MX2011011979A - Panel concentrador fotovoltaico solar. - Google Patents

Panel concentrador fotovoltaico solar.

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Abstract

Un panel concentrador fotovoltaico solar comprende un concentrador de la lente Fresnel que puede ser arqueado y un receptor fotovoltaico dentro de un contenedor que comprende una ventana superior. La lente, la celda fotovoltaica y la ventana pueden ser fijadas en un contenedor sin mecanismos de seguimiento solar internos o partes de movimiento internas relacionadas tales como motores, sistemas de manejo o rodamientos. La ventaja es transparente y el fondo del contenedor típicamente dimensionado y configurado como un intercambíador de calor para disipar pasivamente el calor residual del receptor fotovoltaico al medio ambiente. El concentrador de la lente Fresnel es típicamente un concentrador de la lente Fresnel auto-estable dispuesto dentro del contenedor en una posición fijada con relación a una dimensión interior del contenedor, ópticamente que forma una región focal de luz solar concentrada. El receptor fotovoltaico comprende una celda fotovoltaica o grupo de tales celdas dispuestas dentro del contenedor y unidas al fondo en una posición fijada con relación a una dimensión interior del contenedor.

Description

PANEL CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO SOLAR CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona generalmente a la recolección y conversión de energía solar, y específicamente a concentradores fotovoltaicos solares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Gran parte de la tecnología de concentrador fotovoltaico solar actual involucra el uso de paneles solares grandes, incómodos, pesados, y, debido a su tamaño y volumen, relativamente costosos. La mayoría de los concentradores fotovoltaicos usan ya sea lentes Fresnel planas y/o espejos parabólicos para enfocar la luz solar sobre celdas fotovoltaicas de silicio o de multi-unión.
Un mejor procedimiento óptico es usar lentes Fresnel, las cuales pueden ser arqueados o de domo, para enfocar la luz solar sobre las celdas fotovoltaicas, puesto que las ventajas ópticas de las lentes arqueadas o de domo sobre las lentes o espejos Fresnel planos son muchas y son bien conocidas para aquellos de habilidad ordinaria en la técnica de la tecnología de concentrador fotovoltaico. Sin embargo, los paneles solares actuales que utilizan lentes Fresnel grandes, arqueadas no obstante son voluminosas, pesadas y requieren grandes disipadores de calor. Si la lente arqueada comprende un plástico acrílico, que es el material presentemente preferido, estas lentes acrílicas son flamables y se pueden dañar debido a la exposición a la intemperie y elementos ambientales tales como granizo, viento, arena soplada y los similares. Además, el material de la lente acrilica permite que el vapor de agua se difunda a través de la lente en el interior del panel concentrador, donde la condensación puede causar problemas ópticos (condensación sobre la lente) y eléctricos (condensación sobre el circuito de la celda) .
DIBUJOS La Fig. 1 es una vista en perspectiva parcial de un panel concentrador fotovoltaico ejemplar; la Fig. 2 es una vista en perspectiva parcial recortada de una vista esquemática cercana de una porción de un panel concentrador fotovoltaico ejemplar; la Fig. 3 es una vista diagramática de vectores del trazo de rayo de una modalidad ejemplar; la Fig. 4 es una vista en perspectiva parcial recortada de una modalidad ejemplar con soportes de lente Fresnel con una lente Fresnel ejemplar y sus extremos de soporte mostrados en la vista esquemática por arriba del contenedor; la Fig. 5 es una vista en perspectiva parcial recortada de una modalidad ejemplar con soportes de lente Fresnel; y la Fig. 6 es una vista en perspectiva parcial recortada de un ensamble receptor fotovoltaico ejemplar.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con referencia ahora a la Fig. 1, en una modalidad, el panel concentrador fotovoltaico 1 comprende un contenedor 10, una o más ventanas 20, uno o más concentradores de lente Fresnel 30 y uno o más receptores 40. En ciertas modalidades, el panel concentrador fotovoltaico 1 además comprende uno o más radiadores 50.
El contenedor 10 comprende una parte superior 12, lados 15-18 y fondo 14. Los lados 15 y 17 (Fig. 4) pueden ser (y son típicamente) configurados como placas de extremo unidas a los lados ,16 y 18 y utilizados para cerrar el contenedor 10. En una modalidad preferida, las placas de extremo 15 y 17, lados 16 y 18 y fondo 14 comprenden una unidad de aluminio formada de una sola pieza parecida a un recipiente rectangular con una parte superior abierta. Nótese que en la Fig. 4, la placa de extremo 15 no se muestra directamente ya que la Fig. 4 es una vista recortada del contenedor 10.
En ciertas modalidades contempladas, el fondo 14 comprende una lámina de radiador de aluminio. Sin embargo, el material del contenedor nó es de ninguna manera restringido al aluminio, puesto que muchos otros materiales tales como acero galvanizado, plásticos, vidrio o los similares, o una combinación de los mismos se podrían utilizar.
