MX2008013318A

MX2008013318A - Disposicion de colector solar con superficie reflejante.

Info

Publication number: MX2008013318A
Application number: MX2008013318A
Authority: MX
Inventors: Daniel S Shugar; John Peurach; Matthew Paul Campbell
Original assignee: Sunpower Corp Systems
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2009-01-22
Also published as: EP2022099A2; US20080128015A1; JP2009534856A; WO2007124462A2; CA2650053A1; CN101454900A; IL194825A0; KR20090005386A; AU2007240314A1; WO2007124462A3

Abstract

Se describe un conjunto fotovoltaico (PV) que comprende un conjunto de soporte y primeros y segundos elementos PV montados al conjunto de soporte con un espacio que separa los elementos PV. Los elementos PV son elementos PV bifaciales que tiene superficies PV activas superiores e inferiores que producen energía. El espacio es un espacio transmisor de luz. El conjunto también incluye una superficie reflejante de luz portada por el conjunto de soporte debajo de los elementos fotovoltaicos y espaciada de los elementos PV, de tal manera que la luz que pasa a través del espacio puede ser reflejada sobre la superficie PV inferior de por lo menos uno de los elementos PV.

Description

DISPOSICION DE COLECTOR SOLAR CON SUPERFICIE REFLEJANTE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención es concerniente con la recolección de energía solar y en particular con un conjunto fotovoltaico (PV) que usa elementos PV bifaciales. Las disposiciones fotovoltaicas son usadas para una variedad de propósitos, en los que se incluyen como un sistema de energía interactivo de utilidad, como un suministro de energía para un sitio remoto o sin personal, un suministro de energía de sitio de conmutación de teléfono celular o un suministro de energía de ciudad. Estas dispositivos tienen una capacidad desde unos pocos kilovatios a cientos de kilovatios o más y son instalados más comúnmente en donde hay un área razonablemente plana con exposición al sol durante porciones significativas del día. Un tipo de elemento PV es construido para tener superficies fotovoltaicas productoras de energía superiores e inferiores activas. Estos dispositivos son denominados comúnmente como elementos PV bifaciales o módulos PV bifaciales. De esta manera la luz que choca con las superficies superiores e inferiores del elemento PV pueden ser usadas para crear electricidad, incrementando así la eficiencia del dispositivo.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un ejemplo de un conjunto PV comprende un conjunto de soporte y primeros y segundos elementos PV montados al conjunto de soporte con un espacio que separa los elementos PV. Los elementos PV son elementos PV bifaciales que tienen superficies activas superiores e inferiores que producen energía. El espacio es un espacio transmisor de luz. El conjunto también incluye una superficie reflejante de luz portada por el conjunto de soporte debajo de los elementos PV y espaciados de los elementos PV. En algunos ejemplos, el conjunto incluye un elemento reflejante de luz montado al conjunto de soporte, en donde el elemento reflejante de luz comprende una superficie reflejante de luz. El conjunto de soporte y el elemento reflejante de luz pueden definir una región abierta debajo de los elementos PV. Uno de los problemas con los dispositivos PV bifaciales es que el incremento en desempeño de la superficie active inferior es muy dependiente del método de instalación específico y la orientación. Esto ha impedido la adopción de módulos bifaciales a gran escala. Esta invención hace los beneficios del módulo bifacial independientes de estos factores, proporcionando desempeño fiable que puede ser cuantificado confiablemente para varias aplicaciones. Otros elementos, aspectos y ventajas de la presente invención pueden ser vistos o revisados en las figuras, la descripción detallada y las reivindicaciones que siguen.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en planta superior de un primer ejemplo de un conjunto PV bifacial; La figura 2 es una vista isométrica de una porción del conjunto PV de la figura 1 ; La figura 3 es una vista ampliada de una porción del conjunto PV tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 1 ; La figura 4 es una vista isométrica de un segundo ejemplo de un conjunto PV bifacial; La figura 5 es una vista en sección transversal ampliada de una porción del conjunto de la figura 4 ; La figura 6 es una vista isométrica de un tercer ejemplo de un conjunto PV bifacial en el cual hileras de elementos PV pueden rastrear el sol; La figura 7 es una vista en sección transversal ampliada de una porción del conjunto PV de la figura 6 que muestra una hilera inclinada hacia el sol; La figura 8 es una vista en sección transversal parcial que muestra un motor de velocidad gradual y un árbol pivote ; La figura 9 es una vista isométrica de un cuarto ejemplo de un conjunto PV bifacial con un extremo del bastidor removido para ilustrar el elemento reflejante de luz curvo; La figura 10 es una vista en sección transversal ampliada de una porción del conjunto de la figura 9; La figura 11 es una vista en planta superior de una esquina de un quinto ejemplo de un conjunto PV bifacial en el cual se crean espacios en las esquinas de elementos PV adyacentes y La figura 12 es una vista isométrica parcialmente detallada de una porción del conjunto PV de la figura 11, que muestra elementos reflejantes individuales espaciados debajo de los espacios de esquina.