MX2011001513A - Conversion de energia solar. - Google Patents

Abstract

Se describen métodos, aparatos y sistemas que se relacionan con el uso y diseño de persianas reflectantes giratorias especialmente conformadas para proveer la recolección económica de electricidad, calor y/o iluminación. En una modalidad, la luz directa refleja y concentrada se enfoca sobre las celdas fotovoltaicas de persianas vecinas para generar electricidad y un canal de enfriamiento integral permite la recolección de calor. Una modalidad de tragaluz permite que luz indirecta pase entre las persianas y a través de un respaldo transparente que proporciona luz natural de alta calidad al interior, permitiendo al mismo tiempo que se atenúen las luces artificiales o se apaguen ahorrando energía. En algunas modalidades, sistemas de computo ( que pueden estar controlados por computadora) pueden modular la posición de las persianas para mejorar la luz transmitida al edificio cuando sea apropiado maximizar la energía neta ahorrada o generada dependiendo de la situación. Además, los dispositivos pueden actualizarse en edificios existentes o integrarse en una nueva construcción de edificio. También se describen otras modalidades.

Description

CONVERSIÓN DE ENERGÍA SOLAR SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud se relaciona con la solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos, presentada el 6 de agosto de 2008, Solicitud No. 61/086,618, titulada "DISPOSITIVOS Y SISTEMAS DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA SOLAR" y reclama la prioridad de la misma la cual se incorpora aquí como referencia | en su totalidad para todos los propósitos.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente descripción se relaciona en general con la conversión de energía radiante. Por ejemplo, algunas modalidades se relacionan con la capiura y conversión de energía solar a calor y electricidad y al diseño de edificios y al control de sistemas conversión y utilización de energía.

ANTECEDENTES Los sistemas de generación y cogene'ración solares se están convirtiendo en una alternativa o adición lógica a los sistemas de energía que utilizan combustibles fósiles al aumentar los costos de los combustibles y las preocupaciones ambientales. El calor 7263.1 del sol que se recolecta simultáneamente con electricidad proporciona una elevación importante al valor de un sistema de energía. Desafortunadamente, sin embargo los sistemas de "cogeneración solar" necesitan localizarse en el sitio de uso, el cual presenta retos a la maycjría de los métodos concentradores fotovoltaicos existentes o anteriores . Dado que el calor recolectado generalmente está a una baja temperatura (típicamente 40-80 grados C) , la energía térmica no puede transmitirse lejos sin pérdidas parásitas sustanciales. Adicionalmente , el costo de capital de agua caliente y otros sistemas de transmisión de calor favorecen el uso directo en el sitio. Y, dicho calor de baja temperatura generalmente no puede convertirse en una máquina térmica a energía mecánica o eléctrica debido a la pequeña diferencial de temperatura versus temperaturas ambientales.

Consecuentemente, se necesitan sistemas que recolecten energía luminosa y transfieran la energía recolectada fácilmente a los requerimientos de calentamiento, iluminación y electricidad en el sitio de uso, de tal manera que las necesidades inmediatas del sitio se concentren en cómo se controla el sistema.

Las tecnologías de cogeneración, en parte, se han frenado por los retos para crear sistemas ópticos que sean económicos y que puedan montarse o integrarse en un 7263.1 edificio. Un problema es el límite práctico de la | altura que debe tener el diseño para soportar fuerzas |de las condiciones de viento sobre el dispositivo y el edificio en el cual se puede montar. El amarre de un aparjato de cogeneración en el yacimiento o una estructura de soporte de carga de un edificio crea instalaciones caras y/o sistemas de montaje para acomodar los esfuerzos del sistema, particularmente sobre el techo. Muchos sitios comerciales carecen de suficiente espacio de terreno para un sistema de tamaño razonable y el montaje sobre el techo es la única opción viable para obtener un área recolectora suficiente.

SUMARIO Los problemas que afectan a la tecnología de recolección de energía solar tales como eficiencia y costo son resueltos a través de modalidades de aparatos y métodos de recolección solar para su uso e incorporación en estructuras de edificios, etc., discutidos en la presente. Una modalidad proporciona un aparato de recolección de energía electromagnética, que comprende: una cubierta transmisora de luz; una cubierta trasera; creando un volumen entre esas cubiertas en el cual se aloja una hilera de tablillas paralelas, y sobre las cuales choca la luz directa. Celdas fotovoltaicajs (PV: 7263.1 photovoltaic ) convierten fotones a electricidad y se usan para convertir algo de la luz a electricidad con mucha de la energía entrante restante que se convierte a calor y/o se utiliza como fuente de luz. En una modalidad, el fluido es dirigido a través de un pasaje en contacto térmico con las tablillas calientes para recolectar calor. En algunas modalidades, el material PV puede aplicarse a los lados de las tablillas orientadas hacia el sol y el aparato (generando calor y electricidad, así como luz solar directa de un tragaluz difuso y reflejada secundariamente) puede proporcionar luz al espacio detrás del aparato. Consecuentemente, algunas modalidades pueden proveer un aparato que proporcione eficiencia y beneficios económicos con respecto a sistemas existentes.

En otra modalidad, la construcción de tablillas con formas cóncavas orientadas a la luz entrante, por ejemplo con apropiada orientación de las tablillas, y una superficie cóncava especular reflectante puede crear una región de luz de mayor intensidad en el lado posterior de una tablilla cercana. La colocación de celdas PV en esta región permite el uso de menor área costosa de celdas PV para generar cantidades similares de energía.

Aún otra modalidad proporciona un aparato recolector de luz, que comprende: una primera cubierta transmisora de luz sobre una gran superficie de una 7263. i hilera; una segunda cubierta sobre una gran área posterior de la hilera; un espaciamiento entre las cubiertas transmisoras de luz, una hilera de tablillas dispuestas en paralelo dentro del espaciamiento y sostenidas entre sí por lo menos en parte por dos o más barras unidas a las tablillas de la hilera, cada tablilla con un lado frontal curvado cóncavo con una superficie reflectante, y un lado posterior curvado convexo con un convertidor de energía fotovoltaica sobre por lo menos una porción del lado posterior; una cubierta transmisora de luz sobre una gran superficie frontal de la hilera; una cubierta transmisora de luz sobre una gran área posterior de la hilera; y una varilla perpendicular a las tablillas como posicionador de tablillas para abrir y cerrar en forma coordinada las tablillas manteniendo las tablillas en una relación sustancialmente paralela, por ejemplo, con un fluido en contacto térmico para remover calor .

Otra modalidad proporciona un áparato recolector de energía luminosa de techo que comprende: una cubierta transmisora de luz de panel simple orientada hacia fuera; una cubierta transmisora de luz de doble panel orientada hacia dentro; y una hilera de tablillas curvadas dispuestas en paralelo en el espaciamiento, cada tablilla tiene un lado frontal curvado cóncavo hacia la 7263.1 frontal curvado de las tablillas con respecto a la | luz de la primera cubierta transmisora; un sensor que | genera señales que corresponden a la luz interior; y un controlador; en donde el controlador ajusta el mecanismo pivotante en respuesta a luz detectada y/o datos de rastreo solar almacenados para mantener un nivel |de luz constante o deseado.

Aún otra modalidad proporciona un sistema automatizado que responde a la entrada de energía o demanda por carga de calor, que comprende un convertidor como se describe en la presente, y adicionalmente comprende una computadora, por lo menos un sensor para ' detectar por lo menos luz o temperatura, y por lo menos una salida de señal a un accionador para ajustar la posición de las tablillas. En una modalidad, el sistema automatizado adicionalmente comprende un sensor de luz localizado en el interior del alojamiento. El sistema automatizado puede comprender además un circuito de retroaliraentación y/o software que responde a la salida del sensor de luz en el interior del alojamiento ajustando la posición de las tablillas para mantener un nivel de luz constante o seleccionado en el interior del alojamiento. En algunas modalidades, el sistema automatizado puede controlar un edificio, y comprender un sensor de temperatura en el edificio, en donde una señal 7263.1 del sensor de temperatura del edificio se ingresa a la computadora para controlar la posición de la tablilla para mantener una temperatura elegida. En una modalidad, el sistema automatizado puede comprender una cubierta transmisora de luz frontal que se integra como parjte del cerramiento climático de un edificio Se presentan muchas otras modalidades y tjambién serán apreciadas por un lector experto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La descripción detallada se provee con referencia a las figuras adjuntas. El uso de los mismos números de referencia en diferentes figuras indica elementos similares o idénticos.