Como es típicamente configurado, el contenedor 10 comprende un recinto resistente a la intemperie, con uniones o sellos impermeables entre los componentes exteriores, que incluye la parte superior 12, lados 16 y 18, fondo 14 y placas de extremo 15 y 17 (Fig. 4) . Configurado de esta manera, el contenedor 10 es adecuado para permitir el montaje de circuitos y/o componentes electrónicos dentro del contenedor 10, estos componentes electrónicos típicamente representan elementos de balance del sistema como se pueden encontrar en sistemas de energía solar típicos. En ciertas modalidades, estos circuitos y componentes electrónicos se pueden montar a una o más de las superficies internas del contenedor 10 y ser operativamente interconectadas entre sí y a los receptores 40 para proporcionar funcionalidad del balance del sistema útil, tal como convertidores de voltaje DC a DC, inversores DC a AC, controladores de seguimiento solar que pueden comprender una unidad basada en microprocesador de bucle abierto o los similares, o combinaciones de los mismos. El montaje interno de estos componentes electrónicos puede ahorrar costo en el nivel del sistema al eliminar la necesidad de cajas de unión resistentes a la intemperie para estos componentes y al permitir la instalación de fábrica de estos componentes electrónicos dentro del contenedor 10, antes que el ensamble de campo de estos componentes electrónicos.
En ciertas modalidades contempladas, el contenedor 10 también puede incluir uno o más puertos de respiración 11, que proporcionan un conducto fluido entre el interior del contenedor 10 y el ambiente exterior y se dimensiona para ayudar a prevenir una presión diferencial entre una porción interior del contenedor 10 y el aire exterior.
En modalidades preferidas, la parte superior 12 comprende un material transparente que define la ventana 20. Típicamente, la ventana 20 comprende un vidrio con dimensiones típicas de alrededor de 1 metro de ancho por alrededor de 1.5 metros de largo. En las modalidades actualmente contempladas, la ventana 20 puede comprender un vidrio recubierto con un recubrimiento de anti-reflexión (AR) en una o ambas de sus superficies, minimizando la pérdida de transmitencia óptica por los rayos solares que pasan a través del vidrio. Por ejemplo, un recubrimiento de sol-gel barato en ambas superficies de vidrio puede lograr 96% de transmitencia neta para el vidrio flotado templado, de bajo contenido de hierro, con un espesor de alrededor de 3 mm. El material de ventana no es de ninguna manera restringido al vidrio, puesto que cualquier material transparente, tal como lámina o película de plástico, podría cumplir la misma función. Por ejemplo, en alternativa, las modalidades de peso más ligero, la ventana 20 puede comprender una lámina de polímero, tal como plástico acrílíco, una película de polímero tal como material de fluoropolímero ETFE o FEP, una combinación laminada de vidrio de materiales de polímero o los similares o una combinación de los mismos.
La ventana 20 puede ser coextensiva con toda la parte superior 12 o comprender una porción predeterminada de la parte superior 12 tal como que está dispuesta dentro de un marco de montaje de vidrio (no mostrado en las figuras) que es por lo menos coextensivo con la parte superior 12.
En modalidades actualmente preferidas, la ventana 20 no es una lente y no contiene cualquiera de las características de la lente, sirviendo en cambio para permitir la luz incidente en el contenedor 10 y para proteger el concentrador de lente Fresnel 30, receptor 40 y otros componentes interiores de exposición a elementos del clima tales como lluvia, granizo, arena soplada, suciedad y viento.
Las placas de extremo 15 y 17 (Fig. 4) y los lados 16 y 18 pueden comprender cualquier material adecuado, de preferencia no flamable, tal como un metal o vidrio.
Con referencia adicionalmente a la Fig. 2, los concentradores de la lente Fresnel 30 son típicamente acrílicos u otros concentradores de la lente Fresnel 30 poliméricos que se unen al soporte de la lente tal como un portador de la lente 32 u otros soportes de la lente tales como soportes de extremo 19a y 19b (Fig. 4) tal que hay típicamente uno de tal concentrador de lente Fresnel 30 por receptor 40. Como es discutido en la presente enseguida, el receptor 40 comprende uno o más circuitos de celda fotovoltaica 49 que son típicamente un arreglo lineal de una pluralidad de celdas fotovoltaicas operativamente interconectadas 41. En una modalidad típica adicional, los concentradores de la lente Fresnel 30 son arqueados. Una característica importante del concentrador de la lente Fresnel 30 es que es delgada, de peso ligero y económico para producir. En una modalidad preferida, la lente es una lente Fresnel flexible, arqueada, acrílica u otra refracción simétrica polimérica de aproximadamente 0.25 mm de espesor y hecha por un proceso de rollo a rollo continuo, tal como tallado en relieve de la película de la lente. Tal película de la lente se hace típicamente en forma plana y suministrada en rollos y tiene dimensiones relativamente pequeñas (por ejemplo, alrededor de 16 cm de abertura de ancho, 14 cm de longitud focal y 160 cm de longitud de abertura) . Para el uso en la presente invención, la película de la lente es típicamente primero recortada al tamaño final y luego mecánicamente doblada o térmicamente formada en la forma arqueada y unida al portador de la lente 32 u otros soportes de la lente tal como 19a, 19b. Sin embargo, se pueden utilizar formas diferentes arqueadas, con la condición de que cumplan con las enseñanzas en la presente.
