ES2960558T3 - Módulo fotovoltaico e instalación fotovoltaica así como procedimiento para el funcionamiento de una de este tipo - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un módulo fotovoltaico (1) para convertir luz en energía eléctrica, que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (2), estando al menos una parte de las células fotovoltaicas (2) conectadas eléctricamente en serie, dos partes del módulo (3)) que comprenden en cada caso una pluralidad de células fotovoltaicas (2), estando las células fotovoltaicas (2) de una respectiva parte del módulo (3) conectadas eléctricamente entre sí en serie y estando ambas partes del módulo (3) conectadas eléctricamente en paralelo de manera que que el módulo fotovoltaico (1) presenta en conjunto un único polo eléctrico positivo (9) y un único polo eléctrico negativo (10). Para crear un módulo fotovoltaico (1) que se caracterice por una instalación especialmente sencilla, está previsto que las partes del módulo (3) sean cada una de ellas intrínsecamente planas, estando dispuestas preferiblemente las partes del módulo (3) entre sí de tal manera de manera que los planos del módulo (5) de ambas partes del módulo (3) formen juntos un ángulo (6) entre 0° y 180°. La invención se refiere además a un sistema fotovoltaico (8) y a un método para su funcionamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo fotovoltaico e instalación fotovoltaica así como procedimiento para el funcionamiento de una de este tipo
Introducción
La presente solicitud se refiere en primer lugar a un módulo fotovoltaico para convertir luz en energía eléctrica, que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas, en donde al menos una parte de las células fotovoltaicas está conectada eléctricamente en serie, dos partes de módulo, que en cada caso comprenden una multiplicidad de células fotovoltaicas, en donde las células fotovoltaicas en cada caso de una parte de módulo están conectadas eléctricamente en serie entre sí y en donde las dos partes de módulo están conectadas eléctricamente en paralelo, de modo que el módulo fotovoltaico presenta en total un único polo positivo eléctrico y un único polo negativo eléctrico.
Además, la invención se refiere a una instalación fotovoltaica instalada sobre un sustrato así como a un procedimiento para el funcionamiento de una de este tipo.
Son conocidos en la técnica una pluralidad de módulos fotovoltaicos del tipo descrito anteriormente. Por regla general, en los tejados, como por ejemplo tejados planos o inclinados, de los edificios se instalan una multiplicidad de módulos fotovoltaicos con ayuda de subestructuras y se combinan para formar una instalación fotovoltaica. Normalmente, los módulos fotovoltaicos individuales se orientan en dirección sur en este sentido para lograr un máximo rendimiento. Para aprovechar de manera más eficaz el espacio de instalación disponible en el tejado, también se conocen sin embargo instalaciones fotovoltaicas en las que una parte de los módulos fotovoltaicos está orientada con ayuda de subestructuras en dirección oeste y la otra parte de los módulos fotovoltaicos está orientada en dirección este, en donde los módulos fotovoltaicos individuales están elevados en un ángulo con respecto a la superficie de instalación. Debido a la orientación menos favorable, si bien el rendimiento específico por módulo disminuye, sin embargo al mismo tiempo aumenta el rendimiento total de la superficie debido a un mejor aprovechamiento del espacio. El rendimiento adicional resultante de un mejor uso del espacio supera con creces el rendimiento reducido debido a la orientación menos favorable.
Por regla general, las células fotovoltaicas de los módulos fotovoltaicos orientados en dirección este así como las de los módulos fotovoltaicos orientados en dirección oeste se conectan en cada caso eléctricamente en serie. Esto se debe a que, debido a la orientación, la irradiación de los módulos fotovoltaicos orientados en orientación oeste siempre va acompañada de un sombreado de los módulos fotovoltaicos orientados en orientación este, y viceversa. El resultado es una caída de corriente en las células fotovoltaicas sombreadas, lo que también conduciría a una potencia reducida de la instalación fotovoltaica debido a una conexión en serie entre las distintas células fotovoltaicas. Se entiende que se debe evitar en cualquier caso, por consiguiente, una conexión en serie común de las células fotovoltaicas orientadas en orientación oeste y de las células fotovoltaicas orientadas en orientación este. Por esta razón, las células fotovoltaicas orientadas en dirección oeste normalmente están conectadas eléctricamente en serie por separado de las células fotovoltaicas orientadas en orientación este, de modo que las células fotovoltaicas orientadas en dirección este pueden actuar independientemente de las células fotovoltaicas orientadas en dirección oeste.
Este problema también es conocido en los módulos fotovoltaicos que están orientados en dirección sur. Por ejemplo, si algunas células fotovoltaicas quedan parcialmente oscurecidas debido a la sombra proyectada por un árbol o un edificio vecino, esto conduce a una reducción en el rendimiento de todo el módulo fotovoltaico. Para contrarrestar este efecto de sombra, en el módulo se introducen los denominados diodos de derivación, que normalmente pueden pasar por alto grupos de 20 células fotovoltaicas.
