MXPA01012586A

MXPA01012586A - Estructura tipo panel para recolectar energia radiante.

Info

Publication number: MXPA01012586A
Application number: MXPA01012586A
Authority: MX
Inventors: Michael C Lea
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-06-21
Also published as: AU5471800A; CN1354828A; GB9913466D0; BR0011397A; JP2003502843A; WO2000077458A1; EP1185829A1

Abstract

Un panel para recolectar energia solar tiene una superficie posterior perfilada (4) que comprende estructuras prismaticas alargadas (5), una parte de cada una de las cuales contiene una celda fotovoltaica (8). En una forma, otra parte de cada estructura prismatica comprende una superficie reflectora (6) y, para mejorar la eficiencia del panel, una parte (12) de esa superficie reflectora puede tener la forma de parte de un reflector parabolico. En otra forma, la superficie reflectora (6) se omite, de manera tal que cierta parte de la energia solar puede pasar directamente a traves del panel. Las estructuras prismaticas se extienden en general horizontalmente a traves del panel, pero pueden estar inclinadas con respecto a la horizontal, especialmente si el panel esta colocado para quedar orientado en una direccion geografica diferente a aquella en la cual el sol logra su maxima altitud.

Description

ESTRUCTURA TIPO PANEL PARA RECOLECTAR ENERGÍA RADIANTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a estructuras para recolectar energia radiante, más especialmente (aunque no exclusivamente) , energia solar y, en particular a estructuras tipo panel apropiadas para el uso en una amplia variedad de lugares.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La energia solar se está usando cada dia más para complementar y, en algunas circunstancias, reemplazar otras formas de energia en la producción de electricidad. Sin embargo, aunque la energia solar ofrece ventajas desde un punto de vista ambiental, es todavia, para muchas aplicaciones, demasiado cara para justificar su consideración. Para lograr máxima eficiencia, la recolección de energia solar para la conversión en electricidad, se lleva a cabo usando un arreglo de celdas fotovoltaicas que sigue el movimiento del sol, para asegurar que, en todo el año, esté orientado siempre para recolectar la mayor cantidad de energia. La instalación y mantenimiento de ese arreglo es, no obstante, comparativamente complejo. Los REF.: 134349 tf* i ,i it.J. > i-.-la - .. ^üxjbaía arreglos fijos son más fáciles de instalar y menos costosos, pero son menos efectivas al menos que se orienten en la dirección de la posición promedio del sol (lo cual no siempre es posible) o se proporciona un área muy grande de celdas fotovoltaicas (caso en el cual el costo de las celdas fotovoltaicas puede llegar a ser prohibitivamente alto) . Se reconoce que una manera de reducir el costo comparativo de la electricidad producida a partir de la energia solar, es reducir el número de celdas que se requieren para recolectar una cantidad determinada de energia solar. Se han propuesto varios arreglos tomando en cuenta eso, y algunos ejemplos se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 4,235,643; 4,313,023; 4,514,040; 5,419,782; y 5,446,301, y en la SU-A-1 089 365. Además, un documento titulado "Concentradores Solares Prismáticos Ideales" por D.R. Mills y J.E. Guitronich, publicado en 1978 en "Solar Energy", Volumen 21 en las páginas de la 423 a la 430, describe la posibilidad de usar unidades prismáticas simples como concentradores solares, y de combinar unidades prismáticas, de baja concentración, en concentradores estacionarios con superficie superior plana. Una descripción relacionada aparece en la AU-A-37217/78.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención concierne a la mejora de la eficiencia y a la mejora de la versatilidad de estructuras tipo panel usadas para recolectar energia radiante, más especialmente (pero de ninguna manera exclusivamente) estructuras para el uso en edificios, en señales de vialidad y en carteleras. La presente invención proporciona una estructura para recolectar energia radiante, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 de la presente. La presente invención proporciona también una estructura para recolectar energia radiante de conformidad con la reivindicación 9 de la presente. La presente invención proporciona además una estructura para recolectar energia radiante, de conformidad con las reivindicaciones 16 y 17 de la presente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Únicamente a manera de ejemplo, las modalidades de la invención se describirán