Utilizando un arreglo de concentradores de la lente Fresnel 30 pequeños permite que el panel concentrador fotovoltaico 1 tenga una profundidad de solamente unas pocas pulgadas contra una profundidad de módulo fotovoltaico de concentración convencional de 2-3 pies. Esto puede ahorrar costos tales como para materiales de reciento, costo de empaquetamiento/embarque y/o costo de instalación.
Una característica importante adicional del concentrador de la lente Fresnel 30 es que se monta dentro del contenedor 10 independientemente de la ventana 20. De esta manera, en instalaciones típicas, los concentradores de la lente Fresnel 30 y receptores 40 son configurados como pares independientes con soportes auto-alineación que no se conectan a la ventana 20, es decir un concentrador de la lente Fresnel 30 se empareja con un receptor 40 específico. Se entiende que puede ser una pluralidad de concentradores de la lente Fresnel 30 emparejados y que corresponden a los circuitos de celda fotovoltaica 49 dentro del contenedor 10.
Si el panel concentrador fotovoltaico 1 usa concentradores de la lente de domo 30 y celdas fotovoltaicas 41 de multi-unión, el diseño de la lente de domo puede incluir además características de mezcla de color como se conocen en la técnica. El contenedor 10, que incluye la ventana 20 y el fondo 14 dimensionados y configurados para actuar como una estructura de rechazo de calor, se puede adaptar a un número de diferentes configuraciones del concentrador fotovoltaico utilizando concentradores de la lente 30 auto-estable de varias geometrías que se enfocan en las celdas fotovoltaicas 41 de varios tipos. El material concentrador de la lente no es de ninguna manera restringido al acrílico u otro plástico polimérico, puesto que los concentradores de la lente 30 podrían ser hechos de cualquier material moldeable transparente, tal como materiales de silicona claros.
Con referencia adicionalmente a la 'Fig. 4, en modalidades típicas, el concentrador de la lente Fresnel 30 no se une a la ventana 20. En modalidades actualmente contempladas, cada concentrador de la lente Fresnel 30 se asegura a lo largo de un borde predeterminado en el portador de la lente 32, si el soporte lateral se utiliza, o a lo largo de sus extremos, si los soportes de extremo tales como los soportes de extremo 19a y 19b se utilizan. Si el soporte lateral se utiliza, cada portador de la lente 32 se soporta en sus extremos, o incrementalmente a lo largo de su longitud, para mantener su posición con relación al centro del circuito de la celda fotovoltaica 49, para de esta manera asegurar que la línea focal producida por el concentrador de la lente Fresnel 30 permanezca centrada en el circuito de la celda fotovoltaica 49. Si los soportes de extremo 19a, 19b se utilizan, la necesidad para el portador de la lente 32 se elimina al reemplazar los portadores de la lente 32 con los soportes de extremo 19a y 19b. En una modalidad preferida, soportar cada concentrador de la lente Fresnel 30 en alineación con cada receptor 40 y/o su circuito de la celda fotovoltaica 49 se hace posible al separar los concentradores de la lente Fresnel 30 individuales de la ventana 20.
Con referencia adicionalmente a la Fig. 6, con respecto al receptor 40, una o más celdas fotovoltaicas 41 se ensamblan en el circuito de la celda fotovoltaica 49 y se unen al portador 42 (Fig. 6) que puede servir como una superficie de montaje para las celdas fotovoltaicas 41 y también puede contener capas que sirven como un aislante eléctrico para prevenir el cortocircuito de las celdas fotovoltaicas 41 al fondo 14 (Fig. 1) del panel concentrador fotovoltaico 1 (Fig. 1) . Estas celdas fotovoltaicas 41 son típicamente celdas solares de silicón y típicamente de alrededor de 0.8 cm de ancho que se pueden hacer mediante procesos de producción en masa de bajo costo convencionales ampliamente utilizados en la industria de celda solar de un sol. El material de la celda solar no es de ninguna manera restringida al silicón, puesto que muchos otros materiales de arseniuro de galio (GaAs) al seleniuro de galio de indio de cobre (CIGS) al fosfuro de indio de galio-arseniuro de galio-germanio (GalnP-GaAs-Ge) de unión triple se podrían utilizar.