Debido al exigente cableado de los módulos fotovoltaicos individuales entre sí y a la mayor carga de trabajo que supone el montaje de las subestructuras, en el caso de una instalación de la instalación fotovoltaica se requiere por regla general personal especializado y formado. Esto significa que la instalación de la instalación fotovoltaica implica por consiguiente elevados costes de personal. Además, las propias subestructuras también pueden resultar desventajosas, ya que debido a su propio peso representan una carga adicional para la estática del edificio. Además, a pesar del personal especializado, a menudo se produce un cableado incorrecto de los módulos fotovoltaicos individuales. En particular, los módulos fotovoltaicos orientados en este sentido en orientación oeste se conectan eléctricamente de forma involuntaria con módulos fotovoltaicos orientados en orientación este. El resultado es una reducción del rendimiento específico de la instalación fotovoltaica, como se describe anteriormente. Debido a la multiplicidad de módulos fotovoltaicos utilizados en la instalación fotovoltaica, que a su vez tienen una pluralidad de células fotovoltaicas, encontrar el error de cableado responsable ha resultado ser laborioso y lento.
El documento DE 202012000369 U1 describe una instalación fotovoltaica de acuerdo con el tipo descrito al principio. La instalación fotovoltaica está constituida por una pluralidad de módulos fotovoltaicos, que presentan en cada caso un equipo de soporte fabricado de plástico. En cada equipo de soporte está dispuesto un módulo fotovoltaico orientado al oeste y otro orientado al este. Está previsto que los módulos fotovoltaicos se doten en cada caso de dos polos para establecer una conexión eléctrica, que unen entre sí eléctricamente por separado los módulos fotovoltaicos orientados al oeste y los módulos fotovoltaicos orientados al este. Como ya se ha explicado anteriormente, una conexión separada de este tipo entre el este y el oeste es necesaria para contrarrestar una potencia reducida de la instalación fotovoltaica, ya que los módulos fotovoltaicos suministran diferentes cantidades de electricidad según su orientación hacia el sol.
Un módulo fotovoltaico descrito al principio se desprende también de la solicitud de patente DE 102013211 179 A1. En este caso se describe un módulo fotovoltaico que presenta una pluralidad de células fotovoltaicas, en el que en cada caso la mitad de las células fotovoltaicas están conectadas eléctricamente en serie. El documento también describe un sistema que consta de al menos dos módulos fotovoltaicos. En este sentido, la primera mitad de las células fotovoltaicas del primer módulo fotovoltaico, que están conectadas en serie entre sí, está conectada eléctricamente en serie con la primera mitad de las células fotovoltaicas del segundo módulo fotovoltaico, que también están conectadas en serie. En conjunto se forma mediante esto una primera conexión en serie del sistema. De manera análoga, las segundas mitades de los módulos fotovoltaicos se conectan para dar una segunda conexión en serie del sistema. Las dos conexiones en serie del sistema se conectan a continuación eléctricamente en serie o eléctricamente en paralelo.
Esta instalación fotovoltaica conocida también presenta el inconveniente de que en el transcurso de la conexión en serie de los módulos fotovoltaicos puede producirse un cableado incorrecto, incluidas las consecuencias negativas descritas anteriormente.
Los componentes de una instalación fotovoltaica están diseñados por regla general para el aprovechamiento máximo más alto, lo que habitualmente se produce en raras ocasiones. De este modo se incrementan innecesariamente los costes de una instalación fotovoltaica, por lo que la instalación fotovoltaica representada en el documento DE 102013 016 018 A1 prevé un "modo de potencia reducida", mediante el cual pueden desconectarse una parte de las cadenas de módulos dentro de un módulo fotovoltaico. Como resultado, ya no es necesario diseñar todos los componentes de la instalación fotovoltaica para el aprovechamiento máximo, de modo que se posibilita que las instalaciones fotovoltaicas se fabriquen de manera más rentable.
Los módulos fotovoltaicos representados en el documento DE 102009060604 A1 se caracterizan por que las células están aplicadas sobre una placa de circuito eléctricamente aislante de gran superficie, para minimizar las pérdidas de transmisión.
Los módulos fotovoltaicos bifaciales tienen células bifaciales, que se caracterizan por poder captar la luz incidente tanto en su lado delantero como en su lado trasero. El módulo fotovoltaico bifacial representado en el documento US 2014/0130842 A1 está constituido por varias cadenas de células, en donde están conectadas en serie las células de una cadena de células respectiva, mientras que las respectivas cadenas de células pueden estar conectadas en paralelo entre sí. Una orientación vertical este-oeste del módulo fotovoltaico bifacial aprovecha la propiedad de que las células fotovoltaicas pueden capturar luz tanto de la dirección este como de la dirección oeste. Para ello, el módulo fotovoltaico se coloca verticalmente sobre un sustrato.
En el documento US 2018/0367089 se representa un módulo fotovoltaico que presenta células solares en forma de células de capa delgada sobre un marco preformado. Debido al uso de células de capa delgada, puede seleccionarse de forma flexible entre sí una conexión en serie o en paralelo de los módulos fotovoltaicos.