La figura la ilustra una vista en perspectiva de un sitio no concentrador de material Py, de conformidad con una modalidad.

La figura Ib ilustra una vista en perspjectiva de una lente reflectante concentradora para reducir el área PV de conformidad con una modalidad.

La figura le ilustra una modalidad de una cubierta de convertidor transparente.

Las figuras 2a-2d muestran secciones transversales de ángulos de incidencia de radiación' solar y configuraciones de tablillas de conformidad con ajlgunas 7263.1 modalidades de concentración, en donde la figura! 2a es para el ángulo solar a -15 grados, la figura 2b és para el sol a +15 grados con ajuste del ángulo de tablillas correspondiente, la figura 2c es para el ángulo solar de 45 grados, la figura 2d es un ángulo solar de 55 grados.

La figura 3a es una vista en perspectiva de una esquina de convertidor y muestra una disposición de un soporte de celdas solares, un reflector curvado, un conducto de fluido y porciones terminales de pivote de conducto de fluido, de conformidad con una modalidc.d.

La figura 3b muestra una sección transversal simple del elemento extrudido con la plataforma para el material PV y el tubo de refrigerante/montaje y la características de captura/indización para el montaje del espejo, de conformidad con una modalidad La figura 4 muestra detalles para un acoplamiento de pivote fluido entre un conducto de persiana y un extremo de caja de convertidqr , de conformidad con una modalidad.

Las figuras 5 y 6 ilustran diseños de accionamiento, de conformidad con algunas modalidades La figura 7a muestra una colocación de Iceldas solares con un área elevada en el lado posteriorl de la tablilla, de conformidad con una modalidad.

La figura 7b muestra un sitio de celdas PV sobre un reborde fuera del borde interno de la tablilla, de conformidad con una modalidad.

DESCRIPCION DETALLADA En la siguiente descripción, se presentan numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un entendimiento profundo de varias modalidades . Sin embargo, algunas modalidades se pueden practicar sjin los detalles específicos. En otros casos, métodos, componentes, procedimientos, y/o circuitos bien conocidos pueden no haberse descrito en gran detalle con el |fin de no opacar las modalidades particulares .

La referencia en la especificación a "una modalidad" significa que una cualidad, estructura o característica descrita en relación con la modalidad puede incluirse en por lo menos una implementación . La aparición de la frase "en una modalidad" en varios lugares en la especificación puede o no referirse a la misma modalidad.

Algunas modalidades utilizan un convertidor de energía radiante bidimensional ("convertidor") que se construye en una variedad de configuraciones, incorporado en estructuras más grandes y controlado en formas ¡útiles para disminuir el costo y/o aumentar la eficiencial de la recolección y conversión de energía electromagnética (por 72S3.1 ejemplo, luz solar) . En general, el convertidor de energía comprende tablillas colocadas de Imanera coordinada que forman una cara para admitir luz que es transparente a la energía electromagnética, tal como luz solar. Modalidades del convertidor convierten energía radiante que pasa a través de la superficie transparente a electricidad y/o calor en una variedad de conformaciones innovadoras, con base en la reflexión y/o absorción sobre las superficies de la tablilla en el convertidor. La energía es removida como calor del convertidor de energía, y opcionalmente como electricidad. La cara opuesta del convertidor puede ser transparente o puede ser absorbente, y el convertidor puede controlar la cantidad de energía radiante que pasa a través sin absorberse. En una modalidad, las tablillas del convertidor están diseñadas para una reflexión simple de radiación sobre un objetivo o para absorción. Alternativamente o además, el convertidor puede permitir que pase luz visible a través de espacios detras del convertidor, por ejemplo, como fuente de luz.

Algunas configuraciones de empacado del convertidor de energía radiante permiten la remoción de calor al fluido de recirculación y pueden adaptarse para sistemas de energía existentes o incorporarse en nuevos edificios. Se pueden colocar superficies fotovol!taicas 7263. i (PV) sobre las tablillas orientadas hacia fuera o | usando las tablillas como una "lente" concentradora para crear más electricidad por unidad de área del costoso material PV. Se proveen diseños específicos y métodos para adaptar el convertidor de energía radiante bidimensional a un edificio tal como un techo, una pared, o una ventana, limitando la exposición al ambiente en comparación con diseños convencionales. Adicionalmente , se presentan métodos para el control y uso inteligente de los convertidores para satisfacer demandas cambiantes de calentamiento, iluminación y eléctricas de un edificio.

El Convertidor de Energía Radiante Plano Algunas modalidades incorporan uno ó más convertidores, cada uno de los cuales comprende múltiples tablillas dispuestas para formar una estructura plana que intercepta energía radiante tal como energía de microondas y energía luminosa. Un convertidor puede incluir una primera cara frontal que permite la entrada de radiación (por ejemplo, transparente a la luz solar) y una segunda cara posterior que puede ser transparente u opaca a la radiación. Las caras pueden ser paralelas entre sí pero pueden ser generalmente paralelas (o desplazadas del paralelismo hasta en 30 grados) o ijncluso oblicuas entre sí. 7263.1 Las caras (generalmente) paralelas alojan las tablillas y pueden tener bordes cerrados para formar una caja hermética al aire con lados achatados, con tablillas de igual longitud alineadas en un área rectangular dentro de un convertidor en forma de caja. El convertidor puede ser por lo menos 5 veces, 8 veces, 10 veces, 15 veces o por lo menos 20 veces tan ancho y largo como su espesor. El espesor puede ser de entre 5 cm y 100 cm, o entre 7 cm y 60 cm, o incluso entre 9 cm y 25 cm. En este sentido el convertidor puede pensarse como un convertidor de energía plana con una cara de entrada de energía radiante bidimensional definida, la cual puede ser una ventana transparente de vidrio o plástico transparente. El convertidor puede ser una sola caja con, por ejemplo, un conjunto de tablillas, o alternativamente con más de un conjunto de tablillas o pueden ser múltiples cajas que trabajan entre sí, compartiendo bordes comunes, flujo de fluido común, y/o compartiendo un conducto común para transferencia de energía a través de un líquido o gas.

En una modalidad la ventana transmisora de luz o cubierta del convertidor tiene un mecanismo para remover y limpiar la cubierta. El mecanismo puede ser cualquiera de una variedad de estructuras, como lo apreciará un experto en el campo de las ventanas o tragaluces. En una modalidad, pueden usarse sujetadores 72S3.1 para sostener la cubierta sobre el convertidor. Puede usarse una corriente de aire, tal como de un tubo pequeño para soplar a través de la ventana para remover polvo. Puede colocarse un tubo, o aspersor de agua u otro liquido para lavar la ventana. Puede inclinarse el convertidor completo y rociarse agua u otro fluido o un gas sobre la superficie de la ventana, para retirar partículas. Algunas modalidades pueden utilizar una cubierta en forma de domo, por ejemplo, para proporcionar cierta rigidez estructural, permitiendo espesores de material más delgados, así como propiedades de autolimpieza por lluvia periódica.

Tablillas para los Convertidores de Energía Las tablillas pueden ser de cualquier material y tamaño adecuado para una situación. En algunas modalidades, las tablillas son por lo menos 10 veces, o por lo menos 15 veces, 20 veces o por lo menos 30 veces tan largas como anchas. En una modalidad las tablillas son de varios centímetros de ancho, por ejemplo, 3 a 25 centímetros, y por lo menos 30 centímetros, o por lo menos 50 centímetros o por lo menos 100 centímeJros de largo. Las modalidades que concentran la luz solarJ pueden tener un lado "frontal" cóncavo de las tablillas (que en una modalidad pueden ser reflectantes) con un 7263.1 no es un punto focal clásico en estas situaciones |de luz incidente fuera de diseño.