Típicamente, los receptores 40 son completamente encapsulados y aislados dieléctricamente y capaces de la operación de alto voltaje por décadas sin fallos a tierra (cortocircuitos a las estructuras de rechazo de calor) . El portador 42 puede actuar como un sustrato y puede comprender un tablero de circuito flexible o circuito impreso u otro elemento de circuito electrónico, como es bien conocido por aquellos de habilidad ordinaria en la técnica del ensamblaje de circuitos de celda fotovoltaica u otros tipos de circuitos electrónicos. En una modalidad preferida, el portador 42, actúa como un aislador eléctrico, puede incluir una o más capas de película dieléctrica independientes 46, cada una hecha de un material de aislamiento de alto voltaje tal como poliimida, dispuesto por debajo del circuito de la celda del concentrador fotovoltaico 49. Dos o más capas de película dieléctrica independientes 46 son preferidas para prevenir la ruptura de aislamiento debido a un agujero minúsculo u otro defecto en una capa de película dieléctrica 46.
Aun con referencia a la Fig. 6, en su forma más simple, como una clarificación adicional de la modalidad preferida del receptor 40, el receptor 40 puede comprender uno o más circuitos de celda del concentrador fotovoltaico 49. Cada circuito de la celda fotovoltaica 49 típicamente comprende una o más celdas fotovoltaicas 41 que son eléctricamente interconectadas utilizando un conducto eléctrico 49a. Cada conducto eléctrico 49a es típicamente un cobre u otra tira metálica operativamente en comunicación eléctrica con la superficie superior de una celda fotovoltaica 41 y la superficie inferior de una celda fotovoltaica vecina 41, para de esta manera unir estas dos celdas fotovoltaicas 41 en serie eléctricamente. Este patrón típicamente se repite a lo largo del circuito de la celda fotovoltaica 49 hasta que el circuito de la celda fotovoltaica 49 se completa con uno o más alambres de extremo de cobre aislados 48 que salen del receptor fotovoltaico 40 en cada extremo del circuito de la celda fotovoltaica 49.
El portador 42, típicamente una tira de aluminio, se utiliza para soportar el circuito de la celda fotovoltaica 49. El circuito de la celda del concentrador fotovoltaico 49 es típicamente enlazado adhesivamente a la primera capa adhesiva 45. La capa de película dieléctrica 46 se puede presentar y enlazar adhesivamente a la segundo capa adhesiva 47 la cual luego se enlaza al portador 42. El portador 42 se puede unir al fondo 14 del contenedor 10 utilizando cualquier medio adecuado tal como por una capa adhesiva adicional.
En una modalidad preferida, el circuito de la celda fotovoltaica de capas inferiores 49 comprende la capa adhesiva térmicamente cargada 45, además comprende un material de silicona tal como Dow Corning Sylgard® 184 cargada de alúmina; capa de película dieléctrica 46, además comprende una o más capas laminadas de material de poliimida tal como DuPont Kapton® CR, donde dos de tales capas son preferidas; y capa adhesiva 47, además comprende una silicona térmicamente cargada tal como Dow Corning Sylgard® 184 cargada de alúmina. Donde la capa dieléctrica 46 comprende capas redundantes de poliimida, estas proporcionan durabilidad y conflabilidad adicionada en caso de un defecto tal como una burbuja de aire o vacío en una de las capas.
Para facilitar el manejo y ensamble, el circuito de la celda fotovoltaica 49 se puede enlazar a la capa de película dieléctrica 46 utilizando un adhesivo térmicamente cargado en la primera capa adhesiva 45 y luego se enlaza al portador 42 utilizando una segunda capa adhesiva térmicamente cargada 47 y el portador 42 que a su vez está unido al fondo 14 del contenedor 10 utilizando otro capa, por ejemplo, una tercera capa, del adhesivo térmicamente cargado.
La capa de encapsulamiento 43 se une a una porción superior del circuito de la celda fotovoltaica 49, y uno o más cubiertas de prisma 44 se unen a la capa de encapsulamiento 43 para ayudar en el enfoque de la energía de luz incidente sobre el circuito de la celda fotovoltaica 49. En una modalidad preferida, la capa de encapsulamiento clara 43 comprende material de silicona, tal como Dow Corning Sylgard® 184 y cubierta de celda prismática 44 comprende material de silicona tal como Dow Corning Sylgard 184®. En modalidades preferidas, la cubierta de celda prismática 44 reduce la pérdida del sombreado de las líneas de división de metal en la superficie superior de las celdas fotovoltaicas 41 al refractar la luz solar enfocada lejos de estas lineas de división en lugar del material de celda solar activo. La cubierta de celda prismática 44 típicamente se moldea en o se une a la capa de encapsulamiento clara 43 sobre cada celda fotovoltaica 41 para eliminar la pérdida del sombreado de las líneas de división.