La instalación fotovoltaica descrita en el documento WO 2018/199752 A1 comprende células solares orientadas al este y al oeste. Para ello está previsto conectar dos módulos fotovoltaicos individuales entre sí mediante una bisagra y colocarlos formando un ángulo uno con respecto a otro.
Tanto el documento JP 2012256728 como el documento JP 2005 244 144 muestran módulos fotovoltaicos planos, que están constituidos en cada caso por dos partes de módulo así como una caja de conexiones. Dependiendo del campo de aplicación, las dos partes de módulo pueden conectarse en serie o en fila entre sí. Para ello, en el documento JP 2012256728 está previsto un interruptor, mientras que en el documento JP 2005244 144 está previsto un cambio en la posición de un tornillo para provocar un cambio del circuito.
Objetivo
Por tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un módulo fotovoltaico que se caracterice por una instalación especialmente sencilla. Este objetivo debe cumplirse de manera análoga para la instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención y el procedimiento de acuerdo con la invención.
Solución
El objetivo anterior se soluciona de acuerdo con la invención por medio de un módulo fotovoltaico con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos resultan de las correspondientes reivindicaciones dependientes.
El módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención está caracterizado por que las piezas de módulo están dispuestas una con respecto a otra de manera que los planos de módulo de las dos partes de módulo incluyen juntos un ángulo entre 140° y 170°.
Los dos planos de módulo de las dos partes de módulo incluyen juntos un ángulo entre 140° y 170°. En el sentido de la presente solicitud esto significa 140° < ángulo < 170°. El ángulo entre los dos planos de módulo de las dos partes de módulo es de manera correspondiente superior a 140° e inferior a 170°.
El módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención presenta preferentemente un pliegue, de modo que las dos partes de módulo están dispuestas en lados opuestos del pliegue y sus planos de módulo incluyen juntos un ángulo inferior a 170° y superior a 140°. Preferentemente, el pliegue está dispuesto en una dirección opuesta a un sustrato. Ventajosamente, el pliegue discurre perpendicularmente o en paralelo a un eje longitudinal del módulo fotovoltaico.
Una configuración especialmente ventajosa de la invención prevé que las células fotovoltaicas de ambas partes de módulo correspondan en total al número de células fotovoltaicas de un módulo fotovoltaico. Ventajosamente, el número total de células fotovoltaicas depende a este respecto del número de células fotovoltaicas de los módulos fotovoltaicos habituales en el mercado. En otras palabras, el módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención está preferentemente plegado por la mitad, en donde las partes de módulo que se producen debido a ello corresponden en cada caso a una mitad del módulo fotovoltaico.
El módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención tiene muchas ventajas. Una ventaja especial consiste en que puede cambiarse una orientación este-oeste del módulo fotovoltaico individual debido a las partes de módulo dispuestas una con respecto a otra, cuyos planos de módulo incluyen en conjunto un ángulo entre 140° y 170°. Esto se debe en particular a que cuando una parte de módulo se alinea en dirección oeste, la otra parte de módulo correspondiente se alinea automáticamente en dirección este. Esto hace que el módulo fotovoltaico sea especialmente fácil de instalar.
Además, el módulo fotovoltaico puede instalarse fácilmente debido a que el módulo fotovoltaico presenta únicamente un único polo positivo eléctrico y un único polo negativo eléctrico. Mediante esto, el módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención puede conectarse a través de sus polos eléctricos eléctricamente de manera fácil a otro módulo fotovoltaico o indirectamente a una red eléctrica que va a alimentarse.
Además, debido a la conexión en paralelo entre las dos partes de módulo individuales del respectivo módulo fotovoltaico, ya no es necesario conectar eléctricamente partes de módulo orientadas en dirección oeste y partes de módulo orientadas en dirección este por separado entre sí. De esta manera se reduce ventajosamente la propensión a errores al instalar módulos fotovoltaicos alineados de esta manera por consiguiente en comparación con el estado de la técnica.
Ventajosamente, el módulo fotovoltaico está configurado de forma autoportante. Esto ofrece la ventaja de que los módulos fotovoltaicos de acuerdo con la invención pueden instalarse por consiguiente ahorrando espacio en un sustrato, por ejemplo un tejado plano de un edificio, sin subestructuras, como se conoce por el estado de la técnica. En consecuencia, el módulo fotovoltaico puede instalarse en su conjunto sobre el sustrato y puede disponerse de manera que se proporcione directamente una orientación este-oeste. Esto ofrece la ventaja de que el tiempo de trabajo se puede reducir significativamente porque se ahorran etapas de trabajo. Al no disponer de una subestructura también se puede ahorrar peso.
En el mejor de los casos, puede prescindirse de un atornillado de los módulos fotovoltaicos si no está presente ninguna subestructura.