La figura la ilustra una vista en perspectiva de un sitio no concentrador de material PV, de conformidad con una modalidad. La figura Ib ilustra una vista en perspectiva de una lente reflectante concentradora para reducir el área PV de conformidad con una modalidad. Como se muestra también en las figuras la-lb, la luz solar directa 93 puede incidir sobre mciterial PV sobre las tablillas (también citado aquí de manera intercambiable como "persianas") (1020), en donde el material PV en la figura la está presente sobre la superficie superior de las tablillas (1020), mientras que el material PV en la figura Ib está provisto soore el lado posterior de las tablillas concentradoras (82). La figura le ilustra una modalidad de una cubierta transparente (770) (por ejemplo, provista sobre un convertidor como una cubierta de convertidor) que sirve para aislar el aire cerca de las tablillas del exterior o del aire ambiental permitiendo mayores temperaturas para el calor recolectado. Asimismo, la cubierta (770) puede proporcionar aislamiento de otros elementos tales como lluvia, nieve, etc.

Las figuras 2a-2d muestran ángulos de incidencia de radiación solar alternativos de conformidad 7263.1 con una modalidad, ilustrando que la dirección del sol cambia en una dirección (alejada de un vector que apunta desde la parte media de la superficie cóncava hasta la hilera PV sobre la siguiente tablilla cercana) , hay 2 mecanismos de "pérdida" que se presentan: 1) la luz nunca intercepta al reflector y 2) pérdidas de enfoque. Ambos mecanismos de pérdida pueden minimizarse ajustando longitud de la tablilla y ajustando la curvatura de la tablilla. La figura 2d muestra ángulos de incidencia de radiación solar y configuraciones de tablillas de conformidad con una modalidad que ilustra que diseñando la forma de la tablilla para un ángulo de luz solar negativo de 15 grados aún tiene muy buena captación efectiva con los 70 grados de la luz solar fuera del ángulo de diseño (+55 grados) .

Estos dibujos muestran que cuando el ángulo de luz solar cambia, los ángulos de las tablillas pueden alterarse de tal manera que la luz solar que llega a la parte más externa del reflector (borde derecho en esta vista) se dirige en o cerca del borde derecho de la celda solar. Este diseño ajusta la óptica desenfocada usando un área receptora sobre el lado posterior de la tablilla posterior de manera suficientemente amplia para ajustar mucho de la línea focal distorsionada.

Otro criterio opcional para la forma de las 72S3.1 tablillas es la maximización de luz captada que lincide -sobre la tablilla y el control de la luz . para permitir que la luz pase a través del convertido'r . Puede emplearse en este contexto la oscilación de las tablillas para una máxima captación de energía, como se ejemplifica en la Patente de EE.UU. No. 4,690,335,' cuyo contenido (particularmente la configuración de tablillas y el control), se incorpora como referencia con respecto a lo que se enseña en esta área. En particular, la línea confocal de las tablillas se "distorsiona" para la radiación que no va de acuerdo con una dirección diseñada para ello. Aunque la oscilación de las tablillas se usa para compensar una gran parte de esta distorsión, una forma parabólica ya no tiene una línea focal cuando la orientación de la radiación directa paralela no es del ángulo de diseño. Asimismo, la línea focal se traslada y gira cuando las tablillas giran. Sin embargo, la combinación del área focal amplia, tal como un ob!jetivo de reflexión de celda solar de por lo menos 10% tan grande como la superficie reflectante, puede proporcionar áreas focales adecuadas que pueden captarse . Con frecuencia, puede ocurrir cierta distorsión de la luz reflejada fuera de la parte más interna de la tablilla, pero se tiene que esta área está sombreada por una tablilla cercana. La luz reflejada fuera de la sección 72S3.1 iluminada de la tablilla especular puede mantenerse relativamente enfocada.

Algunas orientaciones de las tablill'as se ejemplifican en las figuras 2a-2d. Estas figuras muestran cómo puede modificarse la orientación de la superficie cóncava de la tablilla para diferentes ángulos de radiación. La luz que entra al convertidor más paralela a la tablilla en un valor fuera de diseñó es más difícil de capturar.

Las tablillas pueden formarse de cualquier material; aunque puede usarse lámina metálica formada (por ejemplo; de aluminio) (porque el laminado parece factible y puede ser de muy bajo costo en gran volumen) . También la extrusión parece factible. En una modalidad, las tablillas se forman de plástico que puede además recubrirse con un recubrimiento . reflectante y/o absorbente y opcionalmente con material electrónico tal como una fotocelda flexible. Un reto con las tablil las de plástico es que la pobre conductividad térmic,a del plástico no dispersará muy bien el calor absorbido en las modalidades con la óptica de concentración. El material puede recubrirse para hacerse reflectante o absorbente, y puede tener un acabado, un recubrimiento, o una película de espejo para permitir la radiación sobre una superficie absorbente posterior más pequeña de una tablilla 7253.1 adyacente en las modalidades de concentración.

En una modalidad, pueden usarse diferentes partes y procesos, por ejemplo, acoplados entre sí, para crear la tablilla completa. Por ejemplo;, una extrusión de aluminio puede tener características del canal de enfriamiento y de la forma de montaje PV explícitamente labradas, pero se provee la función de espejo con una lámina metálica especular separada que se une a la extrusión. Puede usarse menos metal con esta técnica y pueden reducirse las pérdidas térmicas debido a que menos lámina especular conductora se extiende fuera de las zonas focal y de canal de enfriamiento.

En una modalidad, las tablillas se montan paralelas entre sí. Su orientación paralela puede mantenerse por medio de una estructura o mecanismo. Una modalidad utiliza el tubo de enfriamiento copo la característica de montaje, como se muestra en las figuras 3a y 3b. Las articulaciones para efectuar el accionamiento pueden estar en el lado de la hilera plana opuesta a la radiación entrante para evitar o por lo menos reducir sombras proyectadas sobre los espejos y subsiguientemente sobre las celdas solares en la región focal. Alternativamente, podrían usarse materiales transparentes (por ejemplo, pplicarbonato) o comparativamente delgados (cuerdas o alambres) en 7263.1 conexiones que están entre el espejo y la fuente de radiación .

Una modalidad proporciona un costo menor y más conveniente para la manufactura del diseño del convertidor en virtud de la longitud focal relati amente corta de una tablilla a la otra, y requerimientos consecuentes de áreas objetivo de foco relajado. La curvatura real de la tablilla puede variar más o menos 2%, 5%, 10% o más y la distancia real de tablilla a tablilla (distancia de foco desde el reflector hajsta el área objetivo absorbente) puede variar más o menos 2%, 5%, 10%, 20% o más. Por lo tanto, el diseño de conformidad con esta modalidad proporciona tolerancias más holgadas en la forma de la tablilla, espaciamiento de articulación y la precisión del ; controlador en comparación con otros diseños de concentrador solar más caros. Adicionalmente , la escala global de la tablilla y el mecanismo de articulación se selecciona de tal manera que las tolerancias que pueden lograrse de manera relativamente fácil para las características de montaje se pueden usar y dar como resultado una orientación efectivamente uniforme de múltiples ¡ tablillas |en el montaje mecánico. Esto ahorra costos y ayuda |en la precisión de la manufactura.

Con referencia a las figuras 3a a 4], las 7263. i tablillas o persianas se montan, en una modalidad, juntando concéntricamente el paso del refrigerante (520) sobre la persiana con un acoplador de fluido (620) que se monta mecánicamente en una mampara compartida de otra estructura para soportar las persianas* por sus extremos. En una modalidad, las persianas pueden construirse principalmente de aluminio. Juntas toricas, hechas de materiales compatibles con el refrigerante, los metales y las temperaturas de operación, se , montan sobare el acoplador de fluido con muescas o prensaestopas apropiadamente diseñados (625). Estas juntas tóricas pueden proveer 2 funciones; éstas son los sellos de líquido para evitar que se fugue ( líquido en esa interconexión y también son los cojinetes que soportan la persiana permitiendo a la vez la rotación con una cantidad de momento de torsión relativamente pequeña. Menos momento de torsión significa accionadores menos caros, componentes de articulación más ligeros. Las juntas tóricas de diámetro más pequeño y los acopladores líquidos también reducen el momento de torsión rotacional requerido, pero el diámetro está limitado a los tamaños requeridos para el flujo de fluido adecuado y la caída de presión asociada en el circuito de refrigerante (incluyendo en el pasaje de persianas y el acoplador de líquido) . Pueden usarse múltiples juntas tóricas para la 7263. i redundancia y para reducir las cargas de reacción sobre ellas del peso de la persiana.