Con referencia nuevamente a la Fig. 2, en otra modalidad, el circuito de la celda fotovoltaica 49 se monta además en el disipador de calor 50 que actúa como un conducto térmico así como un soporte para el circuito de la celda fotovoltaica 49. En ciertas de estas modalidades contempladas, cada disipador de calor 50 además comprende el conducto de fluido 52, cualquiera de los cuales comprende una superficie superior sustancialmente plana en la cual uno o más circuitos de la celda fotovoltaica 49 se montan. En una preferida de estas modalidades, el conducto de fluido 52 está por lo menos parcialmente dispuesto internamente dentro del disipador de calor 50. En estas modalidades, el disipador de calor 50 se adapta para transferir calor residual del receptor 40 en el fluido dentro del portador de fluido 52. Tal fluido puede estar en la forma de un líquido tal como solución de propilenglicol-agua, o puede estar en la forma de un fluido de cambio de fase líquida a vapor que sirve, por ejemplo, como una pipa de calor. Adicionalmente, el líquido se puede bombear a través del portador de fluido 52 por el uso de una bomba auxiliar (no mostrada en las figuras) . El rechazo de calor residual adecuado puede ser alternativamente por la vía del enfriamiento de aire pasivo, tal como al utilizar un radiador de lámina trasera de aluminio delgado, por ejemplo, 1 mm de espesor. Es actualmente contemplado que una versión enfriada con aire de la invención será utilizada para la producción de electricidad sola mientras que una versión enfriada con liquido será utilizada para la electricidad combinada y producción de calor.
El calor residual por lo tanto puede ser eficientemente recolectado al aislar el disipador de calor 50 para minimizar las pérdidas de calor al ambiente y también al suministrar el calor absorbido por el fluido a una carga de calor cercana, tal como puede ser apropiado para el uso como agua caliente para una aplicación industrial o comercial. El material de aislamiento también puede envolverse alrededor de los lados y bordes superiores del disipador de calor 50, dejando solamente el material de celda solar activo del receptor 40 expuesto al enfoque del concentrador de la lente Fresnel 30. Si múltiples disipadores de calor 50 se utilizan en el panel del concentrador fotovoltaico 1, que corresponde a múltiples circuitos de la celda fotovoltaica 49 bajo múltiples concentradores de la lente Fresnel 30, los portadores de fluido 52 se pueden conectar a los colectores aislados u otros elementos del sistema de distribución de fluido aislado en los extremos del panel del concentrador fotovoltaico 1, utilizando materiales y diseños bien conocidos para aquellos de habilidad ordinaria en la técnica en la recolección de calor solar. En una modalidad, el material de aislamiento térmico comprende una espuma de isocianurato u otra espuma térmicamente aislante, materiales bien conocidos para aquellos de habilidad ordinaria en la técnica de la recolección de calor solar.
En algunas de estas modalidades, cuando el calor residual generado dentro del receptor 40 va a ser disipado a los alrededores, el fondo 14 también actúa como un intercambiador de calor y comprende un material térmicamente conductivo, por ejemplo, aluminio, que actúa como un disipador de calor para el receptor 40 asi como para transferir el calor residual a los alrededores tal como por convección y radiación. De esta manera, en estas modalidades el fondo 14 puede actuar como un radiador de plano trasero para el enfriamiento de aire ambiental. Para minimizar la temperatura del radiador para el procedimiento de enfriamiento con aire, las superficies del radiador de plano trasero deben ser reflectivas de las longitudes de ondas solares y absorbentes/emisivas de longitudes de onda infrarrojas, que se pueden lograr con anodización clara del aluminio o con pintura blanca.
En otra modalidad preferida de estas modalidades, cuando el calor residual generado dentro del receptor 40 va a ser recolectado y utilizado, el fondo 14 comprende un recinto inferior durable, de bajo costo hecho de un material tal como vidrio o un metal adecuado que también puede actuar como un soporte para un receptor 40 enfriado por liquido, térmicamente aislado. Un material trasero de vidrio tiene una ventaja adicional de permitir que la luz solar difusa sea transmitida completamente a través de la parte superior 12 y el fondo 14 del panel del concentrador fotovoltaico 1, reduciendo tanto la temperatura de los concentradores de la lente Fresnel 30 dentro del panel del concentrado fotovoltaico 1 como las superficies externas del panel del concentrador fotovoltaico 1.
Por otra parte, la configuración y el tamaño relativamente pequeño del receptor 40 es disponible para el uso del equipo de fabricación de ensamble de celda solar probada, de alta calidad y circuito semiconductor y métodos y pueden ser ensambles de producción, completamente automatizados a una velocidad más alta y menor costo y mejor calidad .