De acuerdo con la presente solicitud está previsto que tanto las células fotovoltaicas de las partes de módulo orientadas en dirección este como las células fotovoltaicas de las partes de módulo orientadas en dirección oeste formen juntas en cada caso una cadena de células separada. Las cadenas de células de ambas partes de módulo tienen preferentemente la misma longitud. Se ha demostrado que es ventajoso que las células fotovoltaicas de una cadena de células sean idénticas. Los módulos fotovoltaicos conectados en serie forman una cadena de módulos en el sentido de la presente solicitud.
De acuerdo con una configuración ventajosa de la invención está previsto que las células fotovoltaicas de una respectiva parte de módulo estén formadas por células completas o medias células. Las dimensiones de las celdas completas o de las medias celdas correspondientes dependen a este respecto de las dimensiones habituales en el estado de la técnica. Preferentemente, las dimensiones de las respectivas medias celdas pueden ascender preferentemente a de 156 mm x 78 mm y las dimensiones de las respectivas celdas completas pueden ascender a de 156 mm x 156 mm.
El uso de celdas completas dentro de los distintos módulos conlleva la ventaja de que puede reducirse el número de líneas eléctricas necesarias para conectar una cadena de módulos a un inversor - y con ello para alimentar la electricidad generada a una red eléctrica. Esto se puede justificar aumentando el número de módulos fotovoltaicos dentro de una cadena de módulos y reduciendo así el número de cadenas de módulos que están conectadas al inversor. Preferentemente, a diferencia de las cadenas de módulos conocidas por el estado de la técnica, puede duplicarse el número de módulos fotovoltaicos dentro de una cadena de módulos y, por lo tanto, puede reducirse a la mitad el número de cadenas de módulos, de modo que las líneas de conexión entre la cadena de módulos y el inversor se reducen a la mitad. La conexión de la cadena de módulos a un inversor sirve únicamente en este caso a modo de ejemplo, ya que no es absolutamente necesario que una cadena de módulos esté conectada directamente a un inversor. Entre una cadena de módulos y el inversor pueden conectarse aún otros aparatos que se usan para suministrar electricidad o controlar el módulo fotovoltaico.
Se sabe que el uso de medias células en módulos fotovoltaicos conduce a un aumento de la potencia específica. Sin embargo, al conectar las medias células en serie dentro de un módulo fotovoltaico, se reduce a la mitad la corriente nominal y se duplica la tensión nominal. Para contrarrestar este problema, de acuerdo con la invención está previsto que los módulos fotovoltaicos estén constituidos en cada caso por partes de módulo que presentan dos medias células, que están conectadas entre sí en paralelo. El uso de medias células en estos módulos fotovoltaicos conlleva además la ventaja de que puede reducirse la sección transversal de las líneas eléctricas utilizadas en el estado de la técnica entre los módulos fotovoltaicos individuales y entre la cadena de módulos y el inversor. También en este caso el inversor debería utilizarse sólo a modo de ejemplo, ya que entre una cadena de módulos y el inversor se pueden conectar otros aparatos. El uso de una línea eléctrica con un diámetro reducido es factible porque la intensidad de corriente total que surge de las partes de módulo orientadas en dirección este y en dirección oeste ya no alcanza la misma intensidad de corriente que los módulos fotovoltaicos conocidos por el estado de la técnica con una orientación.
Para la conexión eléctrica de los módulos fotovoltaicos se utilizan normalmente líneas eléctricas de cobre, cuya adquisición es conocida como costosa. La sección transversal de las líneas eléctricas dentro de una instalación fotovoltaica con medias células puede reducirse significativamente en comparación con la sección transversal de las líneas eléctricas de una instalación fotovoltaica con células completas. Más preferentemente, los cables de cobre para conectar los módulos fotovoltaicos de acuerdo con la invención presentan, en el caso del uso de medias células, una sección transversal entre 3,5 mm2 y 4,5 mm2, preferentemente una sección transversal de 4 mm2 y en el caso de células completas una sección transversal entre 5,5 mm2 y 6,5 mm2, preferentemente una sección transversal de aproximadamente 6 mm2. También son concebibles otras secciones transversales que dependen de las distancias a salvar.
De acuerdo con una configuración preferente de la invención, está previsto que las partes de módulo comprendan en cada caso un número igual de células fotovoltaicas. En particular, en lo que respecta a una orientación del módulo fotovoltaico de tal manera que la primera parte de módulo esté orientada en orientación oeste, mientras que la segunda parte de módulo está orientada en orientación este, ha demostrado ser especialmente ventajoso distribuir las células fotovoltaicas a la mitad entre las dos partes de módulo. De este modo puede garantizarse que ambas partes de módulo tengan una tensión nominal similar y que no se produzcan corrientes de compensación.
Una configuración de la invención prevé que un número de medias células o células completas utilizadas en el módulo fotovoltaico corresponda a un número común utilizado en la producción de células y módulos fotovoltaicos. La respectiva parte de módulo presenta preferentemente 60 medias celdas o 30 celdas completas. Sin embargo, no deben excluirse del alcance de la invención otras cantidades, como por ejemplo 72 medias celdas o 36 celdas completas por lado del módulo. Esta estandarización es deseable porque permite aplicar de manera análoga etapas de fabricación e instalación conocidos. Por lo tanto, en cuanto a una fabricación del módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención es especialmente ventajoso el uso de 60 medias células o 30 células completas, ya que mediante esto pueden utilizarse partes de módulo estandarizadas.
