ES2965436T3 - Módulo fotovoltaico integrado enfriado por fluido - Google Patents

Abstract

Un módulo fotovoltaico enfriado por fluido en el que un intercambiador de calor de polímero transfiere calor desde el módulo fotovoltaico a un fluido en circulación. El módulo fotovoltaico se mantiene a una temperatura fría, lo que permite una mayor potencia de salida, mientras que el calor transferido al fluido en circulación puede ser útil para aplicaciones que requieren calor. Se utiliza específicamente un intercambiador de calor de polímero para lograr un diseño robusto que sea rentable; alto rendimiento; fácilmente adaptable a varios tipos y tamaños de módulos fotovoltaicos; compatible con el equilibrio de sistemas de módulos fotovoltaicos convencionales; peso ligero; resistente a desinfectantes de agua y otros productos químicos; resistente a la acumulación de cal y a la contaminación del intercambiador de calor; resistente a la corrosión; fácilmente transportado, ensamblado, instalado y mantenido; y aprovecha los métodos de fabricación de alta producción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo fotovoltaico integrado enfriado por fluido

Referencia cruzada con solicitudes relacionadas

[0001]La presente solicitud reivindica prioridad frente a la solicitud de patente no provisional de EE. UU. n.° 14/290.517, presentada el 29 de mayo de 2014, que se refiere a la solicitud de patente no provisional de EE.UU. n.° 14/201.652, presentada el 7 de marzo de 2014, que reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE.UU. n.° 61/778.204, presentada el 12 de marzo de 2013. La presente solicitud también reivindica prioridad frente a la solicitud de patente no provisional de EE. UU. n.° 14/725.825, presentada el 29 de mayo de 2015, que es una solicitud de continuación en parte de la solicitud de patente no provisional de EE. UU. n.° 14/290.517, presentada el 29 de mayo de 2014.

Antecedentes de la invención

[0002]La presente invención se refiere a dispositivos y aplicaciones fotovoltaicas. Más específicamente, algunas realizaciones de la presente invención proporcionan un conjunto de módulo fotovoltaico enfriado por fluido.

[0003]Se buscan mecanismos eficientes de conversión de energías renovables para compensar el consumo mundial de combustibles fósiles. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) estima que el uso mundial de energía en 2010 será de 150 trillones de kilovatios-hora, lo que representa aproximadamente el 0,02 % de la energía solar mundial anual. Esto ilustra que la energía solar tiene el potencial de suministrar toda la energía del mundo con tecnologías efectivas de conversión y almacenamiento de energía solar. El crudo, el carbón y el gas natural siguen siendo las principales fuentes de energía utilizadas en el mundo, lo que presenta una oportunidad para que nuevas tecnologías y estrategias permitan que la energía solar se vuelva práctica y competitiva respecto a costes.

[0004]Los módulos fotovoltaicos (FV) convierten la radiación solar en electricidad utilizando semiconductores que presentan el efecto fotovoltaico. Las inversiones considerables en diseño y fabricación de módulos fotovoltaicos están reduciendo los costes de los sistemas fotovoltaicos. La eficiencia de los módulos fotovoltaicos sigue siendo relativamente baja, inferior al 25 % y, normalmente, por debajo del 18 %. La eficiencia de los módulos fotovoltaicos se reduce aún más a medida que aumenta la temperatura debido a que se calientan al sol. Esta reducción de la eficiencia aparece en las hojas de especificaciones del producto en forma de coeficiente de temperatura.

[0005]Los colectores solares térmicos (ST) convierten la radiación solar en calor utilizando superficies absorbentes y técnicas de mitigación de la pérdida de calor. Gracias a las altas eficiencias que pueden sobrepasar el 90 %, la energía solar térmica representa una mayor capacidad de energía renovable en todo el mundo que la fotovoltaica. Los colectores solares térmicos presentan altas eficiencias de conversión cuando se mantienen a temperaturas frías. Esto se consigue utilizando colectores solares térmicos para distintas aplicaciones en las que se calienta agua fría, como en piscinas, precalentamiento de agua potable y procesamiento comercial/industrial. Las eficiencias dependen en gran medida de las variables ambientales y la temperatura del fluido. Los colectores solares térmicos de polímero no acristalados tienen ventajas como el coste reducido, la facilidad de fabricación en diferentes tamaños, su ligereza, toleran condiciones de congelación, son resistentes a desinfectantes de agua y otros productos químicos; resistentes a la acumulación de cal y a las impurezas del intercambiador de calor; resistentes a la corrosión; fácilmente transportables y resistentes a la radiación ultravioleta.

[0006]Ha habido muchos tipos de dispositivos y métodos fotovoltaicos. Lamentablemente, han sido inadecuados para ciertas aplicaciones. La técnica anterior reivindica el rendimiento mejorado de la energía solar térmica y fotovoltaica combinada, pero no ha conseguido crear una combinación funcional, práctica y eficiente. Por lo tanto, se desea disponer de dispositivos y métodos fotovoltaicos mejorados.

Un enfoque para combinar un intercambiador de calor con un módulo fotovoltaico incluye exponer una superficie posterior de un módulo solar directamente a un fluido de intercambio de calor. En tal dispositivo, hay montada una placa moldeada con canales de fluido directamente sobre la superficie posterior de un panel fotovoltaico y que está sellada lo suficiente como para evitar fugas. Este enfoque se describe en el documento WO 2009/046352. Debido a que el fluido puede dañar el panel FV, se debe tener cuidado para garantizar que dicho módulo permanezca sellado en una amplia gama de condiciones medioambientales, lo que requiere costes y complejidad sustanciales. Dichos dispositivos deben ensamblarse en condiciones controladas, normalmente en una fábrica, y no son aptos para que los propietarios de las viviendas sean quienes los ensamblen o realicen su mantenimiento.

Breve sumario de la invención

[0007]La presente invención se refiere a dispositivos y aplicaciones fotovoltaicas. La presente invención se define en la reivindicación independiente a la que se hará referencia. Las características ventajosas se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas. Combinando tecnologías fotovoltaicas y solares térmicas, la producción de energía puede ser de tres a cinco veces mayor que la de un módulo fotovoltaico solo, junto con muchos otros beneficios. La presente invención describe una combinación exitosa de un módulo fotovoltaico y un intercambiador de calor de polímero que presenta una mayor producción eléctrica así como calor utilizable, aumentando sustancialmente la utilización de la energía solar disponible. Las realizaciones o ejemplos de la siguiente descripción que no se incluyen en las reivindicaciones adjuntas no se consideran parte de la presente invención según esta descripción.

[0008]El conjunto del módulo fotovoltaico enfriado por fluido comprende un módulo fotovoltaico de vidrio enmarcado, un intercambiador de calor de polímero anidado detrás del módulo fotovoltaico, una estructura posterior, tal como una placa posterior de polímero que soporta el intercambiador de calor de polímero y los accesorios de montaje o un par de estructuras de cabezal y una pluralidad de estructuras de larguero. El conjunto se monta sobre un sistema de rieles para configuraciones de techo o armario. El intercambiador de calor de polímero y la estructura posterior están anidados detrás del módulo fotovoltaico dentro de su marco. La placa de tubos del intercambiador de calor de polímero se presiona contra la parte posterior del módulo fotovoltaico, lo que permite un contacto térmico efectivo. El marco proporciona estructura para el conjunto.

[0009]El conjunto rígido y los accesorios de montaje fotovoltaico diseñados disponibles hacen posible una alta resistencia a la carga del viento, un montaje elevado desde la plataforma de techo, la capacidad de unir colectores solares a miembros estructurales, penetraciones mínimas en el techo y evitar la acumulación de residuos. Esta es una mejora significativa en comparación con el moderno montaje de colectores solares de polímero no acristalados, que por lo general presenta sustancialmente más penetraciones en el techo, sitúa el colector solar directamente sobre la plataforma del techo y requiere una estructura de soporte rígida separada cuando se eleva del techo o sobre un armario en el suelo. La invención permite que los módulos fotovoltaicos y los colectores solares térmicos compartan la mejor ubicación de montaje disponible, tal como un techo orientado al sur. Esto reduce aún más las etapas de montaje en comparación con el montaje de módulos fotovoltaicos y colectores solares térmicos en ubicaciones diferentes.