con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La Figura 1 es una vista en sección transversal, vertical, a través de una estructura tipo panel que puede usarse para recolectar energia radiante; La Figura 2 es un diagrama que ilustra la ubicación de varias partes de la estructura, como se ven en la dirección de la flecha II en la Figura 1; La Figura 3 es una vista en sección transversal, vertical, esquemática, que corresponde a la Figura 1, que muestra varias trayectorias de los rayos a través de la estructura; La Figura 4 es una versión agrandada de la parte de la Figura 3, usada para calcular las dimensiones de las partes de la estructura; Las Figuras 5 y 6 son vistas similares a las de la Figura 4, que ilustran estructuras de conformidad con un aspecto de la presente invención; Las Figuras 7 (a) y (b) ilustran formas modificadas de la estructura mostrada en la Figura 1; Las Figuras 8 (a) y (b) son vistas en sección transversal, verticales, a través de una estructura de conformidad con otro aspecto de la invención, en combinación, respectivamente, con una ventana y un panel gráfico; La Figura 9 ilustra una modificación adicional de la estructura de la Figura 7 (b) ; :&á&&S¿? Las Figuras 10 (a) y (b) y 11 ilustran orientaciones alternativas de una estructura para recolectar energia radiante, de conformidad con un aspecto adicional de la invención; y Las Figuras de la 12 a la 14 son vistas en sección transversal, verticales, esquemáticas, a través de otras estructuras tipo panel que pueden ser usadas para recolectar energia radiante. Las Figuras 1 y 2 muestran una estructura tipo panel 1, apropiada para el uso como parte de una estructura fija, para recolectar energia solar para usarse en la generación de electricidad. Como se explica con mayor detalle posteriormente, la estructura 1 puede usarse en mucho lugares diferentes, incluyendo, sobre la superficie interior de una ventana; en el exterior de un edificio; y en señales de vialidad y en carteleras. La estructura 1 comprende un panel vertical 2 de un material transmisor de la luz, que tiene una primera y segunda superficies principales 3, 4. La primera superficie principal 3 es plana mientras que la segunda superficie principal 4 es perfilada y comprende varias estructuras alargadas, en general prismáticas, 5, que se extienden horizontalmente a través del panel 2 unas encima de otras. Las estructuras prismáticas 5 son idénticas, y se extienden paralelas unas con respecto a otras. Cada estructura i--&.- a. - prismática 5 comprende caras mutuamente inclinadas 6, 7: la cara 6 es una superficie reflectora orientada hacia el panel 2, y la cara 7 porta una celda fotovoltaica 8 que se encuentra en contacto óptico con el material del panel, para recibir la radiación transmitida a través del último. La celda fotovoltaica 8 tiene la forma de una tira que cubre todo el ancho de la cara 7. Las dimensiones típicas para los anchos de las caras 6 y 7 son de 10 mm y 3 mm respectivamente . El panel 2 puede formarse a partir de una material polimérico, y puede ser una estructura moldeada. Los materiales poliméricos apropiados incluyen el policarbonato, silicona y materiales acrilicos, y fluoropolimeros, por ejemplo el material fluorotermoplástico DyneonMR THV, disponible de Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, Estados Unidos de Norteamérica y el politetrafluoroetileno (PTFE) . La Figura 3 ilustra la estructura 1 colocada de manera tal que la superficie plana vertical 3 quede orientada hacia la dirección en la cual el sol consigue su mayor altitud (es decir, directo hacia el sur en el hemisferio norte) . La radiación electromagnética proveniente del sol entra al panel 2 a través de la superficie 3, como se representa mediante las trayectorias de los rayos, de la 101 a 105, y algo de esa radiación (ejemplificada mediante el rayo 101) incidirá directamente sobre una de las celdas fotovoltaicas 8 mientras que el resto chocará sobre una de las caras reflectoras 6 y será dirigida de nuevo hacia el panel. La radiación que es reflejada desde una cara 6 cerca 5 de la punta de la estructura prismática respectiva 5 será dirigida hacia la celda fotovoltaica adyacente 8, como se ejemplifica mediante el rayo 102 en la Figura 3, mientras que el resto de la radiación reflejada será dirigida de regreso hacia la superficie plana 3, como se ejemplifica 10 mediante los rayos del 103 al 105. El ángulo con el cual chocan los rayos del 103 al 105 sobre la superficie 3 dentro del panel, depende, para un ángulo de incidencia, determinado, desde el sol, del ángulo de inclinación de la