El receptor pequeño 40 o ensamblajes de circuito de la celda fotovoltaica 49 son más eficientes que el receptor grande 40 o ensamblajes de circuito de la celda fotovoltaica 49, debido a las corrientes más pequeñas y las distancias más pequeñas que las corrientes deben ser conducidas, haciendo los receptores 40 divulgados más eficientes que los receptores 40 en módulos fotovoltaicos de concentración grande convencionales. Además, las aberturas pequeñas hacen el rechazo del calor residual más simple y menos costoso, debido a la pequeña cantidad del calor residual y las distancias pequeñas de este calor residual necesitan ser conducidas para la disipación, dando por resultado temperaturas de celda más bajas y eficiencias de celda más altas que para los módulos fotovoltaicos de concentración más grande convencionales.
Con referencia ahora a la Fig. 3, como clarificación adicional de la funcionalidad del panel del concentrador fotovoltaico 1, el diagrama de traza de rayos en la Fig. 3 ilustra el camino de los rayos solares 99, primero a través de la ventana 20, luego enfocado por los concentradores de la lente Fresnel 30 y finalmente absorbidos y convertidos en energía útil por los circuitos de la celda fotovoltaica 49 en el receptor 40 (Fig. 2) .
Con referencia ahora a la Figs . 4-5, como clarificación adicional de la construcción de una modalidad preferida del panel del concentrador fotovoltaico 1, cada concentrador de la lente Fresnel 30 se soporta por uno o más arcos de extremo 19a, 19b que se unen al fondo 14. En una modalidad preferida, la unión es por la vía de simples resorte de metal, por ejemplo 19d, el cual aplica una fuerza de tensión ligera al concentrador de la lente Fresnel 30 para mantenerla sustancialmente recta y en posición apropiada al aplicar una fuerza exterior a la unión de arco superior 19c que se enlaza a la lente 30, para de esta manera aplicar una fuerza de tensión longitudinal a la lente 30.
Con referencia ahora a la Fig. 5, como clarificación adicional de los detalles en ciertas modalidades para cada arco de extremo 19a y su relación con el circuito de la celda fotovoltaica 49 en el receptor 40, donde el circuito de la celda fotovoltaica 49 se alinea a la linea focal del concentrador de la lente Fresnel 30 arqueado, una modalidad preferida se muestra mediante lo cual el portador 42 sirve para soportar el receptor 40 y se configura para auto-alinearse con una característica del arco de extremo 19a. Tal auto-alineamiento de un concentrador de la lente Fresnel 30 ¦ individual con su circuito de la celda fotovoltaica 49 emparejada es posible solamente cuando el concentrador de la lente Fresnel 30 no se une a la ventana 20 (Fig. 1) .
La divulgación y descripción anterior de las invenciones son ilustrativas y explicativas. Varios cambios en el tamaño, forma y materiales, así como en los detalles de la construcción ilustrativa y/o método ilustrativo se pueden hacer sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, mientras que las ilustraciones y descripciones anteriores se han dirigido para incluir lentes Fresnel arqueadas de enfoque lineal y celdas de silicio arregladas en los receptores fotovoltaicos lineales en las lineas focales de las lentes arqueadas, el espíritu de la invención se aplica igualmente a las lentes en forma de domo de punto de enfoque y celdas multi-unión arregladas en un patrón correspondiente a los puntos focales de las lentes de domo.

Claims (44)

REIVINDICACIONES 1. Un panel concentrador fotovoltaico solar, caracterizado porque comprende: a. un contenedor, el contenedor además que comprende:
1. una parte superior, la parte superior que comprende una ventana transparente; y ii. un fondo, la parte superior y el fondo que definen una pluralidad de extremos; y b. un concentrador de la lente Fresnel auto-estable dispuesto dentro del contenedor en una posición fija con relación a una dimensión interior del contenedor, el concentrador de lente Fresnel que refracta la luz solar incidente en una región focal predeterminada dentro del contenedor; y c. un receptor fotovoltaico dispuesto dentro del contenedor y unido al fondo dentro de una porción predeterminada de la región focal, el receptor fotovoltaico que comprende una celda fotovoltaica .
2. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ventana se dimensiona y se configura para permitir la luz incidente en el contenedor y para proteger la lente Fresnel y el receptor fotovoltaico de la exposición a un conjunto predeterminado de elementos del clima, la ventana de otra manera que no comprende cualquiera de las características de la lente.
3. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ventana comprende un vidrio.
4. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el vidrio además comprende un recubrimiento de anti-reflexión en un lado predeterminado de la ventana.
5. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el vidrio es alrededor de 1 metro de ancho por alrededor de 1.5 metros de largo.
6. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ventana es coextensiva con toda la parte superior.
. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ventana comprende un polímero transparente.
8. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor se dimensiona y se configura para ser sustancialmente resistente a la intemperie.
9. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el panel concentrador fotovoltaico además comprende: a. un lado dispuesto intermedio en la parte superior y el fondo; y b. una placa de extremo unida al lado.
10. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el contenedor además comprende un sello impermeable dispuesto intermedio en la parte superior, fondo y lado.
11. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el contenedor además comprende un sello impermeable dispuesto intermedio en la parte superior y el fondo.
12. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la parte superior, fondo, lado y la placa de extremo comprenden un material no flamable.
13. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: a. el lado es una pluralidad de lados; b. la placa de extremo es una pluralidad de placas de extremo; y c. los lados y las placas de extremo se dimensionan y se configuran para cerrar el contenedor.
1 . El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el contenedor además comprende una sola pieza de metal de lámina que forma la parte superior, el fondo, los lados y las placas de extremo del contenedor como una sola unidad.
15. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor fotovoltaico se monta a una superficie interior predeterminada del contenedor.
16. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor fotovoltaico comprende una pluralidad de receptores fotovoltaicos .
17. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un componente electrónico predeterminado operativamente interconectado al receptor fotovoltaico.
18. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el componente electrónico comprende por lo menos uno de un convertidor de voltaje DC a DC, un convertidor DC a AC y un controlador de seguimiento solar.
19. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, -caracterizado porque el contenedor además comprende un conducto entre una superficie externa y el interior del contenedor, el conducto dimensionado y configurado para prevenir una presión diferencial entre el interior del contenedor y el aire exterior .
20. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: a. el concentrador de la lente Fresnel es arqueado; y b. el concentrador de la lente Fresnel se une a un portador de la lente.
21. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque: a. el portador de la lente comprende una pluralidad de portadores de la lente, cada uno además que comprende un arco de extremo; y b. el concentrador de la lente Fresnel arqueado se une a dos arcos de extremo.
22. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el concentrador de la lente Fresnel arqueado es una pluralidad de concentradores de la lente Fresnel arqueados unidos, dimensionados y configurados tal que hay un concentrador de la lente Fresnel arqueado por receptor fotovoltaico.
23. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador de la lente Fresnel comprende un acrilico y es de alrededor de 0.25 mm de espesor y hecho por un proceso de rollo a rollo continuo.
24. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador de la lente Fresnel se monta dentro del contenedor independientemente de la ventana y no se enlaza a la ventana.
25. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: a. el concentrador de la lente Fresnel se asegura a lo largo de un borde predeterminado del concentrador de la lente Fresnel en un portador de la lente; y b. el portador de la lente se soporta en sus extremos o incrementalmente a lo largo de su longitud para mantener su posición con relación al centro del receptor fotovoltaico, para de esta manera asegurar que la linea focal producida por el concentrador de la lente Fresnel permanezca centrada en el receptor fotovoltaico.
26. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada concentrador de la lente Fresnel se separa de la ventana .
27. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: a. un soporte de la lente dispuesto próximo a cada una de la pluralidad de extremos; b. en donde i. el concentrador de la lente Fresnel se asegura a cada uno de la pluralidad de extremos a los soportes de la lente; y ii. los soportes de la lente se dimensionan y se configuran para proporcionar una fuerza de tensión para soportar el concentrador de la lente Fresnel como un miembro tensionado y mantener una posición del concentrador de la lente Fresnel con relación a un centro del receptor fotovoltaico, iii. mediante lo cual una linea focal producida por el concentrador de la lente Fresnel permanece sustancialmente centrada en el receptor fotovoltaico .
28. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: a. el receptor fotovoltaico comprende una pluralidad de celdas fotovoltaicas operativamente interconectadas en un circuito de la celda fotovoltaica; y b. el receptor fotovoltaico se une a un portador el cual sirve como la superficie de montaje para las celdas fotovoltaicas .
29. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el portador se dimensiona y se configura para servir como un aislante eléctrico que previene el cortocircuito de la celda fotovoltaico al fondo del panel concentrador fotovoltaico.
30. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el portador comprende por lo menos uno de un circuito flexible o un tablero de circuito impreso.
31. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el portador comprende una pluralidad de capas de película dieléctricas independientes dispuestas por debajo del circuito de celda del concentrador fotovoltaico.
32. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor fotovoltaico se monta en un intercambiador calor unido al fondo.
33. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el intercambiador de calor además comprende un conducto de fluido por lo menos parcialmente dispuesto dentro del intercambiador de calor, el intercambiador de calor además comprende una superficie superior sustancialmente plana a la cual el receptor fotovoltaico se monta.
34. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque además comprende una bomba de fluido en comunicación fluida con el conducto de fluido.
35. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque además comprende un sistema de distribución de fluido en comunicación fluida con el conducto de fluido.