[0010]El conjunto tiene la ventaja de adaptarse fácilmente y ser compatible con varios módulos fotovoltaicos. El módulo fotovoltaico puede ser de cualquier tamaño y tipo, tal como silicio monocristalino, silicio policristalino, silicio amorfo, telururo de cadmio y seleniuro/sulfuro de cobre, indio y galio. Así, se aprovecha la evolución de la eficiencia de costes en el mercado de los módulos fotovoltaicos, por ejemplo, con marcos de bajo coste, vidrio, celdas fotovoltaicas, encapsulantes y placas posteriores interiores; procesos de ensamblaje automatizados; instalaciones de fabricación de última generación; optimizaciones de materiales; y componentes diseñados. Al adaptarse a los módulos fotovoltaicos estándar y líderes del mercado, este conjunto aprovecha también el equilibrio eléctrico, mecánico y estructural de la eficiencia de costes del sistema.

[0011]Cuando no se modifique el módulo fotovoltaico, se pueden mantener los listados y certificaciones existentes. En realizaciones alternativas, el módulo fotovoltaico se puede modificar o personalizar alrededor del intercambiador de calor de polímero. El intercambiador de calor, la estructura posterior y los perfiles de cierre no son metálicos y, por lo tanto, no repercuten en términos de electricidad o conexión a tierra del módulo fotovoltaico, como cortocircuitos o fallas a tierra. Se pueden mantener evaluaciones estructurales del módulo FV y del sistema de montaje. La orientación de montaje del módulo fotovoltaico puede ser vertical u horizontal para no limitar las opciones de montaje (es decir, techos con poca pendiente, monturas de lastre, armarios a tierra, etc.)

[0012]El enfriamiento puede prolongar la vida útil del módulo fotovoltaico y de sus componentes sensibles al calor, como la caja de empalme con diodos o posiblemente un microinversor u optimizador de energía. Se necesitan módulos y celdas de alta calidad para evitar el sobrecalentamiento de las celdas y los puntos calientes inducidos por microfisuras. En este caso, las temperaturas del módulo fotovoltaico y de los intercambiadores de calor que utilizan polímeros básicos coinciden bien. Para utilizar módulos de menor calidad o módulos con sensibilidades de puntos calientes, se puede utilizar un polímero de temperatura diseñado para el intercambiador de calor de polímero.

[0013]El intercambiador de calor de polímero es el típico de un colector solar de polímero no acristalado utilizado en sistemas solares de precalentamiento de agua potable y calentamiento de piscinas. Este comprende una placa de tubos de polímero para exteriores que rellena el área detrás de las celdas del módulo fotovoltaico, lo que permite un enfriamiento efectivo y uniforme de todas las celdas fotovoltaicas. En la técnica anterior, por ejemplo, el documento WO 2009061495 A1, no todas las celdas se enfrían uniformemente, lo que limita la mejora eléctrica en la celda más caliente de cada cadena de celdas. La placa de tubos está conectada a colectores por dos lados. Los colectores tienen conexiones que les permiten compartir tuberías para permitir el flujo de fluido paralelo a través de filas de paneles debajo de los módulos fotovoltaicos. Las conexiones de polímero permiten una fontanería, reparación y sustitución simples aprovechando accesorios modernos tipo PEX (empuje, engastado, ensanchamiento, etc.), conexiones de lengüeta/manguera/abrazadera (típicas de los colectores solares para piscinas), tipo junta y junta tórica, y conexiones soldadas por fusión. El proceso de fabricación del intercambiador de calor de polímero permite configurarlo fácilmente para varios tamaños de módulos fotovoltaicos. El intercambiador de calor de polímero tiene la ventaja de ser rentable con una gran área de transferencia de calor, su facilidad de fabricación en diferentes tamaños, su ligereza, tolera condiciones de congelación, es resistente a desinfectantes de agua y otros productos químicos; resistente a la acumulación de cal y a las impurezas del intercambiador de calor; resistente a la corrosión; fácilmente transportable y resistente a la radiación ultravioleta.

[0014]El rendimiento de la transferencia de calor no está limitado por la baja conductividad térmica del polímero debido al flujo solar relativamente bajo disponible y a la gran área superficial del intercambiador de calor de polímero. El peso ligero del conjunto permite el montaje en la mayoría de los techos comerciales/industriales que tienen un peso limitado.

[0015]La placa posterior de polímero tiene una altura que es ligeramente mayor que la distancia entre la parte posterior del marco y la parte posterior de la placa de tubos cuando se presiona contra la parte posterior del módulo fotovoltaico. El diseño de la placa posterior garantiza que el intercambiador de calor de polímero mantenga un contacto uniforme y directo con la parte posterior del módulo fotovoltaico para que exista una transferencia térmica efectiva. El uso de una placa posterior termoestable mantiene una fuerza de compresión uniforme durante la vida útil del producto, ya que las fuerzas del resorte se encuentran dentro del límite elástico y no se someten a deflexión térmica ni fluencia. La placa posterior no tiene bordes ásperos que puedan desgastar el intercambiador de calor de polímero ni tiene piezas de cierre o molduras para cubrir los bordes ásperos. Cuando se monta en el sistema de rieles, el conjunto está sujeto y la placa de tubos está firmemente presionada contra la parte posterior del módulo fotovoltaico, aunque no tan fuerte como para dañar la placa posterior o el módulo fotovoltaico. La técnica anterior ha buscado conseguir una interfaz térmica entre un módulo fotovoltaico y un intercambiador de calor de polímero sin éxito debido a la delaminación inducida por expansión/contracción térmica mediante el uso de adhesivos en el caso del documento US 6675580 B2. La presente invención elimina la necesidad de emplear cualquier material de interfaz secundario entre el módulo fotovoltaico y el intercambiador de calor. Los dos se ponen en contacto mecánico directo. El método de anidar el intercambiador de calor de polímero dentro del módulo fotovoltaico evita problemas de expansión diferencial, fluencia, pandeo, adherencia y facilidad general del ensamblaje, mantenimiento y desmontaje. El intercambiador de calor de polímero está limitado por la parte superior del conjunto y se permite que la placa de tubos y el colector inferior se expandan y contraigan libremente dentro de la estructura de marco rígido. El material blando de la placa de tubos elimina cualquier posible desgaste por abrasión en la parte posterior del módulo fotovoltaico. Algunos módulos fotovoltaicos tienen placas posteriores de vidrio que mitigan aún más la posible abrasión.

[0016]El sistema fotovoltaico enfriado incluye un sistema eléctrico fotovoltaico habitual junto con un sistema solar térmico típico. El fluido circula mediante una bomba a través de intercambiadores de calor de polímero anidados en los módulos fotovoltaicos y a través de una carga que requiere calor. Las aplicaciones habituales incluyen el suministro de electricidad solar para calentar piscinas, agua potable para los hogares, apartamentos, hoteles/moteles, residencias de ancianos, lavanderías, calentamiento de procesos, calefacción comercial e industrial. Las ventajas como calentador solar para piscinas incluyen permitir que las bombas de la piscina funcionen durante las costosas horas pico de los servicios públicos que generalmente coinciden con las horas del día. Esto permite utilizar bombas de piscina para hacer circular el agua de la piscina a través de los colectores solares durante el día a un menor coste. Resulta particularmente ventajoso para calentar piscinas debido a la compatibilidad del polímero con los productos químicos desinfectantes para piscinas, a diferencia de los metales básicos. El conjunto también se puede configurar en un sistema con bomba de calor, que puede utilizar la electricidad para contribuir al funcionamiento del compresor y el calor de baja temperatura para crear calor de mayor temperatura.

