MX2014003163A

MX2014003163A - Paneles solares con conexiones panel a panel sin contacto.

Info

Publication number: MX2014003163A
Application number: MX2014003163A
Authority: MX
Inventors: Tommy F Rodrigues; Sudhir Railkar; Adem Chich; Daniel E Boss
Original assignee: Building Materials Invest Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20140265609A1; CA2846539C; US9923515B2; CA2846539A1; MX354699B

Abstract

Un conjunto de panel solar comprende una primera pluralidad de paneles solares dispuestos lado a lado en un primer curso y una segunda pluralidad de paneles solares dispuestos lado a lado en un segundo curso, el segundo curso se traslapa parcialmente con el primer curso. La energía eléctrica producida por cada panel solar del conjunto se agrega con la energía eléctrica producida por los otros paneles solares del conjunto sin contactos eléctricos físicos entre los paneles solares. En una modalidad, se utilizan acopladores inductivo sin contacto para acoplar las energías eléctricas de los paneles juntas.

Description

PANELES SOLARES CON CONEXIONES PANEL A PANEL SIN CONTACTO Campo de la Invención Esta descripción se refiere generalmente a paneles solares para convertir energía solar a energía eléctrica y más específicamente a métodos y dispositivos para interconectar paneles solares de un conjunto sin contactos eléctricos físicos entre paneles.

Antecedentes de la Invención Paneles fotovoltaicos solares montados a un techo para generar energía eléctrica renovable se están volviendo cada vez más populares. Esto es debido en parte al creciente desarrollo de tecnología solar y la reducción en el costo de colectores y paneles solares. Además, paneles colectores solares más pequeños y de perfil inferior se están volviendo disponibles y tales paneles son más deseables para propietarios de vivienda debido a que presentan una apariencia arquitectónica menos objetable cuando se instalan sobre un techo. En muchos casos, los paneles solares están instalados sobre un techo en un conjunto con una pluralidad de paneles solares eléctricamente interconectados para combinar o agregar sus salidas eléctricas para uso. Surge un problema con interconexiones de panel solar tradicionales del hecho que se están conectando eléctricamente utilizando cables y conectores de contacto físico tal como enchufes y Ref. 247555 clavijas. Esto puede causar problemas sí los conectores no están apropiadamente unidos, no están apropiadamente asegurados, y si se pellizcan los cables, o debido al deterioro de los cables y corrosión de los conectores con el tiempo, lo que puede resultar en resistencia eléctrica que reduce la eficiencia de un conjunto de panel solar. Existe una necesidad de un sistema de panel solar montado a un techo que se encarga de estos y otros problemas inherentes en técnicas de interconexión de panel solar tradicionales. Es a la provisión de tal sistema que principalmente está dirigida la presente invención.

Sumario de la Invención La solicitud de patente provisional de E.U.A. 61/791,574 presentada del 15 de marzo, 2013, a la cual se reivindicó prioridad anteriormente, se incorpora aquí por referencia en su totalidad.

Se describe un sistema de panel solar que es particularmente adecuado para instalación sobre el techo de un edificio tal como una casa residencial. El sistema incluye una pluralidad de módulos de panel solar cada uno tiene un cuerpo con una porción activa delantera que contiene un conjunto de celdas solares u otros colectores solares y una porción de solapamiento posterior. Los módulos están diseñados para instalarse sobre el techo de un edificio en cursos con cada curso siendo definido por una línea de módulos lado a lado. La porción activa de un curso de módulos se traslapa al menos parcialmente con la porción de solapamiento de un siguiente curso inferior de módulos en una forma reminiscente de una instalación de teja para techo tradicional.

Se forman acopladores eléctricos horizontales sin contacto de géneros opuestos sobre los extremos opuestos del cuerpo de cada módulo de panel solar, un acoplador hembra sobre un extremo y un acoplador macho sobre el otro. También se forman acopladores verticales sin contacto en la porción de solapamiento de cada cuerpo y bajo la porción activa de cada cuerpo que comprende, por ejemplo, acopladores hembra en la porción de solapamiento y acopladores macho bajo la porción activa. La energía eléctrica producida mediante módulos en un curso se acopla eléctricamente mediante los acopladores horizontales sin contacto aunque módulos en cursos adyacentes se acoplan eléctricamente mediante los acopladores verticales sin contacto. De esa forma, la interconexión eléctrica de los módulos de panel solar se logra automáticamente cuando se instalan los módulos para agregar la energía eléctrica que producen sin la necesidad de cables u otros contactos eléctricos físicos. Las conexiones eléctricas pueden lograrse a través de acoplamiento inductivo o capacitivo y todo el cableado asociado con las interconexiones está contenido dentro de los mismos módulos.