cara reflectora 6 y la última se selecciona para asegurar 15 que todos los rayos reflejados del 103 al 105 sufrirán una reflexión interna total (TIR) en la superficie 3 y que serán regresados nuevamente hacia el panel 2, tal como se ilustra. En esta ocasión algo de la radiación TIR chocará .sobre una de las celdas fotovoltaicas 8, ya sea directamente, como se 20 ejemplifica mediante el rayo 103, o después de una reflexión más en la cara 6 como se ejemplifica mediante el rayo 104. La radiación restante, ejemplificada mediante el rayo 105, será dirigida nuevamente hacia la superficie 3 del panel, en donde sufrirá nuevamente una reflexión interna total y de un 25 momento a otro alcanzará una celda fotovoltaica 8 por repetición (es) del proceso apenas descrito (al menos que encuentre primero el borde del panel 2) . A continuación se describirán varias configuraciones de la estructura 1, de conformidad con diferentes aspectos de la presente invención. En la descripción se hará referencia a las dimensiones de varias partes de la estructura, y esas dimensiones son como se indican en la Figura 4. Para minimizar el ancho S de las caras 7 y por lo tanto el área total de las celdas solares 8 usadas en la estructura 1 (es decir una estructura con caras planas 6,7), el ángulo D en el vértice, de cada estructura prismática 5, deberá ser de 90° y el ángulo de inclinación T de cada una de las caras reflectoras 6 con respecto al plano general del panel 2 (en este caso, la vertical) deberá ser tan pequeño como sea posible para asegurar que toda la radiación que sea regresada a la superficie 3 del panel 2 sufra la reflexión interna total, como se describió anteriormente. La relación de concentraciones de la estructura (definida como la relación del ancho en la dirección vertical de una de las estructuras prismáticas 5 con respecto al ancho S de una celda fotovoltaica 8) estará entonces en un máximo. Con el ángulo D fijado a 90° puede demostrarse que el valor minimo del ángulo T se determina mediante la expresión: sen 2T = sen C. V(l- 2) - k cos C ?A.m.tí..A?Á, en donde k = sen A/n C es el ángulo crítico para el material del panel 2 n es el índice de refracción del material del panel 2, y A es la altitud solar mínima (en el plano vertical perpendicular al panel) a la cual se va a recolectar la energía. Usando la expresión (i) para un material de panel que tenga un índice de refracción de 1.5, y asumiendo que la energía solar va a recolectar en toda época del año, los valores mínimos mostrados en la Tabla 1 posterior, pueden derivarse para el ángulo T en las latitudes de 40° a 60° (en donde los valores se muestran con las relaciones de concentraciones adjuntas de la estructura 1) . Para derivar estos valores se toma la altitud solar mínima A como la altitud del sol a medio día, el día 21 de Diciembre, en cada latitud. TABLA 1 Una estructura tipo panel, fija, del tipo descrito anteriormente con referencia a las Figuras 1 y 2 puede, a través de una selección apropiada del ángulo T, recolectar substancialmente más (típicamente más de tres 5 veces cuando mucho) energía fotovoltaica por área unitaria de celda fotovoltaica, que un panel plano de los mismos materiales. Inclusive si el ángulo T no tiene el mínimo valor posible para la latitud particular en la cual se usa el panel, todavía puede recolectarse una cantidad ventajosa 10 de energía solar. Como un ejemplo de lo anterior, si una estructura como la que se muestra en las Figuras 1 y 2 se forma a partir de un material que tenga un índice de refracción n de 1.5 y con el ángulo T igual a 15.75° y está 15 localizado (orientado directamente hacia el sur) en la latitud 50° norte, entonces, asumiendo que la reflectividad de las caras 6 es del 100% y que substancialmente toda la radiación dirigida hacia una cara 7 entra realmente a la celda fotovoltaica asociada 8, puede esperarse que la 20 estructura podría mostrar una ganancia neta de aproximadamente 3.6 (es decir, podría recolectar aproximadamente 3.6 veces energía solar por área unitaria, que una celda fotovoltaica plana insertada en un material que tenga un índice de refracción de 1.5). Además ese incremento en la cantidad de energía recolectada, permanece comparativamente constante todo el día y todo el año. La relación de concentraciones W/S de la estructura mostrada en la Figura 1 varía con el índice de refracción del material del panel 2 y, en particular, puede incrementarse en cualquier latitud determinada empleando un material que tenga un índice de refracción mayor. Eso se ilustra mediante la siguiente Tabla, para la latitud de 50°.