En algunas modalidades la transferencia de calor es para el fluido que circula mediante una bomba . Un técnico experto puede apreciar el tamaño y la configuración del conducto y la velocidad de flujo de bombeo. Un fluido muestra es agua con un agente anticongelante tal como propilénglicol .

La figura 3a muestra una vista en sección de un panel con una persiana (510) que pivota sobre un conducto con el extremo (520) mostrado en esta vista en corte.' La persiana (510) tiene, en su lado posterior (orientado hacia la izquierda y hacia arriba como se muestra) , un reflector curvado (530) , el cual enfoca luz eJtrante sobre el frente de la persiana adyacente (540) . El conducto (515) con el extremo (520) en este ejemplo es continuo con el soporte de celda solar (550) . En una modalidad (por ejemplo, tal como , se muestra más claramente en la figura 3b) , el soporte de celda solar (550) puede ser una superficie plana para recibir celdas solares. En una modalidad, el reflector curvado (530) está manufacturado por separado y unido al lado posterior de una sola pieza extrudida de aluminio y el aluminio extrudido incluye la porción de conducto (515) con la porción de abertura terminal (520) y la porción de 7263.1 soporte de celdas solares (550) . Esta figura muestra tres persianas que pivotan coordinadamente sobre extrJmos de conducto (se muestran dos extremos) . El giro se logra por el movimiento del accionador (720) a lo largo del eje largo del accionador.

La figura 3b muestra una vista en sección transversal amplificada de un conducto (515) y soporte de celda solar (550) hechos como una sola pieza. Esta figura muestra protuberancias (552) y (554) sobre los extremos distal y proximal del eje de rotación, respectivamente, para proporcionar superficies para la indexación/precisión de montaje y proveer una contención para los materiales de encapsulación que sellan las celdas PV. La abertura de conducto (556) es continua con las aberturas en cada extremo de la persiana y por ejemplo, se extiende a través de un montaje de soporte lateral, o se une con acopladores sobre montajes de soporte laterales como se muestra en la' figura 4.

La figura 4 muestra un lado del armazón del convertidor (630) con una abertura de montaje de pivote (620) . Las aberturas (620) se han montado con un manguito de unión sobresaliente que tiene dos juntas tóricas (625) para formar un sello hermético a fluidos con un conducto fluido que tiene una abertura más grande que se de|sliza , en el uso, sobre las juntas tóricas. La abertura (620) 7263.1 lleva de manera fluida al acoplador de tubo (640)1 en el exterior de la caja del convertidor, que conecta a un conducto de pivote adyacente por arriba (fuera de esta vista en perspectiva) . La abertura (630) ilustra cómo está soportado el manguito sobresaliente firmemente y precisamente en un armazón para reaccionar al peso | de las persianas en una estructura base (no se muestra) .

La figura 4 muestra cómo puede conectarse una persiana a una conexión de conducto fluido fijo y girar alrededor de la mismas. Se contemplan variaciones de esta disposición, en donde la conexión de conducto de fluido puede ser giratoria, y en donde pueden emplearse otros mecanismos de sello de fluido, tales como una junta tórica simple, una junta tórica triple, sellos montados magnéticamente y similares. En una modalidad en donde se usan persianas de gran tamaño, se pueden usar una variedad de cojinetes, como lo apreciara un técnico experto .

La figuras 5 ilustra una técnicjá de articulación, en donde se montan brazos de articulación (710) a la tablilla en un extremo y tiene una característica cilindrica en el otro extremo que interconecta con una barra común o montaje (720) de tal manera que la traslación de la barra de accionamiento (720) hace girar igualmente todas las tablillas usando un dispositivo de accionamiento compartido (730) |, por ejemplo, un accionador impulsado por motor eléctrico (tal como un motor de velocidad gradual) . Podrían emplearse una multitud de técnicas de accionamiento para asegurar que todas las tablillas tengan la misa orientación hacia la fuente de radiación con una fracción de grado. Las características de la barra de accionamiento (720) y el brazo de articulación (710) muestran una forma de conectar estas partes móviles. La figura 6 ilustra una característica cilindrica (750) en el extremo del brazo de articulación que gira dentro de una característica de captura (760) sobre la barra de accionamiento. La característica de captura incluye separaciones para el brazo de articulación en un amplio intervalo de ángulos entre el brazo de articulación y la barra de accionamiento. Algunos de estos mecanismos alternativos se enumeran en una Solicitud de Patente Publicada de los EE.UU. anterior 20090173375, presentada el 7 de enero de 2009, publicada el 9 de julio de 2009, otorgada al cesionario de la presente solicitud, la cual podría aplicarse en general también a este diseño, cuya solicitud se incorpora aquí como referencia para todos los propósitos antes mencionados.

Se contemplan otras maneras de dirigir el fluido de transferencia de calor en contacto con la persiana tal como el uso de pequeñas venas | en la persiana, encerrando la persiana en un volumen de fluido, que puede tener un bajo punto de ebullición y presentar una mezcla líquido/gas de tal manera que el calentamiento del fluido mediante la superficie de la persiana provoca ebullición, o rociando fluido sobre las persianas, en un sistema ya sea cerrado o abierto. El fluido puede entrar a un convertidor a través de una o más aberturas y después distribuirse a través de un espacio mayor, o alternativamente, dirigirse a través de uno o más tubos en contacto con la(s) persiana (s) como se muestra en las figuras 3a/3b y 4. El fluido calentado puede salír como un líquido caliente, un gas, o una mezcla, ya sea de un espacio grande que aloja las persianas, o a través de conductos discretos que dirigen fluido sobre o a través de cada persiana, como se muestra en las figuras 3a/3b y 4. La aplicación particular se decide po:r las temperaturas encontradas. En un ambiente muy caliente, tal como una hilera de persianas de absorción de microondas, puede usarse una conversión de líquido a gas en un espacio grande.

En una modalidad, el reflector (530), el conducto (515) y la porción de soporte de celda solar (550) se construyen como una sola pieza, por ejemplo, hecha de material térmicamente conductor. En un ejemplo, las celdas solares se adhieren al soporte (550) mediante un adhesivo térmicamente conductor y eléctricamente no conductor, tal como epoxi térmicamente conductor.

En una modalidad, el flujo de fluido | en un conducto a lo largo de la longitud de las tablillas absorbe calor de las tablillas y después sale del extremo de la tablilla y entra en el extremo de montaje/pivote/acoplamiento de una tablilla adyacente. En esta forma se absorbe calor de múltiples tablillas y después finalmente se provee a un intercambiador de calor fuera del convertidor.

Conversión Eléctrica Solar Una modalidad proporciona conversión de energía eléctrica de costo menor enfocando luz desde los frentes curvados cóncavos de las tablillas sobre regiones fotoeléctricas más pequeñas (es decir conversión de radiación a electricidad) sobre las superficies traseras convexas de tablillas adyacentes tales como celdas solares. En una modalidad, el radio de foco (á::ea de reflexión de luz de la porción frontal cóncava dividida entre el área de celdas solares localizada en la parte posterior de la tablilla adyacente) está entre 2 a 50, o entre 4 a 10. Este diseño óptico puede limitarse a solo aproximadamente 8 veces la concentración si el ángulo de 72S3. i incidencia de la radiación paralela es ancho (por ejemplo, el sol pasando a través del cielo con una orientación de colectores planos fija). Para aplicJciones con un intervalo más estrecho de ángulos incidentes pueden lograrse concentraciones mayores. La figura 2a muestra una disposición óptica de un diseño de takjlillas concentradoras representativo. Se muestran dos tablillas en cada sección, con cambios en los ángulos de la luz solar y las tablillas. En el lado superior izquierdo de esta figura se muestra el ángulo de diseño de la luz solar y de las tablillas, la luz solar (en líneas sombreadas largas) brilla en un azimut negativo de 15 grados hacia la izquierda y se refleja de superficies de tablillas cóncavas (10) como líneas punteadas (20) hacia las celdas solares (30) de conformidad con un ángulo de diseño. Las celdas solares (30) se localizan sobre una porción posterior de cada tablilla sobre la cual se enfoca la luz. La figura 2d muestra que el ajuste de las tablillas para acomodar la luz solar que brilla desde un azimut de 55 grados permite enfocar sobre la misma área de celdas solares a pesar de cambios en el azimut.