Preferentemente está previsto que las partes de módulo estén asociadas entre sí a lo largo de un eje central del módulo fotovoltaico, preferentemente limitando una con otra. Por consiguiente, el módulo fotovoltaico puede fabricarse ventajosamente ahorrando especialmente espacio. Esto es en particular ventajoso en lo que respecta al aprovechamiento óptimo del espacio de instalación disponible, ya que puede aumentarse el número de módulos fotovoltaicos a instalar.
A este respecto, de acuerdo con otra configuración de la invención está previsto que el módulo fotovoltaico esté configurado simétricamente con respecto al eje central. La división simétrica ha resultado especialmente ventajosa, en particular debido a las condiciones eléctricas (conexión en paralelo de ambas partes de módulo). También una configuración simétrica del módulo fotovoltaico ha resultado especialmente ventajosa con respecto a un rendimiento constante del módulo fotovoltaico a lo largo del día. Esto ofrece también la ventaja de que las partes de módulo como tales se pueden fabricar de forma idéntica.
Ha resultado especialmente ventajoso en simulaciones para una orientación óptima de las partes de módulo cuando el ángulo que incluyen las dos partes de módulo se encuentre en un intervalo entre 150° y 160°.
Un perfeccionamiento especialmente ventajoso del módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención prevé que las dos partes de módulo estén conectadas entre sí de manera no separable, en donde el módulo fotovoltaico está configurado preferentemente de una sola pieza.
Esto conduce a que este mismo pueda transportarse de manera especialmente sencilla. En particular - aparte del cableado - no son necesarios otras etapas de montaje para poner en funcionamiento el módulo fotovoltaico. Mediante esto puede instalarse el módulo fotovoltaico de forma especialmente fácil y rápida conectando eléctricamente los polos del módulo fotovoltaico con los polos de otro módulo fotovoltaico o indirectamente con los de una red eléctrica.
De acuerdo con otra característica de la invención, está previsto que el módulo fotovoltaico presente un marco de una sola pieza, por medio del cual están colocadas de manera conjunta las dos partes de módulo. El módulo fotovoltaico comprende preferentemente las dos partes de módulo y el marco. Ventajosamente, el marco presenta un pliegue con un ángulo entre 0° y 180°. El ángulo se determina preferentemente cuando el módulo fotovoltaico está terminado, de modo que el módulo fotovoltaico pueda entregarse completamente terminado en el lugar de instalación.
Ventajosamente, el marco del módulo fotovoltaico está diseñado de forma autoportante. Esto ofrece la ventaja de que no se necesita ninguna subestructura para colocar un respectivo módulo fotovoltaico sobre una superficie de instalación.
El objetivo mencionado al principio se soluciona además a partir de una instalación fotovoltaica con las características de la reivindicación 9.
La instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención es adecuada para la instalación sobre un sustrato y comprende una multiplicidad de módulos fotovoltaicos de acuerdo con la invención, descritos anteriormente, en donde los módulos fotovoltaicos presentan dos partes de módulo, en donde los módulos fotovoltaicos están formados en cada caso configurados en una sola pieza, en donde una parte de las partes de módulo de los módulos fotovoltaicos está orientada al menos esencialmente, preferentemente de manera completa, en una orientación oeste y la otra parte de las partes de módulo está orientada al menos esencialmente, preferentemente de manera completa, en una orientación este. A este respecto, una parte de módulo orientada en cada caso en orientación oeste y la parte de módulo correspondiente orientada en orientación este de un respectivo módulo fotovoltaico están conectadas eléctricamente en paralelo. Los módulos fotovoltaicos por su parte están conectados eléctricamente en serie, de modo que la instalación fotovoltaica presenta en total un único polo positivo eléctrico y un único polo negativo eléctrico.
Preferentemente, las partes de módulo están conectadas entre sí de manera no separable.
Una configuración especialmente ventajosa de la invención prevé que el módulo fotovoltaico esté configurado de forma rígida. Esto significa que el ángulo en el lugar de instalación ya no se puede cambiar. El módulo fotovoltaico se entrega en el lugar de instalación completamente prefabricado y listo para su uso.
Las ventajas mencionadas en relación con el módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención se consiguen de forma análoga por medio de la instalación fotovoltaica mencionada anteriormente. En particular, la instalación fotovoltaica puede instalarse de forma especialmente rápida y sencilla. Para ello únicamente es necesario conectar eléctricamente en serie los módulos fotovoltaicos individuales entre sí, en donde ya no es necesario diferenciar entre módulos fotovoltaicos orientados en orientación oeste y aquellos orientados en orientación este. Se elimina así el cableado incorrecto provocado por esto último, que es un problema habitual en el estado de la técnica. Además, los módulos fotovoltaicos de una instalación fotovoltaica diseñada en dirección este-oeste pueden instalarse en su conjunto sobre un sustrato, por ejemplo un tejado plano. El tiempo de trabajo en el sustrato puede reducirse considerablemente, ya que se puede prescindir, por ejemplo, de subestructuras complicadas, uniones atornilladas y similares.