TABLA 2 También es posible, de conformidad con un aspecto de la presente invención, lograr un incremento en la relación de concentraciones W/S modificando la forma de las estructuras prismáticas 5, en particular la forma de las superficies reflectoras 6, como se describirá ahora con referencia a las Figuras 5 y 6. La Figura 5 es una vista similar a la de la Figura 4, que ilustra que las caras reflectoras 6 de las estructuras prismáticas 5 no necesitan ser completamente í &.-lsllL.S-.i i _•.*»---& -¿ fe. ? XSÍ.-&.. planas. Cada una de las caras reflectoras tiene una sección plana inicial 11 pero comprende también una sección curva 12 que comienza en el punto indicado mediante la referencia P y une la sección plana al vértice de la estructura prismática 5 (y a la cara asociada 7) . El punto P es el lugar, en la cara 6 de la Figura 4, en el cual un rayo reflejado, del sol a una altitud mínima A roza el borde 13 de la cara 7. La posición del punto P define el ancho Wi en la dirección vertical de la sección plana 11 de la cara reflectora 6, que está dado por la expresión ?= W/{l+(tan T) tan (B+2T) } . La sección 12 sigue una curva parabólica (continuada con líneas de puntos más allá del vértice de la estructura prismática) que tiene las siguientes características: el foco de la parábola está localizado en el borde 13 de la cara 7; el eje 14 de la parábola (mostrado también con líneas de puntos) es paralelo a la trayectoria inicial de un rayo dentro del panel 2 cuando el sol se encuentra en su altitud mínima A (ver lo expuesto anteriormente) ; y la distancia a del origen al foco, de la parábola (es decir la longitud del eje 14 mostrado en la Figura 5) esta dada por la expresión a = 0.5{M+V(M2+N2) } (ii) en donde M = L sen B L = { ( i tan T) /tan B}-W+W? N = (Wi tan T)Sen B-L cos B Dando forma a la cara reflectora 6 como se muestra en la Figura 5, los anchos de la celda fotovoltaica 8 pueden reducirse (para un ancho W determinado, de la estructura prismática 5) y asegurar todavía que toda la radiación incidente sobre la cara reflectora 6 debajo del punto P (es decir la sección parabólica 12) será dirigida sobre la celda fotovoltaica. La radiación que incide sobre la cara reflectora 6 encima del punto P (es decir la sección plana 11) será dirigida de regreso a la cara frontal 3 de la estructura 1 y será reflejada internamente en forma total en esa cara, como se describió anteriormente con referencia a la Figura 3. El efecto de reducir el ancho S de la celda fotovoltaica es incrementar la relación de concentraciones de la estructura, y el mayor efecto se consigue disponiendo la cara 7 para que quede a lo largo del eje 14 de la curva parabólica 12. En ese caso, el ancho de la celda fotovoltaica 8 será tan pequeño como sea posible, pero, no obstante, recibirá toda la radiación incidente sobre la sección parabólica 12 de la superficie reflectora. Sin embargo, puede ser más práctico (desde un punto de vista de fabricación) disponer la cara 7 a 90° con respecto a la cara frontal 3 del panel 2 como se muestra en la Figura 5, aunque t*t- .? ***? «ts-- km- <M»«j<t -<-»-- -*-* • " — - - - • ^'— "*" '-*- - ——" **•» -ü—i*—•- * • * - la relación de concentraciones de la estructura será ligeramente menor. La Figura 6 ilustra una estructura prismática alternativa 5, en la que la sección parabólica 12 de la 5 Figura 5 esta reemplazada por dos secciones planas mutuamente inclinadas 151, 152 una de las cuales (151) es una continuación de la sección plana 11 de la cara reflectora 6. Las secciones planas 151, 152 conjuntamente proporcionan una forma que corresponde substancialmente a la de la sección 10 parabólica 12 y necesita de cierto ajuste en el ancho y orientación de la cara 7 que porta la celda fotovoltaica 8 pero la sección plana 11 de la cara reflectora 6 (arriba del punto P) permanece sin cambios. La configuración ilustrada de la Figura 6 ofrece una relación de concentraciones 15 ligeramente menor para el panel 2 que la de la Figura 5 pero, a diferencia de la configuración de la Figura 5, no da por resultado que toda la radiación con el ángulo mínimo (es decir la radiación incidente sobre la cara frontal 3 en el ángulo A) reflejada desde la parte inferior de la cara 6 sea 20 llevada hasta un foco sobre el borde 13 de la celda fotovoltaica 8 cuando el sol se encuentra en la altitud mínima A: más bien, cierta parte de esa radiación será dirigida ahora hacia otras áreas de la celda fotovoltaica. Si se desea, la sección parabólica 12 de la Figura 5 podría 25 ser reemplazada por más de dos secciones planas mutuamente f?