[0017]La producción combinada de electricidad y calor de un módulo fotovoltaico enfriado puede producir de 2 a 4 veces más energía que un módulo fotovoltaico normal. La producción eléctrica del módulo fotovoltaico enfriado puede aumentar más de un 20 % según las pruebas de estancamiento del módulo fotovoltaico y los coeficientes de temperatura publicados del módulo fotovoltaico. Teniendo en cuenta que el módulo fotovoltaico de vidrio enmarcado actúa como un recinto colector acristalado para el intercambiador de calor de polímero, también permite un mayor rendimiento térmico en comparación con los colectores solares de polímero no acristalados en condiciones de viento.

[0018]Gracias a la presente invención se consiguen muchos beneficios en comparación con realizaciones y técnicas convencionales. Estas implementaciones proporcionan varios medios para mantener o mejorar la eficiencia y fiabilidad de la conversión fotovoltaica, que se pueden adaptar según los diversos requisitos de aplicaciones específicas. Se pueden comprender mejor la naturaleza y las ventajas de la presente invención haciendo referencia a las últimas partes de la memoria descriptiva y a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

[0019]Los siguientes diagramas son meros ejemplos, lo cual no debe limitar indebidamente el alcance de las reivindicaciones del presente documento. Una persona experta en la materia reconocería muchas otras variantes, modificaciones y alternativas. También se entiende que los ejemplos y realizaciones descritos en el presente documento tienen únicamente fines ilustrativos y que las personas expertas en la materia se plantearán diversas modificaciones o cambios a la luz de los mismos, que se incluirán dentro del espíritu y ámbito de este proceso.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista despiezada de un conjunto según una realización de la presente invención.

Las figuras 3, 4 y 5 son varias vistas alternativas del conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 6 ilustra los datos de un módulo fotovoltaico según una realización de la presente invención.

La figura 7 ilustra los datos de un módulo térmico según una realización de la presente invención.

La figura 8 es una placa posterior según una realización de la presente invención.

La figura 9 es una vista en sección transversal del presente conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 10 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura de un módulo solar térmico según una realización de la presente invención.

La figura 11 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura de un módulo fotovoltaico según una realización de la presente invención.

La figura 12 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura para un módulo fotovoltaico enfriado en un conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 13 es una vista en perspectiva de un conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 14 es una vista despiezada de un conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 15 es una vista esquemática de los componentes de soporte del conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 16 es una vista esquemática de una estructura de larguero según una realización de la presente invención.

La figura 17 es una vista despiezada de un conjunto según una realización de la presente invención.

Las figuras 18 y 19 son varias vistas alternativas de un conjunto según una realización de la presente invención.

La figura 20 es una vista en perspectiva de un conector de colector según una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

[0020]La presente invención se refiere a dispositivos y aplicaciones fotovoltaicas. Más específicamente, algunas realizaciones de la presente invención proporcionan un conjunto de módulo fotovoltaico enfriado por fluido. Combinando tecnologías fotovoltaicas y solares térmicas, la producción de energía puede ser de tres a cinco veces mayor que la de un módulo fotovoltaico solo, junto con muchos otros beneficios. La presente invención describe una combinación exitosa de un módulo fotovoltaico y un intercambiador de calor de polímero que presenta una mayor producción eléctrica así como calor utilizable, aumentando sustancialmente la utilización de la energía solar disponible.

[0021]La siguiente descripción se presenta para permitir que una persona experta en la materia realice y utilice la invención y la incorpore en el contexto de aplicaciones específicas. Varias modificaciones, así como una variedad de usos en diferentes aplicaciones, resultarán fácilmente evidentes para las personas expertas en la materia, y los principios generales definidos en el presente documento se pueden aplicar a una amplia gama de realizaciones. Por tanto, la presente invención no pretende limitarse a las realizaciones presentadas, sino que viene determinada por el alcance más amplio coherente con el principio y las características novedosas divulgados en el presente documento.

[0022]En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de la presente invención. Sin embargo, será evidente para las personas expertas en la materia que la presente invención puede ponerse en práctica sin estar limitada necesariamente por estos detalles específicos. En otros casos, las estructuras y dispositivos conocidos se muestran en forma de diagrama de bloques, en lugar de en detalle, para no complicar la presente invención.

[0023]La atención del lector debe dirigirse a todos los artículos y documentos que se presentan simultáneamente con esta memoria descriptiva y que están abiertos a inspección pública junto con esta memoria, incorporándose el contenido de todos esos artículos y documentos aquí como referencia. Todas las características divulgadas en esta memoria descriptiva (incluyendo cualquier reivindicación adjunta, resumen y dibujos) pueden sustituirse por características alternativas que tengan el mismo objetivo equivalente o similar, salvo que expresamente se indique lo contrario. Por tanto, salvo que expresamente se indique lo contrario, cada característica divulgada es solo un ejemplo de una serie genérica de características equivalentes o similares.

[0024]Téngase en cuenta que, si se emplean, las etiquetas izquierdo/a, derecho/a, delantero/a, posterior, superior, inferior, hacia delante, hacia atrás, en sentido dextrógiro y levógiro se utilizan únicamente por motivos de comodidad y no pretenden implicar ninguna dirección fija en concreto. En su lugar, se utilizan para reflejar las ubicaciones y/o direcciones relativas entre varias partes de un objeto.

[0025]En la figura 1 se muestra un conjunto con módulo fotovoltaico1,una conexión de fluido superior2,una conexión de fluido inferior3y los accesorios de montaje4. Una vista despiezada del conjunto en la figura 2 muestra un intercambiador de calor de polímero5con placa posterior de soporte6,unos perfiles de cierre7,tornillos8y una sujeción del cabezal superior9anidados debajo de un módulo fotovoltaico de vidrio enmarcado10.El marco proporciona estructura para el conjunto. El conjunto se monta sobre rieles11y se asegura con sujeciones para riel12en configuraciones de techo o armario, que presionan la placa de tubos del intercambiador de calor de polímero contra la parte posterior del módulo fotovoltaico. El intercambiador de calor de polímero se puede montar en orientación vertical u horizontal. Los componentes se pueden ensamblar en fábrica, almacenes, lugar de trabajo, suelo o en la posición de montaje final. Los componentes se pueden configurar en un kit de enfriamiento de módulos fotovoltaicos que se envía a otros (es decir, a los fabricantes, distribuidores, contratistas, etc.) para poder integrarlos en sus módulos fotovoltaicos. Las secciones transversales del conjunto se muestran en la figura 3, figura 4 y figura 5.

[0026]El módulo fotovoltaico, mostrado en la figura 6, es un tipo de vidrio enmarcado de silicio cristalino de 60 celdas, 72 celdas, 96 celdas o 128 celdas que representa la mayoría de los módulos fotovoltaicos actualmente fabricados y vendidos en todo el mundo. Cuando se utilizan módulos fotovoltaicos ya existentes, no se modifican, lo que permite conservar sus listados y certificaciones vigentes. El vidrio del módulo solar fotovoltaico proporciona una superficie firme y plana que presiona el intercambiador de calor de polímero. El vidrio del módulo fotovoltaico y el compuesto fino de celdas, encapsulante y placa de película son conductores térmicos moderados y favorecen la transferencia de calor. En determinadas condiciones, el vidrio del módulo FV puede actuar como vía conductora para que el calor se transfiera uniformemente al intercambiador de calor, incluyendo el área encima de la caja de empalme donde el intercambiador de calor no está en contacto.

