MX2009001093A

MX2009001093A - Metodo y equipo para un arreglo de una celda solar y el reflector.

Info

Publication number: MX2009001093A
Application number: MX2009001093A
Authority: MX
Inventors: Daniel Simon
Original assignee: Daniel Simon
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-02-10
Also published as: EP2047518A2; AU2007279354A2; CN102683464B; WO2008016453A2; ES2693278T3; AU2007279354A1; JP2009545877A; CN101496181B; JP2013070069A; US20080047003A1; EP2047518A4; BRPI0714645A2; CN101496181A; EP2047518B1; AU2007279354B2; JP5382189B2; CN102683464A; WO2008016453A3; BRPI0714645B1

Abstract

Un sistema y método de arreglo de una celda solar (3, 6) y reflector (4) para reemplazar una celda solar típica orientada normal a la entrada de luz al interior de un módulo (es decir paralelo a una abertura o placa de cubierta transparente de un módulo). La presente invención en una modalidad preferida usa una celda solar (3) orientada a un ángulo de 45 grados con respecto a la entrada de luz de sol, y una superficie reflejante (4) orientada perpendicular a la celda y a un ángulo de 45 grados con respecto de la entrada de luz solar. La celda solar (3) y el reflector (4) son de la misma longitud y tamaño y forma una configuración de V donde el ángulo entre los laterales en pendiente es de 90 grados. Cualquier luz que caiga normalmente en el arreglo puede incidir la celda sola (3) tanto directamente como después de la reflexión. En otra modalidad, dos reflectores adyacentes (7, 8) pueden ser usados haciendo ángulos de alrededor de 60 grados y alrededor de 30 grados con respecto a la cubierta o abertura (5). Una modalidad alterna puede incluir un segundo reflector (9) adicionado a la base de la celda y reflectores ajustado también a un ángulo de 45 grados aproximado con la cubierta o abertura. El segundo reflector (9) puede correr a lo largo de una fila completa de celdas y primeros pares de reflectores (3, 4) de manera que el primer reflector (4) forma ángulos de 90 grados tanto con las celdas (3) como con el segundo reflector (9).

Description

METODO Y EQUIPO PARA UN ARREGLO DE UNA CELDA SOLAR Y EL REFLECTOR CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención está relacionada en general con los paneles solares y más específicamente a un arreglo mejorado de una celda solar y el reflector en un módulo o panel.

DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Existe un interés significativo en la aplicación comercial de la energía solar. Uno de los principales obstáculos para la amplia difusión del uso de la energía solar es el alto costo de los dispositivos solares, especialmente las celdas fotovoltaicas solares. Esto es a causa de los relativos altos precios de los materiales usados para convertir la energía solar (especialmente relacionado con el material reflector). Es bien conocido en el estado de la técnica el uso de una celda solar para interceptar la "luz del sol y producir energía de naturaleza térmica o eléctrica (o combinación de ambas). Una celda solar generalmente puede significar un receptor o una placa de absorción (para aplicaciones térmicas solares) o una celda fotovoltaica (para aplicaciones eléctrica solares). Las celdas están generalmente unidas o conectadas a otras celdas tanto en paralelo como en serie en un mismo plano, como mosaicos en un piso, y una vez que un número útil de ellos han sido ensamblados, estos son generalmente en lo que es comúnmente llamado módulo.

Un módulo normalmente tiene una cubierta transparente, paralela a y por debajo de, el plano de la celda solar, lo cual permite que la luz de sol entrar en el módulo e impactar las celdas solares. El módulo tendrá frecuentemente lados y una placa trasera que define un alojamiento ajustado cerrado contra los elementos del clima que la hace de escudo de la celda solar contra los elementos.