-lpfilB?rrM^MMÍ l??iÍ?ir???ifii^^-^^^^-^-^- ^^^*-. - ^- --aa----fc-- -.. ,t» - -v,^. inclinadas (en donde una es una continuación de la sección 11, en la manera de la sección 151 en la Figura 6) , proporcionando de igual manera una forma que corresponda substancialmente a la de la sección parabólica. En cada una de las configuraciones descritas anteriormente, las celdas fotovoltaicas 8 pueden ser de cualquier tipo apropiado, en la forma de una tira, y están localizadas sobre las caras 7 de manera tal que se encuentren en contacto óptico con el material del panel 2. En el caso en el que el panel 2 se forme mediante moldeo, el contacto óptico requerido podría conseguirse, por ejemplo, fabricando las celdas fotovoltaicas como una parte integral del producto moldeado. La superficie reflectora sobre las caras 6 de los paneles 2 puede formarse depositando un material reflector sobre aquellas secciones o uniendo, un material reflector preformado, a esas secciones. Ventajosamente, la superficie reflectora tiene una reflectividad de al menos 90% y un ejemplo de un material preformado apropiado es una película de plata reflectora disponible, bajo la designación comercial de "Siverlux", de Minnesota Mining and Manufacturing Company de St . Paul, Minnesota, Estados Unidos de Norteamérica. Ese material puede ser laminado al panel 2 después de que el último haya sido formado, o, en el caso en el que el panel sea formado mediante moldeo, puede ser una parte integral del producto moldeado. Ejemplos de otros materiales reflectores, preformados, apropiados para el uso sobre las caras 6 de un panel, se describen en la US-A-5 882 774 y en la WO 97/01774. Ejemplos adicionales son películas reflectoras disponibles bajo las designaciones comerciales de "ECP 305A" y "SA-85P" de Minnesota Mining and Manufacturing Company; una película plateada sobre aluminio, disponible bajo la designación comercial de "EVERBRITE 95" de Alcoa de Sidney, Ohio, Estados Unidos de Norteamérica; una película plateada disponible bajo la designación comercial de "SPECULAR PLUS", de MSC Laminates & Composites & Inc., de Elk Grove Village, Illinois, Estados Unidos de Norteamérica; y lámina reflectora de aluminio disponible bajo la designación comercial de "MIRO 4" de Alanod Aluminium-Veredlung GmbH & Co, de Ennepetal, Alemania. Una forma alternativa del panel de la Figura 1, en la que el material reflector 16 esta separado de las caras 6, se ilustra en la Figura 7 (a) . El material reflector 16 se muestra colocado en posición paralela con respecto a la cara 6 respectiva, pero separado de la misma por un espacio libre de aire 17 que esta cerrado en ambos extremos por la celda fotovoltaica adyacente 8. En este caso, la presencia del espacio libre de aire 17 causará que cierta parte de la radiación incidente sobre la cara 6 (representada por el rayo 18) sea reflejada internamente, en .-L ' *- * i- , «. , *> * * » forma total, y de esta manera dirigida de regreso hacia el panel, sin pérdidas por absorción. La radiación restante, incidente sobre la cara 6 (representada por el rayo 181) será dirigida de regreso hacia el panel, ya sea por reflexión parcial en esta cara (como se indica mediante el rayo 182) o por reflexión, con pérdidas por absorción, en el material 16 (como se indica mediante el rayo 183) . En la Figura 7 (a) el espacio libre de aire 17 podría ser reemplazado por una capa sólida de un material que tenga un índice de refracción bajo, en comparación con el material del panel 2. En ese caso, la capa sólida proporcionará soporte para el material reflector 16. Aunque el arreglo mostrado en la Figura 7 (a) no ofrece una ventaja apreciable respecto a los arreglos de las Figuras 1 a 6, si el material 16 tiene una reflectividad muy alta, proporcionará un funcionamiento mejorado si la reflectividad del material 16 es menos buena. En algunas circunstancias es posible omitir completamente el material reflector asociado con las caras 6 del panel de la Figura 1, como se ilustra en la Figura 7 (b) . En ese caso únicamente la radiación (ejemplificada por el rayo 19) que sufre una reflexión interna total en