[0027]En realizaciones alternativas, el módulo fotovoltaico puede modificarse para alojar el colector de varias maneras, mover la caja de empalme para permitir que el intercambiador de calor esté en contacto directo con el área sobre la ubicación de la caja de empalme u otras mejoras modificadas. El módulo fotovoltaico también puede tener dos capas de vidrio, o no tener marco y/o utilizar una placa delantera sin vidrio. En la versión sin marco, se puede utilizar un intercambiador de calor de polímero con baja expansión térmica para permitir soluciones de interfaz alternativas. Cuando el módulo fotovoltaico tiene dos capas de vidrio, se puede omitir una placa posterior opaca, lo que permite que la luz del sol brille directamente sobre el intercambiador de calor de polímero. Esto puede aumentar aún más el rendimiento térmico. Cuando la placa posterior es opaca, puede ser de varios colores, como negro o blanco. Una placa posterior y un marco negros pueden producir más calor debido a su color oscuro absorbente. El módulo fotovoltaico puede tener celdas de silicio cristalino de contacto delantero o posterior, pero también una fina película con celdas, por ejemplo, de telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y silicio amorfo (a-Si). El módulo fotovoltaico también puede incluir un microinversor u optimizador de energía que puede ser enfriado por el intercambiador de calor de polímero para aumentar el rendimiento y prolongar la vida útil del diseño. Se pueden cortar ranuras en el marco del módulo fotovoltaico para pasar el colector o las conexiones. La caja de empalme se puede reubicar debajo o fuera del marco para permitir que el intercambiador de calor de polímero entre en contacto directamente con la parte posterior de las celdas encima de la caja de empalme, así como para eliminar modificaciones del intercambiador de calor de polímero, como hendiduras en la placa de tubos para la caja de empalme y los cables.

[0028]Los colectores solares térmicos de polímero no acristalados representan más del 90 % de la capacidad solar térmica en los Estados Unidos (fuente: IEA 2012), en gran medida, gracias a la labor de la FAFCO, INC., descrita por primera vez en la patente estadounidense n.° 3934323,"Solar heat exchange panel and method of fabrication",de cesión común, y por la presente incorporada como referencia en el presente documento.

[0029]El intercambiador de calor de polímero, mostrado en la figura 7, comprende de 100 a 300 tubos de pequeño diámetro en paralelo en una placa sólida con diámetros de 0,3175 cm a 0,9525 cm (1/8" a 3/8"), casi coincidiendo las dimensiones generales de la placa con las dimensiones interiores de un módulo FV enmarcado (99,1 cm /- 7,6 cm (39 /- 3" ) x 167,6 cm /- 7,6 cm (66"' /- 3") en módulos de 60 celdas, 99,1 cm /- 7,6 cm (39 /- 3" ) x 198,1 cm /- 7,6 cm (78" /- 3") en módulos de 72 celdas, 106,7 cm /- 7,6 cm (42 /- 3" ) x 157,5 cm /- 7,6 cm (62" /- 3") en módulos de 96 celdas, y 99,1 cm /- 7,6 cm (39 /- 3") x 205,7 cm /- 7,6 cm (81" /- 3") en módulos de 128 celdas) y colectores con diámetros de 1,27 cm a 5,08 cm ( ^ " a 2") que tienen conexiones en cada extremo que facilitan el acoplamiento de intercambiadores de calor. Los colectores están situados de manera que quedan por debajo de la placa de tubos. La placa de tubos se extiende cerca de las esquinas interiores del módulo FV, donde tiene un ligero radio. Los dos cables del módulo fotovoltaico se extienden desde la caja de empalme a través de dos hendiduras de la placa de tubos. La placa de tubos se presiona contra la parte posterior del módulo fotovoltaico alrededor del perímetro de la caja de empalme, así como detrás de la caja de empalme. El intercambiador de calor se puede extraer o apartar fácilmente para acceder a la caja de empalme. En realizaciones alternativas, el intercambiador de calor de polímero puede tener tubos paralelos, tubos y aletas o refuerzos separados, tener uno o más tubos en serpentín o ser una placa de película fina con un tubo integral y canales de flujo colectores. En la realización de película fina, la placa se puede distribuir fácilmente alrededor de la caja de empalme, pero requiere una placa posterior estructuralmente mejorada cuando se emplea en aplicaciones que transmiten una presión de fluido moderada. El intercambiador de calor de polímero también puede presentar una placa posterior integral, tal como un perfil acanalado que tenga integridad estructural. También se pueden utilizar materiales conductores para mejorar el rendimiento térmico.

[0030] La configuración de placa de tubos y colector del intercambiador de calor de polímero le permite trabajar con presión elevada corrigiendo la presión a través del esfuerzo tangencial. Esto evita el refuerzo estructural que sería necesario en diseños de intercambiadores de calor que no pudieran soportar alta presión, como los diseños de tipo vejiga. La configuración de tubos paralelos del intercambiador de calor de polímero permite que el fluido circule a un alto caudal con poca reducción de la caída de presión. Hacer circular el fluido a caudales más altos permite mayores eficiencias al mantener una temperatura promedio más baja del conjunto del panel solar, al mismo tiempo que se garantiza un flujo uniforme en todos los módulos. La placa de tubos con tubos de pequeño diámetro tiene pequeños valles entre los tubos. El grosor de los tubos se minimiza para mejorar la transferencia de calor, aunque es suficiente para mantener un esfuerzo tangencial adecuado con un factor de seguridad que depende de la aplicación. Se utiliza un polímero básico como polietileno o polipropileno, que puede cumplir con todos los requisitos del material. En realizaciones alternativas, el intercambiador de calor de polímero se puede distribuir alrededor de la caja de empalme del módulo fotovoltaico. El colector se puede distribuir alrededor o debajo de la caja de empalme. Se pueden utilizar varias configuraciones de colectores, tuberías y de placa de tubos, tal como un cabezal soldado debajo de la placa de tubos o colectores con forma de D, forma de U o forma de Z.

[0031] La placa posterior, mostrada en la figura 8, es un polímero termoestable corrugado (es decir, policarbonato o FRP) con una altura ligeramente mayor que la distancia entre la parte posterior del marco y la parte posterior de la placa de tubos cuando se presiona contra la parte posterior del módulo FV. Las corrugaciones están separadas aproximadamente por 2,54 cm (1 pulgada). La placa posterior corrugada actúa como un resorte que conserva su forma porque está hecha de termoestable y la deformación está dentro de su límite elástico. Se aprietan los perfiles de cierre de polímero extrudido en cada extremo de la placa corrugada (es decir, con tornillos) a través de los valles de la placa corrugada, lejos del contacto con la placa de tubos del intercambiador de calor. Cuando se monta en el sistema de rieles, el conjunto está sujeto y la placa de tubos está firmemente presionada contra la parte posterior de la placa posterior FV, pero no tan fuerte como para dañar la placa posterior o el módulo FV. En realizaciones alternativas, la placa posterior se puede aislar, puede ser un tablero aislante, puede ser metálica, pueden ser nervaduras separadas, utilizar un perfil estriado o estar reforzada con materiales conductores. En una versión sin rieles de montaje que utiliza un sistema de montaje sin rieles, la placa posterior estructural puede ser un soporte suficiente.

[0032] La figura 9 es una vista en sección transversal del presente conjunto según una realización de la presente invención. Este diagrama es simplemente un ejemplo, lo cual no debe limitar indebidamente el alcance de las reivindicaciones del presente documento. Como se muestra, el conjunto incluye el módulo fotovoltaico 13, un módulo solar térmico, que incluye la pluralidad de tubos, y una placa posterior 15. Como se muestra, la región superior de los módulos fotovoltaicos está directamente en contacto con el módulo solar térmico para extraer calor del módulo fotovoltaico y enviarlo al módulo solar térmico para facilitar el calentamiento del fluido en su interior.

[0033] La transferencia de calor efectiva entre el módulo fotovoltaico y el intercambiador de calor de polímero depende del contacto directo entre la superficie posterior del módulo fotovoltaico y la superficie superior del intercambiador de calor de polímero 14. Esto es posible en esta realización con la placa posterior corrugada en forma de resorte que aplica presión constante en la parte posterior del intercambiador de calor de polímero, la gran área de transferencia de calor disponible del intercambiador de calor de polímero, la placa de tubos de pared delgada con polímeros semiconductores básicos (polietileno o polipropileno), el flujo uniforme del intercambiador de calor de polímero, la cobertura completa detrás de las celdas FV y la ligera conductancia térmica del compuesto. Las pruebas han demostrado que la producción de calor del conjunto es comparable a la producción de alta eficiencia de los colectores solares para calentamiento de piscinas no acristalados.