El estado de la técnica contiene ejemplos de arreglos de las celdas solares en un módulo. Los reflectores son frecuente-mente usados para las regiones entre las celdas solares activas donde la incidencia de la luz solar no produciría energía. Mucho de los arreglos del estado de la técnica asume que las celdas solares están arregladas en un plano único a 90 grados con respecto de la entrada de la luz solar y paralelo a la cubierta transparente, como en la patente estadounidense 6.528.716 y 4.316.448. Dentro de las desventajas que tienen este tipo de arreglos incluye principalmente el ineficiente o desaprovechado uso de materiales caros.

El estado de la técnica contiene ejemplos de otras geometrías más complejas donde una porción significativa de la luz entrante es reflejada de una o más superficies dentro de la celda. Algunos ejemplos de esto se pueden consultar en las patentes es-tadounidenses números 5.538.563, 4.471.763 y 2.904.612. Las desventajas de este tipo de arreglos son geometrías complejas o el requerimiento de sistemas mecánicos de rastreo los cuales se adicionan al costo de los sistemas de manufactura y mantenimiento.

Un reflector y colector solar en una orientación solar es enseñado por Epsy en la patente US 4.120.282. Esta patente '282 esté incorporada en la presente como referencia. Epsy enseña una compleja y variable geometría que depende de la localiza-ción del usuario, cuya producción en masa se dificulta. Además, el arreglo descrito por Epsy no contiene protección para los reflectores o superficie de recolección. El resultado es que una o ambas de estas superficies pueden fácilmente ser dañadas por los elementos del clima.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO La presente invención se relaciona con un método y equipo para alinear una celda y reflecto solar para reemplazar una celda so- lar típica orientada en forma transversal a la entrada de la luz solar al módulo (por ejemplo paralelo a la placa de cubierta transparente o la abertura del módulo). La presente invención en una modalidad preferida usa una celda solar orientada a un ángulo de alrededor de 45 grados con respecto de la entrada de luz solar, y una superficie de reflexión orientada en forma perpendicular a la celda y a un ángulo de. alrededor de 45 grados con respecto a la incidencia de la luz solar. La celda solar y el espejo están a la misma longitud/tamaño y forma una configúración de V donde el ángulo entre los lados en pendiente es de alrededor de 90 grados. Cualquier luz que cae normalmente en el arreglo impactará la celda solar directamente o después de la reflexión. En otra modalidad dos reflectores adyacentes pueden ser usados haciendo un ángulo de entre alrededor de 60 grados a alrededor de 30 grados con respecto de la cubierta o abertura. Una modalidad adicional puede incluir un segundo reflector ubicado en forma perpendicular a la base de la celda y el primer reflector aparejado también a un ángulo de alrededor de 45 grados con la cubierta o apertura.

OBJETIVOS Y VENTAJAS DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene varias ventajas sobre el estado de la técnica, incluyendo pero no limitados a: 1. Un simple arreglo que permite tanto más luz de sol a ser capturada con la misma área de celda solar, o la misma cantidad de luz solar puede ser capturada con una celda solar más pequeña. 2. La mayoría de las practicas del estado de la técnica para la manufactura de módulo puede permanecer con la presente invención, con excepción que un alojamiento del módulo más profundo puede necesitarse, así como una manera para soportar el reflector y la celda solar en su nueva orientación. El cableado o plomería que normalmente se lleva a cabo a lo largo de la superficie posterior de la celda solar, o línea de la celda solar, generalmente no se afecta por la nueva orientación. 3. El reflector y arreglo de celda de la presente invención están protegidos de los elementos y este arreglo puede ser usado con muchos tipos de tecnologías de celdas solares e iluminará uniformemente la superficie de la celda solar. 4. El deflector puede ser diseñado para reflejar solamente el espectro solar que genera electricidad (para una celda solar PV) pero no la porción infrarroja que puede sobrecalentar la celda y reducir su funcionamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un arreglo ante-rior de celdas solares en configuración de mosaico paralelo a una cubierta de módulo.