Por "sin contacto" se indica que hay una falta de contactos eléctricos físicos, aunque las mismas estructuras de los acopladores pueden estar en contacto físico.

Por consiguiente, ahora se proporciona un sistema de panel solar que se encarga de los problemas mencionados anteriormente con conexiones eléctricas físicas de la técnica previa entre paneles. La invención se apreciará mejor durante revisión de la descripción detallada descrita a continuación cuando se toma en conjunto con las figuras anexas, que se describen brevemente como a continuación.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de panel solar que representa principios de la invención en una forma preferida.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de un tipo de conector eléctrico sin contacto útil con la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Al hacer referencia en más detalle a las figuras, en donde números similares indican partes similares a través de las vistas, la Figura 1 ilustra un sistema de panel solar 11 que ejemplifica principios de la invención en una modalidad ilustrativa de la misma. El sistema incluye una pluralidad de módulos de panel solar similares 10, 22, y 24 configurados para disponerse sobre un techo en cursos que se traslapan. Cada módulo (ejemplificado por el módulo 10) incluye un cuerpo de módulo que tiene una porción activa delantera 12 que tiene un conjunto de celdas solares u otros colectores solares que producen energía eléctrica cuando se exponen a luz solar. Una porción de solapamiento 13 de los módulos está localizada en la parte posterior de la porción activa 12 y está configurada para traslaparse mediante porciones activas de módulos de panel solar de un siguiente curso superior de módulos. Cada módulo de panel solar preferiblemente porta un paquete de elementos electrónicos 21 que puede incluir un micro-inversor para convertir un voltaje DC (siglas en inglés para corriente directa) producido mediante el conjunto de colector solar a voltaje AC. El paquete de elementos electrónicos también puede incluir un chip RFID que tiene un código de identificación para el panel y transmisores Wi-Fi y/o Bluetooth para comunicar inalámbricamente varios indicadores de estado para el sistema y módulos individuales a un usuario 24 a través de una computadora 26.

Los módulos solares dispuestos lado a lado en un curso están acoplados eléctricamente para agregar la energía eléctrica producida mediante cada módulo. Sin embargo, el acoplamiento se logra sin cables externos o contactos eléctricos físicos. Más específicamente, cada módulo de panel solar puede tener un acoplador sin contacto hembra 14 formado en un extremo del módulo y un acoplador sin contacto macho 16 formado en el extremo opuesto del módulo. Cuando se juntan dos módulos lado a lado tal como módulo 10 y módulo 23 (mostrado en fantasma) , el acoplador sin contacto macho 16 de un módulo se alinea con y se recibe en el acoplador sin contacto hembra del módulo adyacente. Como se describió en más detalle a continuación, esto acopla la energía eléctrica producida mediante los dos módulos sin contactos eléctricos físicos, agregando con ello las energías eléctricas producidas mediante los módulos separados. De esa forma todos los módulos solares en un curso están eléctricamente acoplados dentro de un sistema eléctrico solar.

Se forma un par de acopladores sin contacto hembra 17, 18 dentro de la región de solapamiento 13 de cada módulo solar sobre la parte superior del módulo. Un par correspondiente de acopladores sin contacto macho 19, 20 se forman sobre el lado inferior de la porción activa de cada panel. Los acopladores sin contacto macho 19, 20 están configurados y colocados sobre el módulo para que se reciban dentro de los acopladores sin contacto hembra 17 y 18 respectivamente cuando se traslapa un módulo de un curso superior con y se instala sobre módulos de un siguiente curso inferior. De esta forma, los módulos de un curso están eléctricamente acoplados a módulos de un curso adyacente para agregar la energía eléctrica producida mediante los cursos módulos respectivos. Preferiblemente, los inversores internos, que pueden ser micro-inversores o nano-inversores, convierten el voltaje DC de los colectores solares a voltaje AC (siglas en inglés para corriente alterna) y el voltaje AC producido por cada panel se acopla al voltaje AC de todos los otros paneles del sistema. Toda esta energía eléctrica AC agregada entonces puede capturarse y dirigirse, preferiblemente a través de cables, a una ubicación remota en donde puede colocarse en la red eléctrica pública o de otra forma utilizarse para energizar dispositivos eléctricos locales .