La celda solar (u otro dispositivo de conversión de radiación a electricidad) en una modalidad se coloca sobre otra parte de la tablilla, o fuera de la tablilla. Véase por ejemplo, la figura 7b, lal cual 72S3. i muestra una superficie de reflector de tablilla 81 |con la celda solar 82 unida sustancialmente perpendicular a la superficie reflectante. Otros ángulos están destiJados a otras modalidades, pero no se muestran aquí. Como se muestra en la figura 7a, los rayos solares (83) que chocan sobre un reflector (81) son dirigidos sobre la superficie adyacente de la celda solar unida (82) . En una modalidad, la celda solar está sobre una lengüeta en el extremo interior de una tablilla reflectante. La figura 7a muestra dos tablillas con celdas solares (82) sobre sus superficies traseras pero espaciadas a través de una estructura de sombrero (87). La ubicación del canal de enfriamiento no se muestra en estas figuras pero podría estar en muchos sitios a lo largo de la tablilla, algunas con sitios cerca del absorbedor/región focal para minimizar la diferencia en temperatura requerida para conducir el calor a través de la persiana desde la región focal hasta el canal de enfriamiento. Si el espesor de la persiana es suficiente (por ejemplo, de aproximadamente 1 mm o más para algunas modalidades) la proximidad del canal de enfriamiento de la región focal es un tanto flexible debido a la alta conductividad de los metales comúnmente contemplados para muchas modalidades.

La reducción en costo puede ocurrir de la concentración de luz solar sobre áreas de celdas solares 7263.1 más pequeñas, usando materiales (tablillas reflectantes) que son más baratas por unidad de área superficial que los semiconductores para absorción de luz. En una modalidad las persianas son de lámina de metal o aluminio estampada o formada. Al usar persianas relativamente pequeñas y encerrándolas fuera de las fuerzas del viento, la fuerza necesaria para mover las superficies ópticas (tablillas) es muy pequeña en comparación con la que se necesita para muchos sistemas previos de áreas recolectoras comparativamente grandes. En una modalidad, se usan trayectorias ópticas cortas de aproximadamente 5-15 cm, junto- con relaciones de concentración moderadamente bajas de aproximadamente 3 a 10. Estas dimensiones proporcionan tolerancias de manufactura y de precisión de rastreo más holgadas en comparación con las que se necesitaban anteriormente para sistemas que tienen trayectorias más largas y relaciones de concentración mayores. Por lo tanto existen ahorros de costos en la manufactura de las superficies recolectoras solares, en el sistema para sostener las superficies en sus espaciamientos apropiados, y en el sistema de rastrjeo más simple que se necesita para obtener buenas eficiencias.

Las celdas solares en una modalidad se unen directamente a tablillas metálicas térmicamente conductoras para facilitar la transferencia de calor 7263.1 desde las celdas solares a las tablillas. Puede usarse adhesivo térmicamente conductor. Con frecuencia la conductividad puede mejorarse en adhesivos mezclando polvos altamente conductores muy finos (metales si la conductividad eléctrica es aceptable o de cerámica si no lo es) en el adhesivo. En una modalidad, se usa epoxi eléctricamente y térmicamente conductor tal como relleno de plata, relleno de aluminio, o relleno de grafito intercalado con bromo para conectar tanto eléctricamente como térmicamente una superficie posterior de una celda solar sobre una tablilla metálica. Puede hacerse una segunda conexión a la celda solar sobre una superficie superior o borde a través de un alambre que puede conectarse a una articulación de metal, o ir a lo largo de una articulación tal como una articulación mecánica que sostiene las tablillas entre sí o que las hace pivotar en conjunto.

Una modalidad proporciona reflectores curvados no simétricos que concentran luz eficientemente en Ivarios ángulos de energía radiante sobre una superficie solar objetivo. Por ejemplo, cuando el vector de radiación se hace más paralelo a las tablillas, se capta un porcentaje inferior de la radiación. En algunos casos dicha radiación pasa a través del convertidor como iluminación, reduciendo potencialmente las necesidades de iluminación 7263.1 eléctrica. Tales características pueden explotarse como una ventana de tratamiento en donde la ganancia de calor de luz directa y el resplandor pueden controlarse junto con la generación de energía eléctrica e incluso la generación de energía térmica. Otras aplicaciones incluyen el uso como tragaluz sin la ganancia problemática de calor y resplandor para ocupantes cue con frecuencia tienen los tragaluces convencionales, oreando al mismo tiempo una sensación de exterior a un interior de un edificio cuando el tragaluz puede verse no distorsionado por cubiertas traslúcidas que de otra manera puede usarse para corregir la ganancia de qalor y el resplandor.

En una modalidad, se usa un eje de rastre'o para orientar los concentradores reflectantes. Esto puede crear sombras y posiblemente fugas de radiación ce'rea de los extremos de las hileras fotoeléctricas, tal como cuando el sol es sustancialmente no normal a la hilera en el eje no rastreado. Este problema puede mitigarse omitiendo celdas solares en los bordes de las tablillas y/o añadiendo diodos de derivación a una o más celdas solares de tal manera que el sombreado no disminuye sustancialmente la salida eléctrica de la radiación hacia un circuito de energía eléctrica.

En algunas modalidades, el uso de diodos les una 7263.1 práctica efectiva para cualquier celda o grupo de | celdas que tendrán una sombra sobre ellas por cualquier periodo de tiempo razonable, particularmente aquellas en los extremos de las persianas en donde el movimiento de la fuente (el sol) en el eje no rastreado combinado con la longitud focal crea un área longitudinal sin luz solar sobre ella (la "sombra") . Por ejemplo, un diodo a través de cada celda es una buena idea en general porque la pérdida de voltaje (no menos ganancia sino una ganancia negativa real) al tratar de mover una celda solar en la corriente de las celdas iluminadas es mucho mayor que la pérdida a través del diodo. Asi, a pesar de que la pérdida de voltaje en el diodo de este circuito de "derivación" es comparable e incluso mayor que la energía perdida de la celda no iluminada, la consecuencia negativa para la falta de diodo y la no iluminación es mucho mayor porque la celda no iluminada puede convertirse en un disipador de energía sustancial cuando fluye la corriente de las celdas iluminadas y no se ilumina. Los escenarios en donde diferentes esquemas de diodos podrían tener sentido incluyen a) cuar.do la longitud de la celda es pequeña en comparación pon la longitud focal de tal manera que hay muchas celdas (en serie) de tal manera que la compensación de costo versus desempeño sugiere agregar varias celdas por cada diodo, 7263.1 b) si la celda rara vez y/o parcialmente se ensombrece puede ser más económico no usar diodos. Una variación de esto podrían ser múltiples celdas conectadas en paralelo haciendo que la celda sea muy "ancha" . En el extremo, todas las celdas sobre una tablilla podrían estar en paralelo de tal manera que la sombra sería uniforme de una tablilla a la siguiente.

El análisis y los experimentos sugieren que las celdas con diodos es benéfico para celdas cerca del extremo de la tablilla para una longitud de aproximadamente 2 a 4 veces el paso de las tablillas.

Fluido de Transferencia de Calor del Convertidor Como se describió, el convertidor puede | tener una hilera de tablillas con tablillas paralelas entre sí y controladas en forma coordinada para oscilar con una articulación. En algunas modalidades, las tablillas oscilan alrededor de un extremo de conducto que sirve para dos propósitos, pasar fluido de transferencia de calor desde una tablilla, y sostener mecánicamJnte y hacer girar la tablilla en su lugar. La velocidad de flujo del fluido en las tablillas puede controlarse para optimizar la energía utilizada para bombeo. Por ejemplo, un sensor de calor en contacto con, o que de otra manera detecta, la temperatura monitorea la temperatura y puede 7263.1 activar una bomba encendiendo o aumentando la energía hacia la bomba, o de otra manera desviando un mayor flujo de fluido en la tablilla, al detectar un límite crítico de temperatura alto.