La figura 2 muestra una vista lateral de un reflector y celda solar a un ángulo de 90 grados entre sí (por debajo del plano de la orientación del estado de la técnica) La figura 3 muestra una vista en perspectiva de múltiples filas de reflectores y celdas (estilo vista de diente) en un módulo.

La figura 4 muestra una vista lateral de reflectores (60 y 30 grados) y una celda solar en ángulo de 45 grados con respecto del plano horizontal de celda original.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un arreglo hecho a partir de la modalidad de la figura 4. La figura 6 muestra vista en ángulo de 45 grados de una modalidad alterna.

La figura 7 muestra una modalidad de la figura 6 con una geo- metría más compleja de celda reflector, con una nueva orientación de celda solar reubicada por un espejo perpendicular más pequeño y celda fija rotada alrededor de 90 grados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un método del estado de la técnica para la manufactura de un panel solar. Un armazón (1) es construido y también soportado o unido a una protección con paneles (2) planos en mosaico conteniendo celdas solares. Los mosaicos pueden tener cubierta a prueba de elementos del clima. Este arreglo no logra una eficiencia óptima en la cantidad de impacto de la luz en la celda.

La figura 2 muestra una vista lateral de una modalidad de la presente invención. Una celda solar (3) es girada a un ángulo de alrededor de 45 grados con respecto de una cubierta (5) de módulo. Un reflector (4), también a un ángulo de alrededor de 45 grados con respecto a una cubierta (5) de módulo se localiza aproximadamente perpendicular a un adyacente a la celda solar (3). El reflector (4) puede ser equivalente en longitud y ancho a la celda solar (3). El reflector (4) y la celda solar (3) forman una configuración de V con la apertura paralela a la cubierta del módulo (5). La luz que entra en el módulo en forma perpendicu- lar a la cubierta (5) del módulo colisionará la celda solar (3) (en un ángulo de 45 grados) directamente o después de reflejada por el reflector (4). La celda solar (3) combinada con el reflector (4) en esta orientación colecta la misma cantidad de energía que una celda 30% más grande orientada en forma paralela a una cubierta de módulo del estado de la técnica como es mostrada en la figura 1.

La figura 3 muestra una vista perimétrica de un módulo solar con una estructura 1 soportando un arreglo completamente poblado con una celda solar (3) y un reflector (4) aparejado, todos a un ángulo de 45 grados con respecto de la cubierta del módulo. Sin embargo, cada reflector (4) es mostrada en forma individual (para claridad), un único reflector extendido puede ser usado extendiéndose a partir de un extremo al otro del módulo en lugar de los nueve reflectores por línea mostrado en la figura 3.

La figura 4 muestra una vista lateral de una modalidad alterna de la presente invención. Aquí, una celda solar (6) puede generalmente ser más larga que las celdas solares mostradas en la figura 3. Esta celda solar (6) está también girada alrededor de 45 grados con respecto de la cubierta del módulo (5). Un primer reflector (7) esta girado a un ángulo de alrededor de 60 grados con respecto a la cubierta (5) del módulo, y un segundo reflector (8) hace un ángulo de alrededor con respecto a la cubierta (5) del módulo. El borde superior del primer reflector (7) es aproximadamente adyacente al borde más bajo del segundo reflector (8). El borde más bajo del primer reflector (7) es adyacente al borde inferior de la celda solar (6) formando un ángulo de alrededor de 105 grados entre el primer reflector (7) y la celda solar (6). La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un arreglo hecho a partir del arreglo de reflectores de celdas solares de la figura 4. La estructura (1) mantiene la celdas solares (6) y las partes de los dos reflectores (7,8). La modalidad alterna de las figuras 4-5 ofrece una geometría alterna que refleja la luz en la celda solar (6) que no puede de otra manera incidir.