Los acopladores eléctricos sin contacto de la invención pueden ser una variedad de tipos de tales acopladores, pero preferiblemente son acopladores que aplican los principios de acoplamiento inductivo para interconectar módulos solares del sistema eléctricamente. La Figura 2 es una ilustración esquemática simplificada de tal acoplador. El miembro de acoplamiento macho 16 de un módulo porta una bobina de cable 31 que puede pensarse como la bobina primaria de un transformador. La bobina, a su vez, puede conectarse a e impulsarse mediante un micro- inversor 33 de un módulo solar. Esto genera un campo electromagnético oscilante en la cercanía de la bobina primaria 31. El miembro de acoplamiento hembra 17 es formado como un enchufe dimensionado para recibir el miembro macho axialmente en el mismo e incluye una bobina de cable 32 enrollada alrededor del exterior del enchufe. La bobina de cable 32 puede pensarse como una bobina secundaria de un transformador. La bobina de cable 32, a su vez, puede conectarse al micro- inversor 34 de otro módulo solar. Cuando el miembro macho 16 del acoplador está dentro del miembro hembra 14, juntos forman el transformador inductivo eficiente que acopla la energía eléctrica producida mediante un módulo con aquella producida mediante un módulo lado a lado. Como tal, la energía eléctrica producida mediante módulos en un curso de módulos se acopla y se agrega junta.

El mismo principio aplica a los acopladores sin contacto verticales 17, 18, 19, y 20 en la Figura 1, excepto en este caso que los módulos de un curso de módulos están eléctricamente acoplados a los módulos de un siguiente curso adyacente de módulos. De esta forma, toda la energía eléctrica producida mediante todos los módulos de un sistema de módulo solar, tanto en un curso como de curso a curso, se acopla en una forma sin contacto y se agrega como una fuente individual que puede dirigirse a la red eléctrica pública o de otra forma utilizarse por un propietario de vivienda.

Aunque se ha ilustrado acoplamiento inductivo en la modalidad preferida, se entenderá que otros tipos de acoplamiento sin contacto tal como, por ejemplo, acoplamiento capacitivo pueden sustituirse con resultados equivalentes.

Además, aunque el acoplamiento de energía eléctrica puede ser más eficiente cuando se dispone una bobina primaria y una bobina secundaria una dentro de la otra, sin embargo, el acoplamiento puede lograrse simplemente al tener las bobinas a lado de o en la cercanía de la otra cuando se disponen módulos lado a lado. De esa forma, las porciones macho que se proyectan y las porciones hembra enchufadas pueden eliminarse y reemplazarse con bobinas planas o placas capacitivas dentro de los mismos módulos que se alinean entre sí cuando se disponen los módulos lado a lado. Lo mismo puede ser verdadero para los miembros de acoplamiento sin contacto verticales. De esa forma se entenderá que los acopladores inductivos macho y hembra de la modalidad preferida se presentan como un ejemplo únicamente y no pretenden ser una restricción de la invención.

Los acopladores eléctricos sin contacto de la presente invención también simplifican ampliamente la instalación de un sistema de módulo solar así equipado. Por ejemplo, se asegura un módulo inicial de un sistema a una plataforma de techo con tornillos u otros sujetadores. El siguiente módulo de un curso se impulsa simplemente hacia el primer módulo para acoplar los acopladores sin contacto macho y hembra juntos, después de lo cual se asegura el siguiente módulo a la plataforma de techo. Esto continúa hasta que se complete un primer curso de módulos . Para instalar el siguiente curso de módulo superior, se coloca un primer módulo de ese curso sobre el primer curso con su porción activa traslapándose a las porciones de solapamiento de módulos en el primer curso. Preferiblemente, los módulos de un curso están escalonados con relación a los módulos de un curso adyacente como se muestra en la Figura 1 para mejorar capacidades de repelencia de agua del sistema. El primer módulo del siguiente curso superior entonces se impulsa hacia abajo sobre los módulos del primer curso hasta que sus acopladores sin contacto se encajan dentro de los acopladores de dos módulos del siguiente curso inferior. Este módulo entonces puede asegurarse a la plataforma de techo, después de lo cual el siguiente módulo del segundo curso se instala en relación lado a lado con el primero. Este procedimiento continúa hasta que todos los módulos y cursos del sistema están instalados para completar el sistema. La energía eléctrica producida mediante cada módulo del sistema se agrega sin contactos eléctricos físicos en una energía eléctrica combinada del sistema como un todo.