El fluido que circula a lo largo de la longitud de las tablillas puede usarse directamente para calentar formando un circuito con tubos de calentamiento, tal como un radiador en un edificio. En este caso puede colocarse una bomba en cualquier lugar en el circuito. Alternativamente, el fluido calentado del contacto con las tablillas puede transferir energía térmica a otro fluido, gas o sólido a través de un intercambiador de calor que puede empacarse dentro del convertidor de energía radiante, localizado adyacente al convertidor y opcionalmente combinado con un grupo de convertidores, o localizado a una distancia alejado a través de la cual se desplaza el fluido de transferencia de calor. En una modalidad, se usa un fluido de bajo punto de ebullición y se convierte a gas en el conducto de la tablilla como una parte generadora de alta temperatura de una maquina térmica mecánica.

Un convertidor puede comprender dos caras de áreas grandes, lados (por ejemplo, 4 lados si es de forma rectangular, etc.), una o más hileras de tablillas que están mecánicamente acopladas a por lo menos una cara, y 7263.1 un extremo de conducto puede pivotar actuando como entradas y salidas de fluido para circular fluido entre las tablillas. Una cara debe ser removible para permitir la limpieza de las tablillas u otras partes dentro del convertidor. Para permitir una limpieza fácil, y la remoción de la cubierta asociada el tamaño del área del convertidor puede ser menor que 4 metros cuadrados . Las celdas solares montadas directamente sobre las tablillas pueden ser planas, o incluso curvas y estar en ccntacto mecánico con una superficie de tablilla térmicamente conductora (por ejemplo, metálica) o estar unida a través de un adhesivo o sujetador conductor intermedio. Se encontró que las fotoceldas que cubren aproximadamente 8-20 por ciento de la superficie de tablillas posteriores transfieren calor adecuado a superficies de tablillas de aluminio en algunas modalidades .

Piel Energética; Convertidores Incorporados a Edif cios Cuando se incorpora a un edifici|o un convertidor actúa como una capa externa y proporciona cierta protección exterior. En este contexto, el convertidor puede pasar a formar parte del edificio, ya sea unido a una estructura existente, o incorporado en una nueva estructura y se denomina "piel energética" . Un convertidor que está dirigido para instalarse como una 7263.1 piel energética puede publicitarse , venderse y/o empacarse con instrucciones de instalación, con uno o más sensores y/o con uno o más efectores adecuados para usarse en un sistema de edificio integrado. Dicho convertidor que va acompañado por un manual de instrucciones o por uno o más sensores/efectores de sistema está destinado para uso de la piel energéjtica y se dice que es una piel energética no instalada. Un convertidor que tiene una o más conexiones eléctricas para señales sensoriales o de efector a un controlador se denomina por lo tanto una "piel energética" en virtud de tener una o más conexiones de entrada/salida que permiten el uso del convertidor como parte de un sistema de energía más grande del edificio.

Como piel energética, un convertidor puede proveer aislamiento y puede controlar la cantidad y tipo de energía que entra de la luz solar u otra Jnergía radiante al edificio. La piel energética tiene una cara exterior o "cubierta" hacia la intemperie y una cara interior hacia el edificio, o interior del edificio. La cubierta en esta modalidad actúa como un protector de intemperie para el convertidor y el edificio. La cubierta puede minimizar la reflectancia y las pérdidas de absorción de la luz solar que pasa a través del convertidor y proporciona una caja para el aire caljentado 72S3.1 para mantener el aire caliente separado del aire externo.

Pueden modificarse una variedad de características que compensan el costo de una piel energética, el desempeño del aislamiento de la piel energética y la transmisión de luz visible a través de la piel energética. La cara posterior del convertidor puede ser transparente (para aplicaciones de luz diurna) u opaca, que permite mejores opciones de aislamiento y menor costo. En una modalidad una pared posterior que consiste de paredes múltiples de plástico/policarbonato proporciona una barrera estructuralmente robusta y ligera con un aislamiento superior al del vidrio, aunque el vidrio generalmente es más transparente y a menudo menos caro. La parte posterior del convertidor soporta opcionalmente espaciadores de tablillas inferiores Puede usarse encristalado de vidrio junjto con i una piel energética para formar una estructura muy robusta resistente al clima. Debido a que la óptica de la piel energética está dentro de una caja y protegida, las cargas de viento no afectan el accionamiento de la óptica. Otros concentradores ópticos están expuestos a fuerzas del viento en sus accionadores de rastreo, que incurren en mayores costos de instalación y mantenimiento .

En algunas modalidades, estos recolectores se 72S3.1 instalan en un eje este-oeste y tienen un eje de rastreo que sigue la declinación del sol. Cerca de los solsticios de verano o invierno esta declinación variará sustancialmente a lo largo del día, y los ángulos diferirán bastante en las mañanas y las noches desde el verano hasta el invierno. Tales configuraciones pueden usar variaciones de luz solar de aproximadamente 130 grados o incluso más para las mañanas de verano en donde el sol se eleva al noreste en el hemisferio norte y una hilera de este a oeste necesitaría apuntar directamente al norte en el amanecer y directamente al sur para el amanecer y el ocaso en invierno. La cantidad práctica de luz en estos periodos transitorios es pequeña. Consecuentemente, el desempeño optimizado para orientaciones más comunes resulta en más energía neta recolectada por año.

El recolector puede opcionalmente inclinarse hacia el ecuador o al sur en el hemisferio norte, lo cual reduce el sur más extremo porque el horizonte sureño ya no está a 90 grados de la normal. Por lo tanto deja al horizonte norteño más lejos de la normal. Cada una de estas instalaciones puede utilizar pieles energéticas como se describe en la presente y, en combinación con una estructura de edificio, se pretenden también como una modalidad instalada. 7263.1 La naturaleza lineal de la óptica reflectante puede permitir un diseño de un solo eje en donde las variaciones de incidencia de luz en el eje no rastreado puede variar significativamente sin cambiar la línea focal en el eje rastreado. Es decir, cuando el ángulo de incidencia de la radiación se mueve a través de un eje no rastreado, la luz cambia hacia y fuera del plano en esta vista, pero se mantiene el área de luz concentrada. Ventajosamente, este diseño permite el uso de un sistema de rastreo de eje simple verdadero que no requiere inclinación. Desde luego, ocurren pérdidas cosinusJidales con cambios en la declinación a lo largo del año, pero el sistema descrito reduce dramáticamente las cargas de viento en el sistema y simplifica tremendamente el mecanismo de rastreo. En una modalidad, el sistema se inclina también para cambiar el ángulo de los rayos de sol entrantes que chocan con la abertura durante un tiempo específico del año.

En algunas modalidades para una superficie de techo plana, es posible una mayor eficiencia de energía luminosa al inclinar los paneles de manera modesta (por ejemplo, menos de 45 grados) para mejorar el ángulo de incidencia hacia el encristalado externo, y reducir de esta manera las pérdidas de reflexión del encristalado . En esta última modalidad se pueden instalar unidades de 7263.1 cajas individuales del convertidor de energía! para permitir el acceso entre las hileras para instalajción y mantenimiento. En modalidades el tamaño de la separación puede estar entre 0.5 a 2.5 veces la dimensión de la longitud del módulo en esa dirección de espaciamiento. La inclinación instalada del convertidor afecta el espaciamiento óptimo de tal manera que las sombras de una hilera de convertidores rara vez o nunca caen sobre la hilera de "atrás" . La recolección de energía anual mínima se pierde porque el panel inclinado intercepta la luz que de otra manera hubiera caído en la separación.

