (1a) no cubiertas por el conjunto de células solares (21),
- estando el componente emisor de luz (71,72) aislado eléctricamente del conjunto de células solares (21), y - siguiendo la curvatura del componente emisor de luz (71, 72) fundamentalmente el desarrollo curvo de la superficie interior (1a).
11. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un acumulador (8) se dispone en el espacio interior (4) en una superficie base (2c) del componente fotovoltaico (2) opuesta a la superficie interior (1a), estando el acumulador (8) conectado de forma eléctricamente conductora al componente fotovoltaico (2).
12. Módulo fotovoltaico (10) según la reivindicación anterior, en el que el acumulador (8) está diseñado para almacenar la energía eléctrica generada por el conjunto de células solares (21) y para suministrarla al componente emisor de luz (71,72) con un retardo de tiempo.
13. Módulo fotovoltaico (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un tubo metálico cilíndrico (3) se dispone en el espacio interior (4) en la superficie base (2c), estando el tubo metálico (3) preferiblemente
- en contacto directo, al menos en parte, con el componente fotovoltaico (2), y
- rodeando el tubo metálico una cámara de refrigeración llena de aire o de agua (31).
14. Sistema fotovoltaico que comprende
- una pluralidad de módulos fotovoltaicos (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
- una pluralidad de soportes (61) y
- al menos dos tubos de fijación (63),
- uniéndose cada módulo fotovoltaico (10) mecánicamente a al menos un soporte (61) y
- fijándose cada soporte (61) con posibilidad de desmontaje de forma mecánicamente condicionada en al menos un tubo de fijación (63).
15. Sistema fotovoltaico según la reivindicación anterior, en el que las direcciones de extensión principales (Z) de la pluralidad de módulos fotovoltaicos (10) se desarrollan paralelamente entre sí en el marco de las tolerancias de fabricación.
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