Por consiguiente, la instalación de un sistema de energía solar que utiliza módulos de esta invención no requiere que un instalador manipule cables y conectores bajo los módulos individuales, encuentre conectores en los extremos de los cables, y acople los conectores juntos. El potencial de error humano en este procedimiento se elimina, como también el potencial para conectores defectuosos, cables pellizcados, y degradación de los contactos eléctricos físicos con el tiempo. En lugar de esto, el instalador simplemente encaja los módulos juntos, lo sujeta a una plataforma de techo, y la instalación está completa. Para utilizar la energía eléctrica AC agregada del sistema instalado, puede insertarse un regulador sin contacto en cualquiera de los acopladores sin contacto del sistema y la energía eléctrica agregada del sistema puede dirigirse a una ubicación remota a través de cableado para uso o para complementar la red eléctrica pública.

Le invención ha sido descrita aquí en términos de modalidades y metodologías preferidas consideradas por el inventor para ejemplificar la invención y representar el mejor modo para llevar acabo la invención. Se entenderá por el experto en la técnica; sin embargo, que puede hacerse una gran variedad de adiciones, eliminaciones, y modificaciones, tanto sutiles como severas, a las modalidades ilustradas e ilustrativas dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, la forma particular de los módulos mostrados en las figuras no es limitante y pueden hacerse más planos o de otra forma moldearse como sea necesario. Los módulos no necesitan incluir una característica Wi-Fi que transmita el estado del conjunto de módulos y de cada módulo individual, aunque esta característica es útil al manejar el conjunto de módulos.

Miembros macho y hembra de los acopladores sin contacto pueden cambiar en posición y/o forma, configurarse, y colocarse diferente a lo mostrado en las modalidades ilustradas. De hecho, pueden no ser acopladores macho y hembra en lo absoluto, sino que pueden tomar la forma de acopladores planos dentro de los cuerpos de los módulos que simplemente se alinean entre sí cuando los módulos están instalados en un sistema. Se debe entender que términos tal como acoplamiento inductivo y acoplamiento capacitivo como se utilizan aquí tienen como objetivo, en el sentido más amplio abarcar cualquier tipo de acoplamiento eléctrico que no involucra contacto de conductor directo. Esto puede incluir, por ejemplo, acoplamiento de resonancia magnética, acoplamiento de resonancia eléctrica, y cualquier otro tipo de acoplamiento sin contacto de señales eléctricas. También pueden hacerse éstas y otras modificaciones, adiciones, y eliminaciones por el experto en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, que está delimitada únicamente por las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. - Un sistema de panel solar, caracterizado porque comprende : un primer módulo de energía solar capaz de producir energía eléctrica cuando se expone luz solar; al menos un acoplador sin contacto de un primer género dispuesto sobre primer el módulo de energía solar; un segundo módulo de energía solar capaz de producir energía eléctrica cuando se expone a luz solar; al menos un acoplador sin contacto de un segundo género opuesto al primer género dispuesto sobre el segundo módulo de energía solar; los acopladores sin contacto están colocados sobre el primer y segundo módulos de energía solar de manera que acoplen la energía eléctrica del primer módulo de energía solar con la energía solar del segundo módulo de energía solar para agregar la energía de los módulos sin contactos eléctricos físicos cuando se disponen los módulos adyacentes entre sí.

2. - El sistema de panel solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno del primer y segundo módulos de energía solar tiene un acoplador sin contacto macho y uno hembra.

3. - El sistema de panel solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el acoplador sin contacto macho está dispuesto sobre un extremo del módulo de energía solar y el acoplador sin contacto hembra está dispuesto sobre un extremo opuesto del módulo de energía solar para que acoplen la energía eléctrica de los módulos cuando se disponen los módulos lado a l do.

4. - El sistema de panel solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los acopladores sin contacto están dispuestos sobre los módulos de manera que acoplen la energía eléctrica de los dos módulos cuando se traslapa un módulo parcialmente sobre el otro módulo.

5. - El sistema de panel solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los acopladores sin contacto comprenden acopladores inductivos .