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La siguiente descripción sera comúnmente con referencia a modalidades estructurales y métodos específicos. Se comprenderá que no hay intención de limitar la invención a las modalidadess y métodos revelados específicamente, sino que la invención se puede llevar a la práctica usando otros aspectos, elementos, métodos y modalidades. Se describen modalidades que ilustran la presente invención, no para limitar su alcance que es definido por las reivindicaciones. Aquellos de habilidad ordinaria en el arte reconocerán una variedad de variaciones equivalentes en la descripción que sigue. Los elementos semejantes en varias modalidades son denominados comúnmente con números de referencia semejantes. Las figuras 1-3 ilustran un primer ejemplo de un conjunto PV bifacial 10. El conjunto 10 incluye un conjunto de soporte 12 que comprende un bastidor que se extiende circunferencialmente 14 y primeras y segundas capas transmisoras de luz 16, 18. El conjunto 10 también incluye hileras 20 de elementos PV 22 capturados entre las capas 16, 18. Las hileras 20 están separadas por espacios transmisores de luz 24. El conjunto 10 también incluye un elemento inferior reflejante de luz 26 montado al bastidor 14 para crear una región abierta 28 entre la segunda capa 18 y el elemento 26. El elemento reflejante de luz 26 se extiende debajo de sustancialmente todas las primeras y segundas capas transmisoras de luz 16, 18. La superficie superior 30 del elemento 26 es una superficie reflejante de luz, de tal manera que la luz ejemplificada por la flecha 32 en la figura 3 puede pasar a través de los espacios transmisores de luz 24, ser reflejada de la superficie 30 y sobre la superficie inferior 34 de los elementos PV 22. De esta manera, los elementos PV 22 pueden transformar la energía de luz directamente sobre ambas de sus superficies superiores 36 y sus superficies inferiores 34 para crear un dispositivo más eficiente. El costo de energía de un sistema PV será extensamente afectado por el costo instalado y eficiencia de los conjuntos PV. El costo instalado de un sistema PV será dependiente del costo de los elementos PV, el costo de los otros componentes que componen un conjunto PV, el costo del herramental de montaje, el costo de instalación y una variedad de otros factores. Se deben realizar cambios entre prioridades en competencia. En algunos casos, la prioridad más alta es instalar la capacidad más generadora en un espacio dado. En otros casos, es más importante maximizar la salida de cada conjunto PV. Aún si las restricciones de espacio no son importantes, es todavía usualmente deseable maximizar la salida de los conjuntos PV, de tal manera que el número de conjuntos PV y la cantidad de herramental de montaje requerido sean mantenidos a un mínimo. Para un módulo bifacial, si las restricciones de espacio no son importantes, entonces puede ser benéfico incrementar los espacios entre los elementos PV, de tal manera la luz reflejada sobre la superficie inferior de cada elemento PV sea maximizada. Si el espacio es limitado, entonces la mejor economía puede venir de mantener estos espacios a un mínimo. Por ejemplo, la primera capa transmisora de luz 16 puede ser fabricada de por ejemplo vidro o un laminado de capas de materiales y puede o puede no ser cubierta con o tratada con películas o recubrimientos resistentes a los rasguños o resistentes a la ruptura. La segunda capa 18 puede ser fabricada del mismo material como o de un material diferente de la primera capa 16. Sin embargo, la segunda capa 18 no incluirá comúnmente una película o recubrimiento resistente al rasguño o a la ruptura. En algunos ejemplos, la segunda capa puede ser omitida con la superficie inferior 34 de los elementos PV 22 expuestos directamente a la región abierta 28. El bastidor 14 es comúnmente de aluminio anodinado; otros materiales apropiados pueden ser usados también. El elemento reflejante de luz 26 puede ser fabricado de una variedad de materiales que tienen una superficie superior 30 altamente reflejante de luz, tal como una lámina de metal