[0034] En un ejemplo, el propio módulo fotovoltaico es sustancialmente flexible, como lo demuestran las pruebas, donde se enrolló en un cilindro de 25,4 cm (diez (10) pulgadas) de diámetro sin ningún daño cuantificable en el rendimiento. El módulo fotovoltaico se puede utilizar eficazmente de forma independiente para generar energía eléctrica, pero no puede producir calor utilizable, lo cual es posible gracias a la combinación con un captador solar térmico. En esta forma flexible, el módulo se puede montar directamente sobre una superficie plana, como un revestimiento de techo, o adaptarse alrededor de una superficie con un diámetro de 25,4 cm (10 pulgadas) o más. Esto permite que el módulo se integre en el techo o en la superficie de montaje.

[0035] La combinación de módulo solar térmico y fotovoltaico también se puede realizar sin marco. En esta configuración, se utiliza un material de interfaz solar térmica-fotovoltaica que limita el coeficiente de expansión térmica de todo el conjunto o permite que se expanda y contraiga dinámicamente de forma repetitiva durante la vida útil del conjunto. En la versión donde el coeficiente de expansión térmica está limitado, no se utiliza ningún material de interfaz.

[0036] Cuando el módulo fotovoltaico tiene marco, se vuelve menos flexible y semirrígido. La ventaja de esta configuración es que permite montar este módulo de gran formato sobre una superficie no plana, como en el material de techo en común (tejas asfálticas, baldosas, armarios, etc.). Elevando el módulo por encima de la superficie del techo, en lugar de montarlo directamente a ras de la superficie del techo, se favorece la durabilidad del material de techo y se evita que el módulo se deforme alrededor de superficies irregulares del material del techo. Se ha demostrado que la integridad de esta versión con marco con sus accesorios de montaje integrados soporta velocidades de viento de hasta 249 km/h (155 mph), aunque puede haber variaciones. La versión con marco se puede utilizar con y sin colector solar térmico.

[0037] En un ejemplo alternativo, la combinación de módulo solar térmico y fotovoltaico también se puede utilizar con seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) u otros tipos de módulos fotovoltaicos sin vidrio. En estas configuraciones, el proceso de fabricación de módulos fotovoltaicos es externo al proceso combinado de producción de módulos solares térmicos y fotovoltaicos. La utilización de módulos fotovoltaicos alternativos permite emplear la combinación de módulo solar térmico y fotovoltaico con cualquier número de módulos fotovoltaicos disponibles en el mercado.

[0038] La figura 10 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura de un módulo solar térmico según una realización de la presente invención. Este diagrama es simplemente un ejemplo, lo cual no debe limitar indebidamente el alcance de las reivindicaciones del presente documento. Como se muestra, la eficiencia, por lo general, aumenta al aumentar la temperatura.

[0039] La figura 11 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura de un módulo fotovoltaico según una realización de la presente invención. Este diagrama es simplemente un ejemplo, lo cual no debe limitar indebidamente el alcance de las reivindicaciones del presente documento. Como se muestra, la eficiencia disminuye, en módulos a base de silicio, con el aumento de la temperatura.

[0040] La figura 12 es un gráfico de eficiencia frente a la temperatura para un módulo fotovoltaico enfriado en un conjunto según una realización de la presente invención. Este diagrama es simplemente un ejemplo, lo cual no debe limitar indebidamente el alcance de las reivindicaciones del presente documento. Como se muestra, la temperatura del módulo fotovoltaico es bastante constante, lo que aumenta la eficiencia general del conjunto.

[0041] En un ejemplo, la invención proporciona un conjunto de módulo fotovoltaico enfriado por fluido. El conjunto dispone de un módulo fotovoltaico que comprende una estructura de marco. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico comprende una pluralidad de celdas a base de silicio o celdas a base de película fina. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico comprende una región de abertura del vidrio y una región posterior. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico es capaz de funcionar como una unidad independiente. En un ejemplo, la región posterior comprende una placa posterior, que está hecha de una placa posterior de vidrio o de polímero o de un material metálico, u otros. En un ejemplo, el conjunto incluye un grosor de material a base de polímero que comprende una pluralidad de tubos que se extienden desde un primer extremo hasta un segundo extremo, un primer colector acoplado a la pluralidad de tubos en el primer extremo para recoger fluido de cada uno de la pluralidad de fluidos, y un segundo colector acoplado a la pluralidad de tubos en el segundo extremo para recoger fluido de cada uno de la pluralidad de fluidos. En un ejemplo, el conjunto tiene una región de interfaz que caracteriza la región posterior y una región de superficie superior del grosor del material a base de polímero. En un ejemplo, la región de interfaz no tiene sustancialmente huecos o espacios y se caracteriza por un perfil de temperatura sustancialmente continuo entre la región posterior y la región de la superficie superior. En un ejemplo, el conjunto tiene un conjunto de montaje configurado para presionar el módulo fotovoltaico sobre el grosor del material a base de polímero de modo que la región de interfaz tenga el perfil de temperatura continuo.

[0042] En un ejemplo, el módulo fotovoltaico no tiene marco. En un ejemplo, el fluido comprende agua u otro líquido. En un ejemplo, el grosor a base de polímero comprende polímeros como polipropileno, polietileno o caucho u otros, En un ejemplo, el grosor del material a base de polímero es una estructura homogénea.

[0043] En un ejemplo, el módulo fotovoltaico no tiene vidrio o está configurado sin marco y tampoco tiene vidrio o en donde el módulo fotovoltaico comprende una placa de vidrio superior acoplada a una placa de vidrio posterior. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico es de color negro, incluida la placa posterior y un mar

de calor. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico tiene la placa posterior de vidrio y una pluralidad de áreas transparentes entre cada una de las células fotovoltaicas, lo que permite que la radiación electromagnética obtenida del sol brille directamente sobre las porciones expuestas de la placa posterior de polímero.

[0044] En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero adaptable a orientaciones de montaje vertical u horizontal. En un ejemplo, el grosor a base de polímero es una placa de tubos con 100-300 tubos paralelos entre sí. En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que tiene uno o más tubos en serpentín. En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero de película fina con canales de flujo de tubo integrales.

[0045] En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que mide 99,1 cm /-7,6 cm (39+/-3") de ancho x 167,6 cm - 7,6 cm (66" - 3") de largo, pensado para un módulo fotovoltaico de 60 celdas de silicio cristalino o en donde el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que mide 99,1 c m /-7,6 cm (39+/-3") de ancho x 198,1 cm+/-7,6 cm (78" /- 3") de largo, pensado para un módulo fotovoltaico de 72 celdas de silicio cristalino o en donde el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que mide 106,7 cm /- 7,6 cm (42 /- 3") de ancho x 157,5 cm /- 7,6 cm (62" /- 3") de largo, pensado para un módulo fotovoltaico de 96 celdas de silicio cristalino. En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que mide 99,1 c m /-7,6 cm (39+/-3") de ancho x 205,7 c m /-7,6 cm (81"+/-3") de largo, pensado para un módulo fotovoltaico de 128 celdas de silicio cristalino. En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero que se distribuye alrededor de la caja de empalme del módulo fotovoltaico.

[0046]En un ejemplo, el conjunto comprende además uno o más elementos conductores para favorecer el enfriamiento de la caja de empalme y del módulo fotovoltaico periférico. En un ejemplo, el conjunto comprende una configuración de montaje optimizada para techos con inclinación baja. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico comprende celdas de contacto delanteras de silicio cristalino. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico comprende celdas de contacto posterior de silicio cristalino. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico es una película fina seleccionada de al menos uno de telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y silicio amorfo (a-Si), o combinaciones de los mismos.