Una modalidad incluye por lo menos una computadora que contiene datos de rastreo de sol a lo largo del año, tal como el ángulo solar para un tiempo dado. En una modalidad, la computadora puede usarse como el controlador discutido en la presente (por ejemplo, con referencia a la piel energética, etc.). Asimismo, pueden usarse múltiples controladores/computadoras. Por ejemplo, cada convertidor puede incluir un controlador para controlar su motor de velocidad gradual o el ajuste de su(s) persiana (s) . También, una computadora/controlador central o principal puede comunicarse con uno o más de otros controladores (por ejemplo, provistos para cada conjunto de persianas o convertidores) y manejar los ajustes a las persianas (u otra funcionalidad en los 7263.1 convertidores tal como se discute con referencia a la piel energética más adelante) por convertidor, por grupo de convertidores, regiones en un edificio, etc. La computadora puede incluir: dispositivos volátiles (tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM: random access memory) ) o no volátil (tal como una memoria flash, disco duro, dispositivo de almacenamiento óptico, etc.); uno o más procesadores (por ejemplo, para ejecutar instrucciones y/u operar datos almacenados en los dispositivos de almacenamiento, y/o uno o más buses o interconexiones para acoplar varios componentes de la computadora, tal como un dispositivo de interconexión de red (por ejemplo, una red alámbrica o inalámbrica) (que permite la comunicación con otras computadoras acopladas a la red) , un dispositivo de pantalla (por ejemplo, un monitor para visualizar imágenes, datos, etc., generados por la computadora u otras computadoras) . La computadora puede acoplarse a, y operar, uno o más dispositivos de salida electromecánicos (por ejemplo, vía una interfaz de comunicación tal como RS-232, USB, red (tal como Ethernet o IEEE 802.11 a/b/g/n, etc.) tal como un accionador eléctrico para alterar la posición de las tablillas. En una modalidad la computadora adicionalmente controla la proporción de energía radiante que entra a la piel energética que se convierte a calor versus energía 7263.1 eléctrica. En otra modalidad la computadora adicionalmente controla la proporción de energía radiante que entra a la piel energética que se convierte a calor versus dejar pasar a través como iluminación de cuartos o de edificio. En aún otra modalidad la computadora adicionalmente controla la proporción de energía radiante que entra a la piel energética que se convierte a calor, a energía eléctrica y que se deja pasar como iluminación de cuartos. En otra modalidad la computadora adicionalmente controla el cierre de las persianas por las noches como se desee, por ejemplo, dependiendo del tiempo del año y/o de la temperatura exterior para minimizar o maximizar la pérdida de calor.

Sistemas de control de Pieles Energéticas Un sistema de control de piel energética, en una modalidad, comprende una señal de entrada sensorial (por ejemplo, generada por un sensor en un convertidor, compartida entre uno o más convertidores, asociado con una región en un edificio o complejo, etc.) una señal de efector de piel energética, una computadora controladora (por ejemplo, con un programa de control que acepta datos sensoriales y produce señales de control) , y/o una piel energética (es decir, un convertidor que está adaptado para instalarse en un edificio, o que ya se ha instalado 7263.1 en un edificio) . Una piel energética puede controlarse para 1) interceptar y convertir la luz solar directa a electricidad y calor, 2) abrir para permitir la entrada de la mayor cantidad de luz al edificio si existe muy poca luz directa, o 3) cerrar las persianas para oscurecer el espacio interior y/o proveer de privacidad. El control para uno o más de estos parámetros puede ser automático, por ejemplo, con base en datos de configuración almacenados en un dispositivo de almacenamiento (tal como aquellos discutidos aquí con referencia a la computadora) . Para el aislamiento, un controlador puede cerrar las persianas por la noche o cuando la intensidad de la luz es inferior a un umbral especificado, indica que puede ahorrarse más energía al estar en el modo de aislamiento máximo en lugar del modo de recolección de luz . Al cerrar las persianas por la noche se puede mejorar automáticamente la seguridad evitando la vista desde el exterior. En a'lgunas modalidades, un sistema de control compensa iluminación interna versus recolección de calor versus generación de electricidad de acuerdo con uno o más algoritmos que pueden hacerse para maximizar una condición deseada.

En una modalidad de automatización, se detectan nubes que pasan por arriba, lo cual afecta la producción de electricidad. En esta situación, puede mejorarse la 7263.1 iluminación abriendo las tablillas para mejorar el "factor de visión" del espacio interior hacia el cielo y el descentrado que podría bajar la iluminación en el interior por los efectos de nublado. Con esta modificación se necesita menos ajuste de iluminación con pérdidas minimizadas de energía eléctrica para la condición temporal porque el área de celdas solares solo se ilumina por la falta de luz solar directa. Un poco más simple es el caso del sol que se oculta o del cielo que empieza a oscurecerse suficientemente de tal manera que las tablillas se orientan automáticamente a la posición nocturna para un aislamiento mejorado y para minimizar la pérdida de luz a través de la apertura del recolector de la iluminación interior. Todo esto es superior a los tragaluces estáticos convencionales o a los tratamientos para ventanas .

Los sistemas de control pueden conectarse a otras cargas del edificio para minimizar la salida de energía pico del edificio. Los días parcialmente nublados pueden tener una salida fotoeléctrica sustancialmente variable. Sin embargo algunas cargas como acondicionadores de aire, sistemas de refrigeración, sistemas de ventilación, o sistemas de carga UPS pueden modularse durante periodos de generación de energía fotoeléctrica intermitente para descender la carga del 7263.1 edificio cuando la energía fotoeléctrica cae durante momentos nublados. Cuando la luz solar regresa o de otra manera en una forma coordinada estas cargas semidiscrecionales pueden voltearse hacia abajo o hacia arriba. La "inercia" en el sistema (térmicamente para AX y refrigeración) permite un impacto despreciable para dicha modulación de corta duración maximizando potencialmente los costos de electricidad totales. Esto es porque muchos edificios grandes y áreas con restricción de energía eléctrica introducen Jnergía eléctrica por separado de la energía para dar cuenta del reto de la compañía eléctrica en suministrar suficiente energía eléctrica, porque las infraestructuras de generación, transmisión y distribución | están dimensionadas para el peor escenario de cargas.

Un sistema de control puede permitir | a un ocupante de un edificio solicitar un cambio temporal en la orientación de las tablillas para ver algo del exterior, oscurecer el cuarto, u otro propósito. Dsspués de un periodo de tiempo programado, el sistema reanudará el modo de generación de energía. Tales controles remotos podrían operar de manera similar a la de un abridor de puerta de garaje con señales de RF o IR para minimizar la necesidad de cableado en el edificio. Este modo permitiría un control individual sobre los tratamientos 7253.1 para ventanas por lo menos temporalmente para yer al exterior dependiendo de la orientación de las tabl: lias .

Elementos de Esquemas de Control de Pieles Energéticas Cada uno de los elementos de control de pieles energéticas enumerados, ya sean solos o combinados con otros elementos, se pueden usar para controlar una o más pieles energéticas. Por ejemplo, se puede ingresar una señal de temperatura ambiente, una señal de ajuste de termostato interno y una señal de luz externa a una computadora de control. La computadora ejecuta software que compara el ajuste de termostato interno con la temperatura ambiente y controla el ajuste de las tablillas en la piel energética para recolectar más calor de la luz solar, si la señal de luz externa excede un umbral. En otra modalidad, el sistema de control detecta la presencia de personas en el edificio, una señal de luz interna y una señal de luz externa y después dirige una piel energética para que desvíe más luz dentro del edificio para aumentar la luz del edificio hasta un valor objetivo. En otra modalidad, se ingresa una señal que indica la presencia o ausencia de personas dentro del edificio o cuarto y la computadora de control ajusta una piel energética para evitar que entre menos l z del exterior al edificio al detectar que la gente sale. En 7263.1 otra modalidad se dirige una piel energética para permitir la entrada de menos luz y más calor en lugar de cuando una señal de luz de cuarto de entrada indica que las luces se han apagado.

Los datos de señales de entrada de ejemplo incluyen: temperatura del cuarto, temperatura de exteriores, diferencial de temperatura interna-externa, luz interior, luz exterior, diferencial de luz interior-exterior, tiempo del año (temporada caliente versus fría) , tiempo del año (ángulo de elevación del sol almacenado o calculado u otro parámetro) , tiempo del día (ángulo de elevación del sol almacenado o calculado, azimut) , ajuste de termostato interno versus otro dato, encendido de luz interna, presencia de personas en el edificio, cuarto (días de vacaciones, etc.), y necesidad relativa o absoluta por agua caliente. Las señales de salida del efector de ejemplo del controlador de piel energética incluyen: control de ángulo de tablillas, control de cierre de tablillas, control de conversión eléctrica, flujo de bomba de refrigerante de persianas, otras posiciones de bomba y válvula para el uso de calor por parte del edificio, alarma contra intrusos con base en sombras por la noche, cierre de tablillas sustancialmente completo en una dirección (superficie reflectante orientada hacia fuera) versus dirección 7253.1 opuesta y superficie no reflectante o coloreada orientada hacia fuera.