pulida o una hoja de plástico con una superficie superior metálica. Además, el elemento reflejante de luz 26 puede ser perforado o de otra manera permeable al aire para ayudar a enfriar la región abierta 28 y así los elementos PV 22. Tales orificios pueden estar distribuidos igualmente o pueden ser más numerosos o más grandes en regiones en donde no se espera que tanta luz choque y sea reflejada sobre la superficie inferior 34. En algunos ejemplos, la distancia 33 entre la superficie inferior 34 del elemento PV 22 y la superficie superior reflejante 30 es preferiblemente por lo menos alrededor de la mitad del ancho 35 del elemento PV 22 para una generación mejorada de energía. La distancia 33 entre la superficie inferior 34 del elemento PV y la superficie superior reflejante 30 es más de preferencia aproximadamente igual al ancho 35 del elemento PV 22 para una generación eficiente de energía. En algunos ejemplos, el ancho 35 puede ser muy pequeño, aproximadamente igual al espesor de la segunda capa transmisora de luz 18. Al hacer esto, la superficie inferior 37 de la segunda capa transmisora de luz 18 se puede hacer que sea reflejante, de tal manera que la capa 18 soporta y protege el elemento PV 22 y también actúa como el elemento reflejante de luz. En este ejemplo, el bastido4 14 puede ser fabricado para eliminar esencialmente la región abierta 28 debajo de la segunda capa transmisora de luz 18 o el bastidor 14 puede ser fabricado más grande que lo que sería necesario para proporcionar una región abierta 28 para ayudar a enfriar los elementos PV 22. Las figuras 4 y 5 ilustran un ejemplo adicional de un conjunto de PV bifacial 10. En este ejemplo, las primeras y segundas capas transmisoras de luz 16, 18 están en forma de bandas, de tal manera que cada una tiene su propio conjunto de capas 16, 18 con un espacio abierto 38 entre cada hilera 20. Esta disposición permite que tanto la luz como el aire pasen libremente entre las hileras 20, permitiendo así el flujo de aire a través de espacios abiertos 38 y entre regiones opuestas a las superficies inferior y superior 34, 36 de los elementos PV 22. Esto ayuda a mantener los elementos PV 22 más fríos para ayudar a incrementar la eficiencia de conversión de energía y ayudar a alargar la vida de los elementos de PV 22. Las figuras 6, 7 y 8 ilustran un ejemplo adicional de un conjunto PV bifacial 10 en el cual el ejemplo de las figuras 4 y 5 han sido modificadas de tal manera que cada hilera 20 es instalada en el bastidor 14, de tal manera para permitir que las hileras sigan el sol durante el día. Al final de cada hilera un perno pivote o árbol 40 u otra estructura apropiada es usada para montar pivotadamente la hilera 20 al bastidor 14. El mecanismo impulsor usado para pivotar o inclinar las hileras 20, de tal manera que sigan el sol entre la mañana y tarde puede ser un diseño convencional o no convencional . En un ejemplo, un motor de velocidad gradual separado 42 es montado al árbol pivote 40 en un extremo de cada hilera 20, de tal manera que cada hilera es girada individualmente. La fuerza requerida para hacer pivotar cada hilera 20 puede ser relativamente pequeña, de tal manera que el motor de velocidad gradual 42 puede ser relativamente no caro. Un solo controlador, no mostrado, puede ser usado para controlar el motor de velocidad gradual 42 para cada hilera 20. El controlador puede proporcionar una señal a cada motor de velocidad gradual 42 basado por ejemplo en la hora del día o la posición detectada del sol . La conexión entre el controlador y cada motor de velocidad gradual 42 puede ser una conexión cableada o una conexión inalámbrica. Una conexión inalámbrica sería especialmente ventajosa cuando se usa un solo controlador para controlar los motores de velocidad gradual 42 u otros mecanismos impulsores para un número de conjuntos PV 10. También, un solo mecanismo impulsor puede ser usado para hacer girar por ejemplo todas las hileras 20 de uno o más conjuntos PV 10. Un ejemplo adicional es mostrado en las figuras 9 y 10. En este ejemplo, el elemento reflejante de luz 26 tiene una serie de secciones contorneadas, preferiblemente cóncavas 44 para proporcionar una serie de segmentos de superficie reflejante superior cóncava 46 de la superficie superior 30. Cada segmento de superficie 46 se extiende a lo largo de una hilera 20 de elementos PV 22 y es en general centrado debajo de los elementos PV 22. La forma y tamaño precisos de los segmentos de superficie reflejante 46 y la distancia entre los segmentos de superficie reflejante 46 y la superficie inferior 34 de los elementos PV 22 puede ser optimizada para requerimientos diferentes. Para la mayoría de las aplicaciones, el tamaño óptimo de los elementos PV serpa el tamaño estándar que el fabricante está acostumbrado a