Las figuras 6 y 7 muestran una enmienda alterna de la presente invención donde las celdas (3) y el reflector (4) están arreglados como en la figura 2, pero girado 90 grados, e incluyen un extremo lateral del reflector (9). Este arreglo permite una reco-lección mejorada de la luz (una más alta concentración de luz) desde un particular conjunto de ángulos diarios del sol (el arco de la mañana hasta el mediodía), o el arco de media mañana a media tarde, o el arco del mediodía a la tarde) para diferentes orientaciones de la estructura (1). La figura 6 que se mira di- rectamente hacia abajo sobre el reflector (9) adicional, y la figura 7 es una vista en perspectiva. Esta modalidad tiene la ventaja de capturar más luz desde los ángulos diarios del sol. Específicamente, esta modalidad puede capturar el doble de cantidad de luz solar por unidad de superficie con respecto a la del estado de la técnica, pero solamente durante alrededor de la mitad del día. Un panel solar construido de acuerdo con esta modalidad podría prácticamente ser localizada en el este o el oeste enfrente de la porción de construcciones en lugares don-de los paneles del estado de la técnica son imprácticos debido al sombreado diurno.

En todas las modalidades de la presente invención, la superficie reflejante puede opcionalmente ser diseñadas para no reflejar longitudes de onda infra-rojas (calentadoras) de la luz de sol en el interior de la celda solar si así se desea. Esto es especialmente útil si la celda es una celda fotovoltaica que produce tanto menos electricidad tanto más caliente esta está. De esta manera, longitudes de ondas útiles son normalmente dirigidas a la celda, desde los reflectores.

APLICACIÓN INDUSTRIAL La presente invención es particularmente útil para proporcionar energía solar en la forma de electricidad o de fluido caliente uso de autoconsumo o uso comercial. El aumento de la eficiencia de la modalidad de la presente invención lo hace superior a los productos del estado de la técnica. 5 10 15 20

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un colector solar para maximizar la recolección de luz de sol útil, que comprende: a) un alojamiento con cuatro lados y una cubierta transparente para proteger las superficies interiores contra los elementos del clima, (que no sea la luz solar); b) al menos una superficie rectangular de recolección de luz montada a un ángulo de 45 grados con respecto de la cubierta transparente; c) al menos una superficie reflejante montada adyacente y perpendicular a la superficie de recolección de luz solar de manera tal que la superficie reflejante también forma un ángulo de 45 grados con la cubierta transparente.

2. El colector solar descrito en la reivindicación 1 , donde la su-perficie de recolección de luz solar (3) absorbe la radiación solar y la transfiere a un fluido de trabajo.

3. El colector solar descrito en la reivindicación 1 , donde la superficie (3) de recolección de luz solar incluye una celda foto- voltaica para convertir la luz en electricidad.

4. El colector solar descrito en la reivindicación 3, donde la superficie de reflexión tiene un recubrimiento que refleja princi-pálmente una banda de longitud de onda de la luz que la celda fotovoltaicá convierte eficientemente en electricidad, mientras no refleje longitud de ondas que tiendan a calentar dicha celda fotovoltaicá.

5. El colector solar descrito en la reivindicación 1, que incluye además una pluralidad de superficies de recolección solar y superficie de reflexión.

6. El colector solar descrito en la reivindicación 3, donde la celda voltaica es semiconductor.

7. El colector solar descrito en la reivindicación 1, donde la superficie reflejante (4) es aluminio.

8. Un colector solar estructurado para maximizar la recolección de luz solar útil, que comprende: a) un alojamiento con cuatro lados, una base, y una cubierta transparente para proteger las superficies interio- res contra los elementos del clima; b) al menos una superficie rectangular de recolección solar montada a un ángulo de 45 grados con respecto de la cubierta transparente; c) un par de superficies reflectoras en proximidad con la dicha superficie de recolección solar, incluyendo una primera superficie reflectora a un ángulo de montaje de entre alrededor de 46 a 60 grados con respecto de la cu- bierta transparente, con la primera superficie (7) reflejante extendiéndose aguas abajo a un punto donde una línea perpendicular al borde inferior de la primera superficie reflectora contacta el borde más superior de dicha superficie de de recolección solar, y una segunda superficie re- flejante montada adyacente al borde inferior de dicha primer superficie reflejante montada a un ángulo complementario al primer ángulo de montaje de la superficie reflejante.