En algunas modalidades, el diseño de las tablillas puede optimizarse para una instalación particular tomando en cuenta patrones de clima lcjcales, orientación de la instalación (inclinación y azimut) , cualquier obstrucción local, la longitud de tablilla total utilizada, y si se desea la entrada de luz de la luz de día interior difusa o salida de luz a travos del colector. Los elementos de entrada y los elementos de salida de control de la piel energética representativos enumerados arriba ejemplifican algunos de los parámetros, pero el técnico experto apreciará fácilmente parámetros útiles adicionales.

Uso Nocturno de la Piel Energética Aunque está diseñada principalmente | para conversión de radiación, las modalidades incluyen características útiles para uso nocturno. Una piel energética puede proveer aislamiento en comparación con el de una fachada cuando se usa sobre superficies de construcción convencionales, vía un cierre de tablillas automático por la noche. Dicho movimiento automatizado puede usarse como una barrera convectiva. Un convertidor alojado con una capa extra de vidrio o relleno añade otra 7263.1 barrera de convección y/o conductora.

Una piel energética puede cerrar persianas de superficie reflectante en la noche para proporcionar una superficie reflectante al exterior que minimiza costos de iluminación nocturna. En una modalidad las tablillas incluyen uno o más elementos emisores de luz para iluminación adicional generalmente externa o la creación de patrones tales como mensajes publicitarios. Una piel energética puede proporcionar seguridad al proteger automáticamente de la vista desde el exterior de los contenidos de un cuarto. En otra modalidad, la salida de las celdas solares de un convertidor en la noche se usa para monitorear la existencia de un patrón de sombras que caen sobre el lado de un edificio y puede usarse para propósitos de seguridad para alertar de la presencia de patrones de luz inesperados o anómalos. En una modalidad, un controlador compara patrones de cambio en la actividad de luz para aprender nuevos patrones y también para aprender patrones que indican la aproximación ce una persona a un edificio. Las superficies de tablillas de "interior" cóncavo pueden pintarse en una amplia variedad de colores o patrones para proporcionar una estética o publicidad que puede usarse en el día o en la noche. El costo de instalación de un convertidor puede reducirse sustancialmente cuando el dispositivo no requiere el 7263.1 anclaje a un exterior de edificio y puede resist|ir con más facilidad el viento, la lluvia y temperaturas extremas que requiera ese tipo de instalación.

En una modalidad, se circula fluido caliente a las tablillas en la noche para disipar calor. Esta modalidad es particularmente útil en regiones desérticas que experimentan días calientes y noches frías. En una modalidad, un sensor de temperatura determinará cuándo se ha alcanzado un punto de ajuste de temperatura mínima y activará entonces una bomba para mover fluido caliente desde el interior del edificio hacia las tablillas para enfriar el fluido y regresar el fluido al interior en el calor puede ser absorbido, enfriando así el interior del edificio o enfriando un tanque de almacenamiento de Jnergía térmica. En una modalidad, se usan dos circuitos de fluido separados, un circuito caliente durante el día mediante el cual se ingresa energía térmica para calentar agua u otros propósitos. Los mismos conductos de las tablillas pueden cambiarse en forma fluida en la noche para permitir que el fluido de aire acondicionado caliente circule hacia las tablillas y libere calor en la noche. En una modalidad, ambos circuitos son sistemas de circuito cerrado, aunque en algunos ambientes en donde la congelación no es un problema, puede usarse solo agua para dirigí] el calentamiento de agua caliente durante el día.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Una persiana que comprende: una superficie para recibir celdas solares sobre un primer lado de la persiana; y un conducto de fluido en contacto térmico con la superficie, el conducto de fluido comprende extremos de entrada y salida de fluido que también sirven como pivotes para que la persiana gire a lo largo de un eje largo de la persiana, en donde una persiana vecina que tiene un lado orientado hacia el primer lado de la persiana comprende una curvatura reflectante cóncava para enfocar luz sobre las celdas solares.

2. La persiana según la reivindicación 1 , en donde un segundo lado, opuesto al primer lado de la persiana, comprende una curvatura cóncava reflectante para enfocar luz sobre celdas solares de otra persiana vecina .

3. La persiana según la reivindicación | 2 , en donde la curvatura reflectante cóncava es parabólica ,

4. La persiana según la reivindicación 1, en donde adicionalmente comprende una pluralidad de características para proporcionar marcas de ensamblado o montaje, o características de encapsulación y sellado para las celdas solares. 7263. i

5. La persiana según la reivindicación! 1, en donde la persiana está construida principalmente de aluminio

6. La persiana según la reivindicación 5, en donde la superficie y el conducto se construyen ide una sola pieza de aluminio extrudido.

7. La persiana según la reivindicación! 1, en donde la curvatura cóncava es parabólica.

8. La persiana según la reivindicación! 1, en donde por lo menos un extremo de las celas solares se acoplará a uno o más diodos

9. La persiana según la reivindicación! 1, en donde el conducto de fluido se extiende más allá | de un extremo de la superficie para formar una primera s|ección de pivote y se extiende más allá de otro extremo | de la superficie para formar una segunda sección de pivote .

10. La persiana según la reivindicación 9 , en donde la primera y segunda secciones de pivote se a¡coplan a juntas tóricas.

11. La persiana según la reivindicación 10, en donde cada sección de pivote comprende 2 juntas tóricas que proporcionan un sello líquido y que actúa como un cojinete de rotación.

12. La persiana según la reivindicación | 1 , en donde adicionalmente comprende un accionador de motor de 7263.1 velocidad gradual unido a por lo menos un extremoj de la persiana para hacer pivotar la persiana y la persiana vecina .

13. La persiana según la reivindicación 1, en donde las celdas solares están acopladas a la superficie por medio de un adhesivo eléctricamente no condujctor y térmicamente conductor.

14. La persiana según la reivindicación |13, en donde el adhesivo comprende epoxx térmicamente conductor.

15. Un aparato que comprende: un convertidor que comprende una pluralidad de persianas acopladas en paralelo a lo largo de in eje largo; y una cubierta de convertidor que tien'e una cubierta transmisora de luz y una cubierta posteriLr, en donde la cubierta- del convertidor genera un volumen' entre las cubiertas frontal y posterior en el cual reside la pluralidad de persianas paralelas y en donde por lo menos una de las persianas comprende: una superficie que recibe celdas solares sobre un primer lado de la persiana; y un conducto de fluido, en contacto térmico con la superficie y paralelo al eje largo, para extraer calor de la persiana, en donde una persiana vecina que tiene un lado orientado hacia el primer lado de la persiana 7263.1 comprende una curvatura reflectante cóncava para enfocar luz sobre las celdas solares.

16. El aparato según la reivindicación |16, en donde adicionalmente comprende un motor de velocidad gradual para hacer un ajuste a una posición de la |por lo menos una persiana y la persiana vecina

17. El aparato según la reivindicación 15, en donde la superficie es sustancialmente plana.

18. Un sistema que comprende: un controlador acoplado a una pluralidad de persianas para ajustar una posición de la pluralijdad de persianas ; un dispositivo de almacenamiento para almacenar datos que corresponden al ángulo del sol durante un tiempo dado, en donde el controlador ocasiona el ajuste a la posición de la pluralidad de persianas con base en los datos almacenados y en donde la pluralidad de persianas comprenden : una primera persiana que tiene un lado orientado hacia un primer lado de una segunda persiana, el lado de la primera persiana comprende una curvatura reflectante cóncava para enfocar luz sobre celdas solares acopladas al primer lado de la segunda persiana; y la segunda persiana comprende un conducto de fluido en contacto térmico con las celdas solares. 7263.1

19. El sistema según la reivindicación 18, en donde adicionalmente comprende un motor de velocidad gradual acoplado al controlador y a la pluralidad de persianas, en donde el motor de velocidad gradual tiene como objeto ajustar la posición de la pluralidad de persianas . 20 El sistema según la reivindicación |18, en donde el controlador comprende un procesador| para procesar datos almacenados . 7263.1