36. Un panel concentrador fotovoltaico solar, caracterizado porque comprende: a. un contenedor, el contenedor además comprende: i. una parte superior, la parte superior que comprende una ventana transparente; y ii. un fondo dimensionado y configurado como un disipador de calor pasivamente enfriado dimensionado y configurado para disipar calor residual a un medio ambiente por al menos uno de convección y radiación; iii. la parte superior y el fondo definen una pluralidad de extremos; b. un concentrador auto-estable de la lente Fresnel dispuesta dentro del contenedor en una posición fijada con relación a una primera dimensión interior del contenedor, el concentrador de la lente Fresnel ópticamente formando una región focal de la luz solar concentrada dentro del contenedor; y c. un receptor fotovoltaico, el receptor fotovoltaico que comprende una celda fotovoltaica, el receptor fotovoltaico dispuesto dentro del contenedor y unido al fondo en una posición fijada con relación a una linea central de la lente tal que una región focal de la luz solar concentrada del concentrador de la lente Fresnel sustancialmente coincide con el receptor fotovoltaico.
37. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque además comprende una pluralidad de soportes de extremo dimensionados y configurados para soportar el concentrador de la lente Fresnel auto-estable.
38. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque los soportes de extremo son además configurados para proporcionar una fuerza de tensión de extremo a extremo en los concentradores de la lente Fresnel auto-estable.
39. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque los soportes de extremo comprenden un extremo sustancialmente arqueado dispuesto próximo al concentrador de la lente Fresnel auto-estable.
40. Un panel concentrador fotovoltaico solar, caracterizado porque comprende: un contenedor, el contenedor además que comprende: i. una parte superior, la parte superior que comprende una ventana transparente; y ii. un fondo dimensionado y configurado como un disipador de calor pasivamente enfriado dimensionado y configurado para disipar calor residual de la celda fotovoltaica a un medio ambiente mediante convección y radiación; iii. la parte superior y el fondo que definen una pluralidad de extremos; una pluralidad de concentradores ópticos de la lente Fresnel poliméricos dispuestos dentro del contenedor, cada concentrador óptico de la lente Fresnel polimérico que está dispuesto en una posición predeterminada con relación a una primera dimensión interior del contenedor, cada concentrador polimérico de la lente Fresnel ópticamente que forma una región focal de la luz solar concentrada dentro del contenedor; y una pluralidad de receptores fotovoltaicos , cada uno dispuesto dentro del contenedor y unido al fondo, cada receptor fotovoltaico que está dispuesto en una posición predeterminada con relación a una linea central de una que corresponde del concentrador polimérico de las lentes Fresnel tal que la región focal de la luz solar concentrada de cada concentrador polimérico de la lente Fresnel sustancialmente coincide con un receptor fotovoltaico correspondiente, cada receptor fotovoltaico además que comprende una celda fotovoltaica ; y d. un soporte de la lente dimensionado y configurado para conectar independientemente un concentrador polimérico predeterminado de la lente Fresnel al fondo próximo a su receptor fotovoltaico correspondiente y para soportar y alinear el concentrador polimérico de la lente Fresnel tal que su región focal · permanece sustancialmente coincidente con su receptor fotovoltaico asociado.
41. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque además comprende una pluralidad de lados y placas de extremo dispuestas intermedias en la parte superior y el fondo, la parte superior, lados, places de extremo y el fondo comprenden un material sustancialmente no flamable.
42. Un panel concentrador fotovoltaico solar, caracterizado porque comprende: a. un contenedor, el contenedor además que comprende: i. una parte superior, la parte superior que comprende una ventana transparente; ii. un fondo; iii. una pluralidad de lados dispuestos en limites exteriores del contenedor intermedio en la parte superior y el fondo; iv. una pluralidad de placas de extremo dispuestas en limites exteriores del contenedor intermedio de la parte superior y el fondo; v. el fondo, lados y places de extremo además dimensionadas y configuradas para encerrar un volumen predeterminado del contenedor debajo de la ventana ; un concentrador óptico de la lente Fresnel dispuesto dentro del contenedor en una posición predeterminada con relación a una primera dimensión interior del contenedor, el concentrador de la lente Fresnel ópticamente que forma una región focal de luz solar concentrada dentro del contenedor; un disipador de calor enfriado por fluido además que comprende un conducto de fluido, el disipador de calor enfriado por fluido unido al fondo; un receptor fotovoltaico dispuesto dentro del contenedor, el receptor fotovoltaico operativamente en comunicación con el disipador de calor enfriado por fluido, el receptor fotovoltaico y el disipador de calor que está además dispuesto en una posición predeterminada con relación a un linea central de la lente correspondiente tal que una región focal de luz solar concentrada del concentrador óptico de la lente Fresnel sustancialmente coincide con un receptor fotovoltaico correspondiente, el receptor fotovoltaico además que comprende una celda fotovoltaica; y e. un soporte dimensionado y configurado para conectar independientemente el concentrador óptico de la lente Fresnel al disipador de calor de su receptor fotovoltaico correspondiente y para soportar y alinear el concentrador óptico de la lente Fresnel tal que su región focal permanece sustancialmente coincidente con el receptor fotovoltaico.
43. El panel concentrador .fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque el fluido es un liquido.
44. El panel concentrador fotovoltaico solar de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque además comprende una bomba en comunicación fluida con el liquido .
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