fabricar. Otros tamaños requerirán procesamiento adicional que se sumará al costo. Sin embargo, este puede ser un intercambio valioso en algunos casos. La proporción óptima del tamaño del elemento PV al tamaño de la distancia desde la superficie inferior del elemento PV a la superficie reflejante puede ser determinada por medio de modelado o experimentación. Esta proporción más probablemente permanecerá constante, independiente de la aplicación. En el extremo, la distancia entre la superficie inferior y la superficie reflejante se hará muy pequeña, proporcionando un empaque de producto muy compacto, ayudando a minimizar el costo. Con el fin de mantener la proporción óptima, los elementos PV tendrían que ser muy pequeños, lo que incrementaría el costo. El espacio entre los elementos PV variará dependiendo del objetivo global del sistema. Si el objetivo es maximizar la salida de cada elemento PV, el espacio entre los elementos PV se hará más grande con el fin de permitir que más luz llegue a la superficie posterior de cada elemento PV. Si el objetivo es adaptar la mayor capacidad de generación con el espacio más pequeño, entonces los espacios entre los elementos PV se harán muy pequeños. Las figuras 11 y 12 muestran porciones de un conjunto 10 en el cual las hileras 20 de los elementos PV bifaciales 22 están espaciados para tocarse efectivamente entre sí para una densidad de empaque mejorado. Los elementos PV 22 son formados para crear espacios de esquina 50 en donde las cuatro esquinas de elementos PV adyacentes 22 se encuentran. Una cantidad, aunque un tanto limitada de una producción de energía bifacial puede ser obtenida al aplicar los elementos reflejantes 52 a la superficie inferior 37 de la segunda capa transmisora de luz 18 directamente debajo de los espacios de esquina 50. Los elementos reflejantes 52 son preferiblemente del mismo tamaño o un tanto más grandes que los espacios de esquina 50. Alternativamente, toda la superficie inferior 38 puede ser cubierta con material reflejante. En este ejemplo, el bastidor 14 puede ser fabricado para eliminar esencialmente la región abierta 28 debajo de la segunda capa transmisora de luz 18 o el bastidor 14 puede ser fabricado más grande que de lo que sería necesario para proporcionar una región abierta 28 para ayudar a enfriar los elementos PV 22. La descripción anterior puede haber usado términos tales como anterior, posterior, fondo, superior, sobre, debajo, etc. Estos términos son usados para ayudar a entender la invención y no son usados en un sentido limitante. En tanto que la presente invención es revelada por referencia a las modalidades preferidas y ejemplos detallados anteriormente, se comprenderá que estos ejemplos pretenden ser ilustrativos y no limitantes. Se contempla que modificaciones y combinaciones se les presentarán a aquellos experimentados en el arte, tales modificaciones y combinaciones estarán dentro del espíritu de la invención y el alcance de las siguientes reivindicaciones. Cualesquiera y todas las patentes, solicitudes de patente y publicaciones impresas a las que se hace referencia anteriormente son incorporadas en la presente por referencia.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un conjunto fotovoltaico, caracterizado porque comprende : un conjunto de soporte; primeros y segundos elementos fotovoltaicos montados al conjunto de soporte con un espacio que separa los elementos fotovoltaicos ; los elementos fotovoltaicos son elementos fotovoltaicos bifaciales que tienen superficies fotovoltaicos activos superiores e inferiores que producen energía; el espacio es un espacio transmisor de luz y una superficie reflejante de luz portada por el conjunto de soporte debajo de los elementos fotovoltaicos y espaciados de los elementos fotovoltaicos , de tal manera que la luz que pasa a través del espacio puede ser reflejada sobre la superficie fotovoltaica inferior de por lo menos uno de los elementos fotovoltaicos .
2. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un elemento reflejante de luz montado al conjunto de soporte, en donde el elemento reflejante de luz comprende la superficie reflejante de luz.
3. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el conjunto de soporte y el elemento reflejante de luz definen una región abierta debajo de los elementos fotovoltaicos .
4. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el espacio es un área abierta para permitir que el aire fluya desde un primer sitio dentro de la región abierta y opuesta a la superficie fotovoltaica inferior, a través del espacio y a un segundo sitio opuesto a la superficie fotovoltaica superior.
5. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento reflejante de luz es una capa permeable al aire para ayudar a enfriar los elementos fotovoltaicos .
6. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos fotovoltaicos tienen un ancho y la superficie reflejante de luz está espaciada de los elementos fotovoltaicos por una distancia, el ancho es por lo menos aproximadamente la mitad de la distancia.
7. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos fotovoltaicos tienen un ancho y la superficie reflejante de luz está espaciada de los elementos fotovoltaicos por una distancia, el ancho es aproximadamente igual a la distancia.
8. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de soporte comprende un bastidor y una primera capa de soporte transmisora de luz asegurada a y soportada por el bastidor.
9. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el conjunto de soporte comprende una segunda capa de soporte transmisora de luz asegurada a y soportada por el bastidor, los elementos fotovoltaicos situados entre las capas de soporte transmisoras de luz .
10. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la segunda capa de soporte transmisora de luz tiene superficies superiores e inferiores, la superficie superior está de frente a los elementos fotovoltaicos, la superficie inferior comprende la superficie reflejante de luz.
11. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque los elementos fotovoltaicos tienen un ancho y la segunda capa de soporte transmisora de luz tiene un espesor de aproximadamente igual al ancho .
12. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además una disposición de los elementos fotovoltaicos , la disposición de elementos fotovoltaicos tienen lados adyacentes entre sí y regiones de esquina, las regiones de esquina definen una pluralidad de los espacios transmisores de luz.
13. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la superficie reflejante de luz comprende una pluralidad de superficies reflejantes de luz espaciadas.
14. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la capa de soporte transmisora de luz cubre el espacio.
15. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento reflejante de luz es montado al bastidor y se extiende debajo de sustancialmente toda la primera capa de soporte transmisora de luz .
16. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la primera capa de soporte transmisora de luz comprende bandas de la capa de soporte transmisora de luz, espaciadas, paralelas, que tienen extremos montados al bastidor y que portan los elementos fotovoltaicos .
17. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque las bandas de la capa de soporte son montadas no giratoriamente al bastidor.
18. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque las bandas de la capa de soporte son montadas pivotadamente al bastidor y comprenden además medios para hacer pivotar las bandas de la capa de soporte, para permitir que los elementos fotovoltaicos sigan el sol .
19. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento reflejante de luz es en general plano.
20. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento reflejante de luz comprende secciones de superficie contorneadas debajo de los elementos fotovoltaicos .
21. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento reflejante de luz comprende secciones de superficie cóncavas debajo de los elementos fotovoltaicos .
22. Un conjunto fotovoltaico, caracterizado porque comprende : un bastidor de soporte que comprende un bastidor y primeras y segundas capas de soporte transmisores de luz soportadas por el bastidor; primeros y segundos elementos fotovoltaicos montados entre las primeras y segundas capas de soporte transmisoras de luz con un espacio que separa los elementos fotovoltaicos ; los elementos fotovoltaicos son elementos fotovoltaicos bifaciales que tienen superficies fotovoltaicas activas superiores e inferiores que producen energía; el espacio es un espacio transmisor de luz; un elemento reflejante de luz montado al conjunto de soporte para extenderse debajo de por lo menos sustancialmente toda la primera capa de soporte transmisora de luz; el conjunto de soporte y el elemento reflejante de luz definen una región abierta debajo de los elementos fotovoltaicos ; el elemento reflejante de luz es montado debajo del espacio, mediante esto la luz que pasa a través del espacio puede ser reflejada sobre la superficie fotovoltaica inferior de por lo menos uno de los elementos fotovoltaicos ; el elemento reflejante de luz es una capa permeable al aire para ayudar a enfriar los elementos fotovoltaicos .
23. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el espacio es un área abierta para permitir que el aire fluya desde un primer sitio dentro de la región abierta y opuesto a la superficie fotovoltaica inferior, a través del espacio y a un segundo sitio opuesto a la superficie fotovoltaica superior.
24. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque: el conjunto de soporte comprende un bastidor y una primera capa de soporte transmisora de luz soportada por el bastidor; la primera capa de soporte transmisora de luz comprende bandas de la capa de soporte transmisora de luz paralelas, separadas, que tienen extremos montados al bastidor y que portan los elementos fotovoltaicos .
25. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque las bandas de la capa de soporte son montadas no giratoriamente al bastidor.
26. The PV assembly according to claim 24 wherein the support layer strips are pivotally mounted to the frame, and further comprising means for pivoting the support layer strips to permit the PV elements to track the sun.
27. El conjunto fotovoltaico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque las bandas de la capa de soporte son montadas pivotadámente al bastidor y comprenden además medios para hacer pivotar las bandas de la capa de soporte, para permitir que los elementos fotovoltaicos sigan el sol .