[0047]En un ejemplo, el conjunto que comprende además un microinversor u optimizador está montado en el módulo fotovoltaico. En un ejemplo, el conjunto que comprende además un microinversor u optimizador se enfría por el grosor del material a base de polímero. En un ejemplo, el conjunto que comprende además una caja de empalme fotovoltaica se enfría por un intercambiador de calor de polímero configurado a partir del grosor de material a base de polímero. En un ejemplo, el aparato se ensambla en una fábrica, un almacén, en el suelo del lugar de trabajo o en la posición de montaje final.

[0048]En un ejemplo, el grosor del material polimérico está hecho de un polímero o combinación de polímeros que incluye al menos uno de polietileno, polipropileno o caucho. En un ejemplo, el grosor a base de polímero, el primer colector de calor y el segundo colector están configurados como un intercambiador de calor de polímero configurado como un colector solar de polímero no acristalado, previstos para calentar piscinas y precalentar agua como unidades independientes. En un ejemplo, el módulo fotovoltaico es semitransparente y está configurado con un intercambiador de calor de polímero para aumentar el rendimiento eléctrico mediante la reducción de la temperatura del módulo fotovoltaico, mejorar el rendimiento térmico mediante el uso de radiación solar a través del módulo fotovoltaico semitransparente, y mejorar el rendimiento térmico mediante la reducción del viento y otras pérdidas acristalando efectivamente el intercambiador de calor de polímero.

[0049]Un conjunto alternativo con módulo fotovoltaico16,conexión de fluido superior17y conexión de fluido inferior18se muestra en la figura 13. Una vista despiezada del conjunto en la figura 14 muestra un intercambiador de calor de polímero19entre un módulo fotovoltaico24y una estructura posterior del conjunto que incluye largueros de soporte20,retenedores de cabezal21,clips de extremo de larguero22y soportes de cabezal23.El módulo fotovoltaico puede incluir una pluralidad de celdas a base de silicio o celdas a base de película fina. Este módulo fotovoltaico también puede tener una región delantera FV y una región posterior FV. En una realización específica, un marco rodea el módulo fotovoltaico.

[0050]El intercambiador de calor de polímero1, 5, 19puede ser un módulo colector térmico que incluye un grosor de material a base de polímero que tiene una pluralidad de tubos que se extienden desde un primer extremo hasta un segundo extremo. Este grosor de material a base de polímero puede tener una región delantera del colector y una región posterior del colector. El módulo colector térmico puede incluir un primer colector acoplado a la pluralidad de tubos del primer extremo para recoger fluido de cada uno de la pluralidad de tubos. El módulo colector térmico también puede incluir un segundo colector acoplado a la pluralidad de tubos en el segundo extremo para recoger fluido también de cada uno de la pluralidad de tubos.

[0051]En una realización, una región de interfaz caracteriza la región posterior FV y la región delantera del colector. Esta región de interfaz se caracteriza por un contacto sustancialmente continuo entre la región posterior FV y la región delantera del colector. Esta región de interfaz es similar a la configuración descrita en la figura 9, en la que el intercambiador de calor de polímero está en contacto directo con la parte posterior del módulo fotovoltaico. Sin embargo, se utiliza una estructura posterior en lugar de una placa posterior. Esta estructura posterior está configurada para presionar el grosor del material a base de polímero contra el módulo FV, de manera que la región de interfaz mantenga un contacto sustancialmente continuo.

[0052]La figura 15 es una vista en perspectiva de los componentes de soporte del conjunto 29 según una realización de la presente invención. En una realización, la estructura posterior incluye dos estructuras de cabezal (una para cada colector). Cada una de las estructuras de cabezal puede incluir un par de soportes de cabezal 28 acoplados por uno o más largueros de soporte 25. Uno de estos largueros en la estructura de cabezal puede configurarse con uno o más retenedores de cabezal 26. El par de soportes de cabezal se puede configurar en un primer extremo y un segundo extremo del colector, mientras que el uno o más retenedores de cabezal hacen contacto con las secciones del colector entre el primer y segundo extremos. En una realización específica, los soportes de cabezal están acoplados físicamente al marco del módulo fotovoltaico. Los retenedores de cabezal aseguran también los colectores del colector térmico contra la región posterior FV. Estos soportes de cabezal

[0053] En una realización, la estructura posterior incluye una pluralidad de estructuras de larguero. Las diversas estructuras de larguero están configuradas entre las dos estructuras de cabezal y también están físicamente acopladas al marco. En una realización específica, el módulo FV incluye un marco que tiene un primer lado del marco y un segundo lado del marco. Las diversas estructuras de larguero están acopladas al marco, de manera que el grosor del material polimérico se presione contra el módulo FV, provocando que la región de interfaz mantenga el contacto sustancialmente continuo. Las diversas estructuras de larguero se pueden configurar a intervalos periódicos a lo largo de la región posterior FV.

[0054] La figura 16 es una vista esquemática de una estructura de larguero según una realización de la presente invención. En una realización, cada una de las estructuras de larguero incluye un larguero, un primer soporte de larguero y un segundo soporte de larguero. El larguero tiene un primer extremo, que está acoplado al primer lado del marco por el primer soporte de larguero, y un segundo extremo, que está acoplado al segundo lado del marco por el segundo soporte de larguero. Cada uno de estos soportes de larguero puede incluir un soporte de larguero/extremo de larguero 31 y un retenedor de larguero 30. Igual que con los soportes de cabezal, los soportes de larguero/extremos del larguero están físicamente acoplados al marco, mientras que los retenedores de larguero acoplan los largueros a los soportes de larguero.

[0055] En diversas realizaciones, la estructura posterior que tiene estructuras de cabezal y estructuras de larguero se puede acoplar y extraer fácilmente con el uso de una sola herramienta, como una llave Allen u otra similar. Los largueros pueden estar hechos de aluminio u otros materiales ligeros y resistentes. Otras piezas pueden estar hechas de polímeros tales como nailon o similares. Las realizaciones de la presente invención proporcionan un conjunto de módulo FV enfriado por fluido práctico y comercialmente factible, que es un sistema simple, de bajo coste, fácil de ensamblar/desmontar, fácilmente automatizado, de peso ligero (<4PSF) y logra contacto térmico con presión mínima.

[0056] En una realización, la región delantera FV puede no tener vidrio, incluir una placa delantera de vidrio o similar. La región posterior FV puede incluir una placa posterior de vidrio, una placa posterior de polímero o similar. El módulo fotovoltaico también puede ser un módulo FV sin marco. Así mismo, el conjunto puede incluir dispositivos de conversión de CC a CA habituales de micro inversores, inversores monofásicos, optimizadores o similares (sin limitación). En otros casos, no se utilizan dispositivos de conversión de CC a CA.

[0057] Igual que con el ensamblaje de la figura 1, el intercambiador de calor de polímero se puede montar en orientación vertical u horizontal. Los componentes se pueden ensamblar en fábrica, almacenes, lugar de trabajo, suelo o en la posición de montaje final. Los componentes se pueden configurar en un kit de enfriamiento de módulos fotovoltaicos que se envía a otros (es decir, a los fabricantes, distribuidores, contratistas, etc.) para poder integrarlos en sus módulos fotovoltaicos.

[0058] La figura 17 muestra otra vista despiezada desde el lado opuesto mostrado en la figura 13. Aquí, también se observan detalles adicionales del soporte de cabezal/colector, que pueden incluir una tapa de soporte de cabezal 34 y un soporte de cabezal 33. En una realización, el soporte de colector incluye una montura de colector y una tapa de colector. Las monturas de colector se pueden acoplar al primer lado del marco y al segundo lado del marco del marco FV, como se describió anteriormente. Las tapas de colector se pueden acoplar a las monturas de colector de manera que el primer y segundo extremo de los colectores del módulo de colector térmico 36 se acoplen al marco FV.