En comparación con las instalaciones fotovoltaicas conocidas por el estado de la técnica, que, contrariamente a lo que se podría suponer inicialmente, únicamente presentan una orientación sur, con la instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención puede conseguirse un rendimiento similar. Esto puede justificarse, entre otras cosas, porque se puede prolongar el tiempo de radiación solar en los respectivos módulos fotovoltaicos. Además, la orientación este-oeste permite una mayor densidad de superficie de los módulos fotovoltaicos individuales. Los módulos orientados en orientación sur deben estar dispuestos a una distancia mayor entre sí que en el caso de la orientación este-oeste, para evitar sombras mutuas.
De acuerdo con otra característica de la invención está previsto que la instalación fotovoltaica presente al menos un inversor y al menos un seguidor MPP. Con el inversor, la tensión continua generada por el módulo fotovoltaico se puede convertir en tensión alterna para poder alimentar la electricidad generada por las células fotovoltaicas a la red eléctrica de un edificio o de una red pública. Por medio del seguidor MPP se garantiza que la instalación fotovoltaica funcione a su máximo rendimiento en las más diversas condiciones, por ejemplo debido a la nubosidad o a las influencias de la temperatura exterior. Mediante la conexión eléctrica en paralelo de las dos partes de módulo puede reducirse el número de seguidores MPP para hacer funcionar las células fotovoltaicas orientadas de manera diferente. En particular, esto puede ahorrar costes en inversores adicionales, seguidores MPP y cableado adicional. Normalmente, a un seguidor MPP se conectan varias cadenas de módulos en paralelo una con respecto a otra, en donde pueden asignarse uno o varios seguidores MPP a un inversor. El número de seguidores MPP e inversores utilizados se determina en función del diseño de la instalación fotovoltaica.
De acuerdo con una configuración preferente de la invención, los módulos fotovoltaicos adyacentes de la instalación fotovoltaica están conectados eléctricamente entre sí mediante una única línea eléctrica. Esto significa que un módulo fotovoltaico, en el que la parte de módulo este está conectada en paralelo con la parte de módulo oeste, está conectado en serie con un módulo fotovoltaico adyacente, en el que igualmente la parte de módulo este y la parte de módulo oeste también están conectadas en paralelo. En particular, ya no es necesario conectar eléctricamente los diferentes módulos fotovoltaicos orientados por separado al seguidor MPP y, por tanto, al inversor. Como ya se ha descrito anteriormente, al utilizar celdas completas, el número de líneas eléctricas que conectan una cadena de módulos con el seguidor MPP o inversor se puede reducir, preferentemente puede reducirse a la mitad, ya que se pueden conectar en serie más módulos fotovoltaicos de lo habitual, de modo que el número de las cadenas de módulos se reduce. Cuando se utilizan medias células, se pueden utilizar preferentemente líneas eléctricas más finas.
El objetivo mencionado al principio se soluciona además a partir de un procedimiento para el funcionamiento de una instalación fotovoltaica con las características de la reivindicación 12.
El procedimiento de acuerdo con la invención está caracterizado por que un punto de máxima potencia de la instalación fotovoltaica se determina por medio de un único seguidor MPP y un punto de funcionamiento de la instalación fotovoltaica se ajusta de manera correspondiente al punto de máxima potencia determinado.
Comparable con la instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención, una ventaja del procedimiento se encuentra en que por medio del procedimiento de acuerdo con la invención pueden ahorrarse costes, ya que para todas las células fotovoltaicas, es decir, tanto aquellas orientadas en orientación oeste como aquellas orientadas en orientación este, únicamente se necesita un único seguidor MPP.
En particular, los módulos fotovoltaicos con diferentes orientaciones no tienen que ajustarse independientemente unos de otros, mediante lo que pueden ahorrarse también costes en líneas eléctricas para conectar los módulos fotovoltaicos individuales al seguidor MPP.
Ejemplos de realización
La invención se explica a continuación con más detalle mediante dos ejemplos de realización que están representados en las figuras. Muestra:
Fig. 1: una vista superior de un módulo fotovoltaico de acuerdo con la invención,
Fig. 2: una sección vertical por el módulo fotovoltaico de la figura 1,
Fig. 3: una vista superior de una instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención y
Fig. 4: una vista superior de una instalación fotovoltaica de acuerdo con la invención en una segunda realización.
Un ejemplo de realización, que está representado en lasfiguras 1 a 2, muestra un módulo fotovoltaico1de acuerdo con la invención como puede usarse por ejemplo en una instalación fotovoltaica8, que está mostrada en lafigura 3.