6. - El sistema de panel solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los acopladores sin contacto comprenden acopladores capacitivos.

7. - Un conjunto de panel solar, caracterizado porque comprende una primera pluralidad de paneles solares dispuestos lado a lado en un primer curso y una segunda pluralidad de paneles solares dispuestos lado a lado en un segundo curso, el segundo curso se traslapa parcialmente con el primer curso, la energía eléctrica producida por cada panel solar del conjunto está acoplada con la energía eléctrica producida por los otros paneles solares del conjunto sin contactos eléctricos físicos entre los paneles solares .

8. - Un conjunto de panel solar de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la energía eléctrica producida por cada panel solar del conjunto está acoplada con la energía eléctrica producida por los otros paneles solares del conjunto a través de acoplamiento inductivo .

9. - Un conjunto de panel solar de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los paneles solares del conjunto se disponen lado a lado al menos en un curso y el acoplamiento inductivo ocurre en los extremos de paneles solares adyacentes del curso.

10. - Un conjunto de panel solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el acoplamiento inductivo se logra con acopladores inductivos macho en un extremo de cada panel solar y acopladores inductivos hembra en el otro extremo de un panel solar adyacente.

11. - Un conjunto de panel solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los paneles solares están dispuestos adicionalmente en cursos que se traslapan con el acoplamiento inductivo que ocurre entre paneles solares de un curso inferior y paneles solares de un curso superior .

12. - Un conjunto de panel solar de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la energía eléctrica producida por cada panel solar del conjunto está acoplada con la energía eléctrica producida por los otros paneles solares del conjunto a través de acoplamiento capacitivo .

13. - Un método para acoplar eléctricamente paneles solares para generar energía eléctrica producida por los paneles solares, caracterizado porque comprende los pasos de disponer un primer acoplador eléctrico sin contacto sobre un panel, disponer un segundo acoplador eléctrico sin contacto sobre otro panel, y disponer los paneles de manera que el primer y segundo acopladores eléctricos sin contacto interactúen para acoplar las energías eléctricas de los dos paneles solares juntos cuando se disponen los paneles solares adyacentes entre sí.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer acoplador eléctrico sin contacto es un acoplador macho y el segundo acoplador de contacto es un acoplador hembra, el acoplador macho se recibe en el acoplador hembra cuando se disponen los paneles solares adyacentes entre sí.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque los acopladores eléctricos macho y hembra forman un acoplamiento eléctrico inductivo.

16. - Un módulo eléctrico solar, caracterizado porque comprende una porción delantera que tiene colectores solares para convertir luz solar a energía eléctrica DC y una porción de solapamiento posterior para traslaparse por un módulo eléctrico solar de un siguiente curso superior de módulos eléctricos solares, un inversor para convertir la energía eléctrica DC a energía eléctrica AC, un primer conector eléctrico sin contacto en un extremo del módulo eléctrico solar, y un segundo conector eléctrico sin contacto en el otro extremo del módulo eléctrico solar por lo cual el primer y segundo conectores eléctricos sin contacto acoplan la energía eléctrica AC producida por el módulo eléctrico solar con aquella producida por un módulo solar adyacente cuando los módulos se disponen en una relación lado a lado.

17. - El módulo eléctrico solar de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende un tercer conector eléctrico sin contacto sobre una superficie inferior del módulo eléctrico solar y un cuarto conector eléctrico sin contacto sobre una superficie superior del módulo eléctrico solar, el tercer y cuarto conectores eléctricos sin contacto colocados para interactuar entre sí para disponer la energía eléctrica AC producida por el módulo eléctrico solar con energía eléctrica AC producida por un módulo eléctrico solar similar cuando se dispone el módulo eléctrico solar similar en relación que se traslapa parcialmente con el módulo eléctrico solar.

18. - El módulo eléctrico solar de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque los acopladores eléctricos sin contacto comprenden acopladores eléctricos inductivos .

19. - El módulo eléctrico solar de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el primer y tercer acopladores eléctricos sin contacto son acopladores macho y el segundo y cuarto acopladores eléctricos sin contacto son acopladores hembra.

20.- El módulo eléctrico solar de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende un enlace de comunicaciones entre el módulo y una ubicación remota configuradas para transmitir información con respecto al estado del módulo a la ubicación remota.

21.- El módulo eléctrico solar de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el enlace de comunicaciones es un enlace de comunicaciones inalámbricas.