[0059] Como se ha descrito previamente, la transferencia de calor efectiva entre el módulo fotovoltaico y el intercambiador de calor de polímero depende del contacto directo entre la superficie posterior del módulo fotovoltaico y la superficie superior del intercambiador de calor de polímero. Esta transferencia de calor efectiva se permite en esta realización con la estructura posterior que aplica presión constante a la parte posterior del intercambiador de calor de polímero. Esta configuración proporciona una gran área de transferencia de calor disponible del intercambiador de calor de polímero, una placa de tubos de pared fina con polímeros básicos semiconductores (polietileno o polipropileno), el flujo uniforme del intercambiador de calor de polímero, la cobertura completa detrás de las celdas FV y la ligera conductancia térmica del compuesto. Las pruebas han demostrado que la producción de calor de este conjunto es comparable a la producción de alta eficiencia de los colectores solares para calentamiento de piscinas no acristalados.

[0060] Las secciones transversales de este conjunto se muestran en la figura 18 y la figura 19. La figura 18 muestra una vista en perspectiva en sección transversal desde el lado del módulo FV del conjunto, mientras que la figura 19 muestra una vista en perspectiva en sección transversal desde el lado de la estructura posterior. En esta figura, se pueden ver las secciones transversales de los largueros distribuidas uniformemente en la región posterior del módulo FV. En una realización específica, el grosor del material a base de polímero se dobla nominalmente 90 grados en el primer extremo y el segundo extremo para mantener sustancialmente la alineación longitudinal del módulo colector térmico. Esta curva de 90 grados se puede ver cerca de la sección transversal del colector, que está en el extremo estrecho de la sección transversal del conjunto.

[0061] Además de los beneficios del contacto cercano entre el módulo FV y el módulo colector térmico, la curvatura de 90 grados de la placa de tubos de polímero también proporciona muchos beneficios. Estos beneficios incluyen facilitar el flujo de fluido de enfriamiento dentro y fuera de los respectivos cabezales/colectores sin modificar el marco<del módulo>F<v>.<Esta construcción también permite el acoplamiento del cabezal al marco de modo que la curvatura de>la placa de tubos absorba el CET (coeficiente de expansión térmica) o reduzca los efectos del CET. Este efecto ayuda a mantener la alineación longitudinal de los cabezales/colectores.

[0062]La figura 20 es una vista en perspectiva de un conector de colector 42 según una realización de la presente invención. Como se muestra, el conector de colector incluye un mecanismo de bloqueo por torsión que tiene un primer extremo de bloqueo 38 y un segundo extremo de bloqueo 39. Estos conectores de colector se pueden configurar en los extremos de los colectores del módulo colector térmico. Este mecanismo de bloqueo por torsión se puede configurar para una inserción y extracción sencillas del conjunto del módulo FV enfriado por fluido. Se pueden proporcionar uno o más anillos de sellado 40, 41 en cada extremo del mecanismo de bloqueo por torsión. Estos anillos de sellado pueden configurarse para mantener sustancialmente la alineación lateral.

[0063]Junto con la curvatura de 90 grados de la placa de tubos que mantiene la alineación del cabezal, estos colectores múltiples facilitan el uso de anillos de sellado para proporcionar sellos interiores para el CET diferencial lateral. El uso de estos anillos de sellado interiores permite el uso de un sello de superficie, que permite que estos conjuntos de módulos FV enfriados por fluido se conecten fácilmente entre sí para su instalación y fácil extracción entre sí para reparaciones y desinstalación. El uso de estas características también facilita caudales relativamente grandes con una contrapresión mínima. En una realización específica, el uso de cabezales doblados nominalmente a 90 grados permite una alineación que se adapta a los sellos que garantizan un funcionamiento sin fugas durante la vida útil del producto (más de 25 años) mientras se mantiene una baja contrapresión.

[0064]En diversas realizaciones, el conjunto del módulo FV enfriado por fluido logra una alta transferencia térmica sin aumentar significativamente la temperatura de estancamiento del módulo fotovoltaico que se describió previamente. Otras realizaciones convencionales intentan lograr una transferencia térmica íntima de calor aislando la parte posterior para crear efectivamente un horno. Este tipo de enfoque es pesado, ocupa espacio, es costoso, pero lo peor de todo, puede reducir sustancialmente el rendimiento del sistema FV. Sin enfriamiento por fluido, este tipo de diseños FV pueden aumentar las temperaturas de estancamiento hasta 30 grados, lo que deteriorará sustancialmente el rendimiento del sistema.

[0065]Diversas realizaciones de ejemplo descritas con referencia a los dibujos adjuntos en las que se han mostrado realizaciones. Este concepto inventivo, sin embargo, puede realizarse de muchas formas diferentes y no debería interpretarse como limitado a las realizaciones expuestas en el presente documento. En cambio, estas realizaciones se proporcionan de modo que la presente divulgación sea global y completa y transmita completamente el alcance del concepto inventivo para las personas expertas en la materia. Los números de referencia similares se refieren a elementos similares en toda esta solicitud.

[0066]Se ha entendido que, aunque los adjetivos primero, segundo, etc. pueden usarse en el presente documento para describir diversos elementos, estos elementos no deberán verse limitados por estos adjetivos. Estos términos solo se usan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría denominarse segundo elemento, y, de manera similar, un segundo elemento podría denominarse primer elemento sin desviarse del alcance del concepto inventivo. Tal y como se utiliza en el presente documento, la conjunción "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.

[0067]Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento como "conectado" o "acoplado" a otro elemento, puede estar conectado o acoplado directamente al otro elemento o puede haber elementos intermedios. Por el contrario, cuando se haga referencia a que un elemento está "conectado directamente" o "acoplado directamente" a otro elemento, no habrá elementos intermedios. Otras palabras usadas para describir la relación entre elementos deben interpretarse de manera similar (por ejemplo, "entre" frente a "directamente entre", "adyacente" frente a "directamente adyacente", etc.).

[0068]La terminología utilizada en el presente documento tiene solo el fin de describir realizaciones específicas y no pretende limitar el concepto inventivo. Tal y como se utiliza en el presente documento, las formas en singular "un", "una" y "el/la" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Debe comprenderse adicionalmente que los términos "comprende", "que comprende", "incluye" y/o "que incluye", cuando se usan en el presente documento, especifican la presencia de características ya mencionadas, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no excluyen la presencia o adición de uno o más de otros elementos.

[0069]A menos que se defina de otro modo, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente una persona experta en la materia a la que pertenece el presente concepto inventivo. Se ha entendido además que los términos, tales como los definidos en los diccionarios de uso común, deben interpretarse de manera coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante, y que no se interpretarán en un sentido idealizado o excesivamente formal, a menos que así se defina expresamente en el presente documento.

[0070]Debe entenderse que la descripción citada anteriormente es un ejemplo de la divulgación y que se pueden realizar modificaciones y cambios en los ejemplos que estén dentro del alcance de la divulgación reivindicada. En un ejemplo, el módulo solar térmico puede ser el colector solar SungrabberTM fabricado por FAFCO Incorporated en Chico, California, aunque pueden ser otros. El colector es una poliolefina altamente estabilizada y especialmente desarrollada con un diseño de canales circulares paralelos. Está sin acristalar, sin aislar y diseñado para aplicaciones de baja temperatura como calentamiento de piscinas, bombas de calor, acuicultura e hidroponía. Por lo tanto, se debe otorgar la interpretación más amplia al alcance de las reivindicaciones adjuntas para incluir todas esas modificaciones y disposiciones similares.