El módulo fotovoltaico1de acuerdo con la invención comprende dos partes de módulo 3 de igual construcción, que están conectadas a través de líneas16eléctricas, por ejemplo en forma de cables, eléctricamente en paralelo a una caja de conexión de módulos14. Las partes de módulo 3 están configuradas en sí planas y - como se muestra en lafigura 2- están dispuestas una con respecto a otra de manera que los planos de módulo5de las dos partes de módulo 3 incluyen de manera conjunta un ángulo 6 de 150°. Las dos partes de módulo 3 así como la caja de conexión de módulos14están colocadas de manera conjunta en este sentido por medio de un marco7de una sola pieza. A este respecto, el módulo fotovoltaico1está configurado de una sola pieza y de manera autoportante y por consiguiente puede instalarse sobre un sustrato17de manera que los planos de módulo5estén alineados en un ángulo de 15° con respecto al sustrato. Preferentemente se forma el sustrato17en este sentido por una cubierta plana de un edificio. Cada una de las partes de módulo 3 comprende 24 células fotovoltaicas2en forma de medias células con dimensiones de en cada caso 156 mm x 78 mm. A este respecto, las células fotovoltaicas2en cada caso de una parte de módulo 3 están conectadas eléctricamente en serie por medio de líneas15eléctricas. Las dos partes de módulo 3 están conectadas eléctricamente en paralelo por medio de líneas16eléctricas, de modo que el módulo fotovoltaico1presente en total un único polo positivo9eléctrico y un único polo negativo10eléctrico. Las células fotovoltaicas2conectadas entre sí forman de manera conjunta una cadena de células21,en donde tanto las células fotovoltaicas2orientadas en dirección oeste como las orientadas en dirección este están asignadas a la cadena de células21 (figura 1).
La instalación fotovoltaica8,que está representada en lafigura 3, comprende una multiplicidad de los módulos fotovoltaicos1de acuerdo con la invención, que por su parte presentan en cada caso dos partes de módulo3alineadas en un ángulo de 150° entre sí. Para mayor claridad, no todos los módulos fotovoltaicos1se muestran por separado.
Los módulos fotovoltaicos1están dispuestos de manera correspondiente a un tamaño del sustrato17en tres grupos18en el tejado plano, en donde los módulos fotovoltaicos1individuales de un grupo18están en contacto esencialmente uno con otro. En el presente ejemplo de realización están asignados en cada caso18módulos fotovoltaicos1a un grupo18. Los grupos18individuales están conectados entre sí eléctricamente por medio de líneas13eléctricas. Los tres grupos18de módulos fotovoltaicos1juntos forman una cadena de módulos22.
Está previsto disponer la instalación fotovoltaica8en la cubierta plana del edificio de manera que la mitad de las partes de módulo3esté orientada al menos esencialmente en una orientación oeste19, mientras que la otra mitad de las partes de módulo3esté orientada al menos esencialmente en una orientación este20.
En cada caso, una parte de módulo3orientada en orientación oeste19así como una orientada en orientación este20están conectadas eléctricamente en paralelo por pares y forman un módulo fotovoltaico1.Los módulos fotovoltaicos1están conectados entre sí eléctricamente en serie por medio de líneas13eléctricas, de modo que la instalación fotovoltaica8presenta en total un único polo positivo9eléctrico y un único polo negativo10eléctrico.
Además, la instalación fotovoltaica8presenta un inversor11con un seguidor MPP12, que está conectado eléctricamente al polo positivo9por un lado y el polo negativo10por otro lado. Por medio del inversor11puede convertirse corriente continua, generada en caso de radiación solar por medio de las células fotovoltaicas2, en corriente alterna. Por medio del seguidor MPP12se determina a este respecto, dependiendo de las condiciones, como por ejemplo una nubosidad o las fluctuaciones de temperatura, un punto de máximo rendimiento de la instalación<fotovoltaica>8<y se ajusta un punto de funcionamiento de la instalación fotovoltaica>8<de manera correspondiente al>punto de máxima potencia determinado.
Para la alimentación de la corriente generada puede conectarse el inversor11a través de las líneas eléctricas mostradas no por separado en lafigura 3con una red eléctrica de un edificio a suministrar o con una red eléctrica pública.
La instalación fotovoltaica108representada en lafigura 4muestra dos cadenas de módulos22del mismo tipo, como están representadas éstas en lafigura 3. La instalación fotovoltaica108está dispuesta igualmente sobre un tejado plano y comprende una multiplicidad de los módulos fotovoltaicos1de acuerdo con la invención, que a su vez presentan en cada caso dos partes de módulo3alineadas en un ángulo de 150° una con respecto a otra. En aras de la claridad, no todas las partes de módulo3de los módulos fotovoltaicos1están representadas por separado. Las dos cadenas de módulos22conducen ambas con su respectivo polo positivo9y polo negativo10al mismo seguidor MPP12.Por medio del seguidor MPP12se determina a este respecto, dependiendo de las condiciones, un punto máximo de rendimiento de la instalación fotovoltaica8y se ajusta un punto de funcionamiento de la instalación fotovoltaica108de manera correspondiente al punto máximo de rendimiento determinado, en donde pueden regularse ambas cadenas de módulos22por medio de los seguidores MPP12.