9. El sistema de la reivindicación 8 donde dicha superficie de recolección de energía solar absorbe la radiación solar y la transfiere a un fluido de trabajo.

10. El colector solar de la reivindicación 8 donde dicha superfi- cíe de recolección de energía solar comprende una celda foto-voltaica para convertir luz en electricidad.

11. El colector solar de la reivindicación 10 donde dicha superficie reflectora tiene un recubrimiento que refleja principalmente una banda de longitud de onda de la luz que la celda fotovoltai-ca convierte eficientemente en electricidad, mientras no refleja longitud de ondas que tiendan a calentar dicha celda fotovoltai-ca .

12. El colector solar de la reivindicación 8 donde dicha superficies reflejantes son aluminio.

13. Un sistema colector de luz que comprende: Una estructura; Un primer reflector asegurado a dicha estructura. Al menos un segundo reflector asegurado a dicha estructura y dispuesto perpendicularmente a dicho primer reflector. Al menos una celda solar asegurada a dicha estructura y dispuesta perpendicularmente a dicho primer y segundo reflector.

14. El sistema colector de luz de la reivindicación 13 que ade-más comprende una pluralidad de segundos reflectores cada uno perpendicular a dicho primer reflector.

15. El sistema colector de luz de la reivindicación 14 que además comprende, una pluralidad de celdas solares, cada una perpendicular a dicho primer reflector y dichos segundo reflectores.

16. El sistema colector de luz de la reivindicación 15 donde cada una de dichas celdas solares esta adyacente a uno de dichos segundo reflectores..

17. El sistema colector de luz de la reivindicación 13 donde dichos primer y segundos reflectores son de aluminio.

18. El sistema colector de luz de la reivindicación 13 donde dicha celda solar es una celda fotovoltaica.

19. El sistema colector de luz de la reivindicación 18 donde al menos una de dichas primeros o segundos reflectores tienen un recubrimiento que refleja principalmente una banda de longitu- des de onda de luz que la celda fotovoltaica convierte eficien temente en electricidad, al mismo tiempo que no refleja longitu des de onda que tienden a calentar dicha celda fotovoltaica.

20. El sistema colector de luz de la reivindicación 13 donde di cha estructura tiene una cubierta transparente. R E S U M E Un sistema y método de arreglo de una celda solar (3, 6) y reflector (4) para reemplazar una celda solar típica orientada normal a la entrada de luz al interior de un módulo (es decir paralelo a una abertura o placa de cubierta transparente de un módulo). La presente invención en una modalidad preferida usa una celda solar (3) orientada a un ángulo de 45 grados con respecto a la entrada de luz de sol, y una superficie reflejante (4) orientada perpendicular a la celda y a un ángulo de 45 grados con respecto de la entrada de luz solar. La celda solar (3) y el reflector (4) son de la misma longitud y tamaño y forma una configuración de V donde el ángulo entre los laterales en pendiente es de 90 grados. Cualquier luz que caiga normalmente en el arreglo puede incidir la celda sola (39 tanto directamente como después de la reflexión. En otra modalidad, dos reflectores adyacentes (7, 8) pueden ser usados haciendo ángulos de alrededor de 60 grados y alrededor de 30 grados con respecto a la cubierta o abertura (5). Una modalidad alterna puede incluir un segundo reflector (9) adicionado a la base de la celda y reflectores ajustados también a un ángulo de 45 grados aproximado con la cubierta o abertura. El segundo reflector (9) puede correr a lo largo de una fila completa de celdas y primeros pares de reflectores (3, 4) de manera que el primer reflector (4) forma ángulos de 90 grados tanto con las celdas (3) como con el segundo reflector (9).