[0071]Si bien lo anterior es una descripción completa de las realizaciones específicas, se pueden utilizar diversas modificaciones y construcciones alternativas. Por lo tanto, la descripción y las ilustraciones anteriores no deben considerarse limitantes del alcance de la presente invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Lista de símbolos de referencia

1 Módulo fotovoltaico

2 Conexión de fluido superior

3 Conexión de fluido inferior

4 Accesorios de montaje

5 Intercambiador de calor de polímero

6 Placa posterior de soporte

7 Perfiles de cierre

8 Tornillos

9 Sujeción del cabezal superior

10 Módulo fotovoltaico

11 Rieles de montaje

12 Sujeciones para riel

13 Módulo fotovoltaico

14 Intercambiador de calor de polímero

15 Placa posterior

16 Módulo fotovoltaico

17 Recogida de fluido superior

18 Conexión de fluido inferior

19 Intercambiador de calor de polímero

20 Larguero de soporte

21 Retenedor de cabezal

22 Clip del extremo del larguero

23 Soporte de cabezal

24 Módulo fotovoltaico

25 Larguero de soporte

26 Retenedor de cabezal

27 Clip del extremo del larguero

28 Soporte de cabezal

29 Componentes de soporte

30 Retenedor de larguero

31 Extremo de larguero

32 Larguero de aluminio

33 Soporte de cabezal

34 Tapa de soporte del cabezal

35 Módulo FV

36 Colector térmico

37 Retenedor de cabezal

38 Primer extremo de bloqueo

39 Segundo extremo de bloqueo

40 Anillo de sellado

41 Anillo de sellado

42 Conector de colector

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de módulo fotovoltaico, FV, enfriado por fluido, comprendiendo el conjunto:

un módulo fotovoltaico, FV, (1, 10, 13, 16, 24) que comprende

una pluralidad de celdas a base de silicio o celdas a base de película fina,

una región delantera FV, y

una región posterior FV;

un módulo colector térmico que comprende

un grosor de material a base de polímero que tiene una pluralidad de tubos que se extienden desde un primer extremo hasta un segundo extremo, teniendo el grosor del material a base de polímero una región delantera del colector y una región posterior del colector,

un primer colector acoplado a la pluralidad de tubos en el primer extremo para recoger fluido de cada uno de la pluralidad de tubos, y

un segundo colector acoplado a la pluralidad de tubos del segundo extremo para recoger fluido de cada uno de la pluralidad de tubos;

una región de interfaz que caracteriza la región posterior FV y la región delantera del colector, estando la región de la interfazcaracterizada porun contacto sustancialmente continuo entre la región posterior FV y la región delantera del colector; y

una estructura posterior configurada para presionar el grosor del material a base de polímero contra el módulo FV, de manera que la región de interfaz mantenga el contacto sustancialmente continuo.

2. El conjunto de la reivindicación 1, en donde la región delantera FV incluye una placa delantera de vidrio o la región delantera FV no tiene vidrio y la región posterior FV incluye una placa posterior de vidrio o una placa posterior de polímero.

3. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el grosor del material a base de polímero se dobla nominalmente 90 grados en el primer extremo y el segundo extremo para mantener sustancialmente la alineación longitudinal del módulo colector térmico.

4. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el módulo FV (1, 10, 13, 16, 24) comprende un marco que tiene un primer lado del marco y un segundo lado del marco; y

en donde la estructura posterior comprende una pluralidad de estructuras de larguero (20, 25) acopladas al marco, estando configuradas las estructuras de larguero para presionar el grosor del material a base de polímero contra el módulo FV (1, 10, 13, 16, 24) de modo que la región de interfaz mantenga el contacto sustancialmente continuo.

5. El conjunto de la reivindicación 4, en donde cada una de las estructuras de larguero comprende

un larguero que tiene un primer extremo de larguero y un segundo extremo de larguero,

un primer soporte de larguero acoplado al primer extremo de larguero y al primer lado del marco, y

un segundo soporte de larguero acoplado al segundo extremo de larguero y al segundo lado del marco.

6. El conjunto de la reivindicación 5, en donde cada uno de los soportes del primer larguero comprende una montura del primer larguero y un retenedor del primer larguero, en donde la primera montura de larguero está acoplada al primer lado del marco y el primer retenedor de larguero acopla el primer extremo de larguero a la primera montura de larguero; y

en donde cada uno de los segundos soportes de larguero comprende una segunda montura de larguero y un segundo retenedor de larguero, en donde la segunda montura de larguero está acoplada al segundo lado del marco y el segundo retenedor de larguero acopla el segundo extremo del larguero a la segunda montura de larguero.

7. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el primer colector comprende un primer extremo del primer colector y un segundo extremo del primer colector y el segundo colector comprende un primer extremo del segundo colector y un segundo extremo del segundo colector; y

comprende además un conector de colector (42) acoplado a cada extremo del primer colector y a cada extremo del segundo colector, en donde cada conector de colector comprende

un mecanismo de bloqueo por torsión que tiene un primer extremo de bloqueo (38) y un segundo extremo de bloqueo (39), estando configurado el mecanismo de bloqueo por torsión para una simple inserción y extracción del conjunto de módulo FV enfriado por fluido, y

uno o más anillos de sellado dispuestos en cada extremo del mecanismo de bloqueo por torsión, estando configurados los uno o más anillos de sellado para mantener sustancialmente la alineación lateral.

8. El conjunto de la reivindicación 1, en donde el módulo FV (1, 10, 13, 16, 24) comprende un marco que tiene un primer lado del marco y un segundo lado del marco,

en donde el primer colector comprende un primer extremo del primer colector y un segundo extremo del primer colector,

en donde el módulo colector térmico comprende un par de primeros soportes de colector, configurados para acoplar el primer colector al marco del módulo FV,

en donde el segundo colector comprende un primer extremo del segundo colector y un segundo extremo del segundo colector, y

en donde el módulo colector térmico comprende un par de soportes del segundo colector, configurados para acoplar el segundo colector al marco del módulo FV.

9. El conjunto de la reivindicación 8, en donde cada uno del par de soportes del primer colector comprende una montura del primer colector y una tapa del primer colector; y en donde cada uno del par de soportes del segundo colector comprende una montura del segundo colector y una tapa del segundo colector.

10. El conjunto de la reivindicación 9, en donde las monturas del primer colector están acopladas al primer lado del marco y al segundo lado del marco, y las tapas del primer colector acoplan el primer y segundo extremos del primer colector a las monturas del primer colector; y

en donde las monturas del segundo colector están acopladas al primer lado del marco y al segundo lado del marco, y las tapas del segundo colector acoplan el primer y segundo extremos del segundo colector a las monturas del segundo colector.

11. El conjunto de la reivindicación 8, en donde la estructura posterior comprende una pluralidad de estructuras de larguero acopladas al marco, estando configuradas las estructuras de larguero para presionar el grosor del material a base de polímero contra el módulo FV (1, 10, 13, 16, 24) de modo que la región de interfaz mantenga el contacto sustancialmente continuo; y en donde cada una de las estructuras de larguero comprende

un larguero que tiene un primer extremo de larguero y un segundo extremo de larguero,

un primer soporte de larguero acoplado al primer extremo de larguero y al primer lado del marco, y

un segundo soporte de larguero acoplado al segundo extremo de larguero y al segundo lado del marco.

12. El conjunto de la reivindicación 11, en donde cada uno de los soportes del primer larguero comprende una montura del primer larguero y un retenedor del primer larguero, en donde la primera montura de larguero está acoplada al primer lado del marco y el primer retenedor de larguero acopla el primer extremo de larguero a la primera montura de larguero; y

en donde cada uno de los segundos soportes de larguero comprende una segunda montura de larguero y un segundo retenedor de larguero, en donde la segunda montura de larguero está acoplada al segundo lado del marco y el segundo retenedor de larguero acopla el segundo extremo del larguero a la segunda montura de larguero.

13. El conjunto de la reivindicación 8, en donde el primer colector comprende un primer extremo del primer colector y un segundo extremo del primer colector y el segundo colector comprende un primer extremo del segundo colector y un segundo extremo del segundo colector; y

comprende además un conector de colector (42) acoplado a cada extremo del primer colector y a cada extremo del segundo colector, en donde cada conector de colector comprende

un mecanismo de bloqueo por torsión que tiene un primer extremo de bloqueo (38) y un segundo extremo de bloqueo (39), estando configurado el mecanismo de bloqueo por torsión para una simple inserción y extracción del conjunto de módulo FV enfriado por fluido, y

uno o más anillos de sellado (40, 41) proporcionados en cada extremo del mecanismo de bloqueo por torsión, estando configurados los uno o más anillos de sellado para mantener sustancialmente la alineación lateral.