Lista de referencias
1 Módulo fotovoltaico
2 Celda fotovoltaica
3 Parte de módulo
4 Eje central
5 Plano de módulo
6 Ángulo
7 Marco
8 Instalación fotovoltaica
9 Polo positivo
10 Polo negativo
11 Inversor
12 Seguidor MPP
13 Línea
14 Caja de conexión de módulos
15 Línea
16 Línea
17 Sustrato
18 Grupo
19 Orientación oeste
20 Orientación este
21 Cadena de células
22 Cadena de módulos
Claims (12)
1. Módulo fotovoltaico (1) para convertir luz en energía eléctrica, que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (2) , en donde al menos una parte de las células fotovoltaicas (2) está conectada eléctricamente en serie, dos partes de módulo (3), que en cada caso comprenden una multiplicidad de células fotovoltaicas (2),
en donde las células fotovoltaicas (2) en cada caso de una parte de módulo (3) están conectadas eléctricamente en serie entre sí y
en donde las dos partes de módulo (3) están conectadas eléctricamente en paralelo, de modo que el módulo fotovoltaico (1) presenta un único polo positivo (9) eléctrico y un único polo negativo (10) eléctrico,
en donde las partes de módulo (3) son en cada caso planas, en donde las partes de módulo (3) están dispuestas una con respecto a otra de manera que éstas presentan un pliegue, de modo que las dos partes de módulo están dispuestas en lados opuestos del pliegue y sus planos de módulo (5) (3) incluyen juntos un ángulo (6) entre 140° y 170°, en donde el pliegue está dispuesto en una dirección opuesta a un sustrato,
en donde las dos partes de módulo están conectadas entre sí de manera no separable,
caracterizado por que
las células fotovoltaicas de una respectiva parte de módulo están formadas por células completas o medias células.
2. Módulo fotovoltaico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo fotovoltaico (1) está realizado de manera autoportante.
3. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partes de módulo (3) comprenden en cada caso el mismo número de células fotovoltaicas (2).
4. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partes de módulo (3) están asignadas una a otra a lo largo de un eje central (4) del módulo fotovoltaico (1), preferentemente limitando una con otra.
5. Módulo fotovoltaico (1) según la reivindicación 4, caracterizado por que el módulo fotovoltaico (1) está configurado simétricamente con respecto al eje central (4).
6. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ángulo (6) que incluyen juntos las dos partes de módulo (3) se encuentra en un intervalo entre 150° y 160°.
7. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo fotovoltaico (1) está configurado en una sola pieza.
8. Módulo fotovoltaico (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un marco (7) de una sola pieza, por medio del cual están colocadas juntas las dos partes de módulo (3).
9. Instalación fotovoltaica (8) instalada sobre un sustrato (17) que comprende una multiplicidad de módulos fotovoltaicos (1) según una de las reivindicaciones precedentes,
en donde los módulos fotovoltaicos (1) presentan dos partes de módulo (3),
en donde los módulos fotovoltaicos (1) están configurados en una sola pieza,
en donde las partes de módulo (3) de los módulos fotovoltaicos (1) están orientadas al menos esencialmente en una orientación oeste y las otras partes de módulo (3) de los módulos fotovoltaicos (1) están orientadas al menos esencialmente en una orientación este,
en donde una parte de módulo (3) orientada en cada caso en orientación oeste y la parte de módulo (3) correspondiente orientada en orientación este de un respectivo módulo fotovoltaico (1) están conectadas eléctricamente en paralelo, en donde los módulos fotovoltaicos (1) están conectados eléctricamente en serie, de modo que la instalación fotovoltaica (1) presenta en total un único polo positivo (9) eléctrico y un único polo negativo (10) eléctrico.
10. Instalación fotovoltaica (8) según la reivindicación 9, caracterizada por al menos un inversor (11) y al menos un seguidor MPP (12).
11. Instalación fotovoltaica (8) según la reivindicación 9 o 10, caracterizada por que los módulos fotovoltaicos (1) contiguos de la instalación fotovoltaica (8) están conectados eléctricamente entre sí por medio de una única línea (13) eléctrica.
12. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación fotovoltaica (8),
en donde la instalación fotovoltaica (8) comprende una multiplicidad de módulos fotovoltaicos (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que están orientados en partes iguales al menos esencialmente en una orientación oeste y al menos esencialmente en una orientación este,
en donde en cada caso una parte de módulo (3) de un módulo fotovoltaico (1) está orientada en la dirección oeste y otra parte de módulo (3) del mismo módulo fotovoltaico (1) está orientada en la dirección este,
en donde las partes de módulo (3) de los respectivos módulos fotovoltaicos (1) están conectadas eléctricamente en paralelo,
en donde los módulos fotovoltaicos (1) en total están conectados eléctricamente en serie,
en donde un punto de máxima potencia de la instalación fotovoltaica (8) se determina por medio de un único seguidor MPP (12) y un punto de funcionamiento de la instalación fotovoltaica (8) se ajusta de manera correspondiente al punto de máxima potencia determinado.
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