las caras 6, será redirigida hacia el panel 2 y puede impactar finalmente a una de las celdas fotovoltaicas 8: el resto de la radiación (diferente a la que cae directamente sobre las R ,4--t,«fe ,£ * fe fc celdas fotovoltaicas) pasará simplemente hacia afuera del panel 2 a través de las caras 6 y será perdida, como se indica mediante el rayo 191. A través de una selección apropiada del ángulo T (ver la Figura 3) , de acuerdo con: n sen (C-T)= sen A (iii) (en donde n, A y C son como se definieron anteriormente) puede asegurarse, si así se desea, que toda la radiación solar que caiga sobre las caras 6 sufra una reflexión interna total, aunque la relación de concentraciones W/S de la estructura 1 será menor. Por otra parte, debido a la simplicidad de la estructura cuando el material reflector se omite, puede ser aceptable, en ciertas circunstancias, usar un panel que tenga una menor relación de concentraciones, a pesar de las pérdidas debidas a la radiación que pasa hacia afuera del panel y a través de las caras 6. A manera de ejemplos se puede hacer referencia nuevamente a la estructura específica (mencionada anteriormente) del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2 (es decir una estructura formada de un material que tiene un índice de refracción de 1.5 y con el ángulo T= 15.754°, y localizado con una orientación directamente hacia el sur a la latitud de 50 °N) . Como se mencionó anteriormente, si la reflectividad de las caras 6 es del 100%, puede esperarse que esa estructura ? .l -. ? - A.-» .-i.-feMAnfa--. m?út ? . ^-^^^^^^^^-^^ muestre una ganancia neta constante de aproximadamente 3.6. Si por comparación el material reflector se retira después de las caras 6 de manera tal que las estructuras se conviertan en estructuras del tipo mostrado en la Figura 5 7 (b) , la ganancia neta permanecerá substancialmente igual a pleno verano pero será menor en otras épocas del año (variando desde un valor comparativamente constante de aproximadamente 0.54 en todo el día a pleno invierno, hasta un valor diario promedio de aproximadamente 2.85 (con 10 amplias variaciones) alrededor de los equinoccios de invierno y otoño. El panel alternativo 2 de la Figura 7 (b) puede usarse, para obtener ventaja, sobre el interior del vidrio 20 de una ventana, como se ilustra en la Figura 8 (a) . En ese 15 caso, además de recolectar la energía solar que pasa a través del vidrio, el panel 2 eliminará el resplandor directo del sol (debido a la presencia de las celdas fotovoltaicas 8) a la vez que permitirá todavía a un observador 21 dentro del edificio, ver a través de la 20 ventana (a través de las superficies 6) hacia el suelo exterior. La Figura 8 (b) ilustra que el panel 2 de la Figura 7 (b) puede usarse también para obtener ventaja en el frente de un panel gráfico 30 que sirva para ser observado 25 desde abajo (es decir por un observador 31 colocado para ver fc_afc.-:-»-¿8---Í hacia arriba el panel gráfico 30) . El panel gráfico 30 será visible al observador a través de las caras planas 6 del panel 2 pero no obstante el último funcionará, para recolectar energía solar que puede, a su vez, generar electricidad que se puede almacenar en una batería para iluminar el panel gráfico (que puede ser, por ejemplo, un rótulo iluminado desde atrás) . El panel 30 puede estar localizado sobre el exterior de un edificio, o puede ser cualquier otra forma de panel vertical tal como una cartelera publicitaria o una señal de vialidad. Dado que la cara frontal del panel gráfico 30 estará protegida por el panel 2, es posible construir el panel gráfico a partir de materiales que, de otra manera, no serían capaces de soportar los efectos de las condiciones ambientales. La Figura 9 ilustra una modificación al panel 2 de la Figura 7 (b) , para el uso en la eliminación de la distorsión de una imagen que se vea a través del panel. La modificación comprende la provisión, adyacente a la cara perfilada 4 del panel 2, de un segundo panel 33 formado del mismo material que el primer panel, para compensar la refracción de los rayos luminosos que pasen a través del último. La cara 35 del segundo panel 33 adyacente al panel 2 tiene un perfil que es complementario al de la cara 4, y existe un pequeño espacio libre de aire 37 ente las dos caras, para asegurar que la cantidad de radiación dirigida hacia las celdas fotovoltaicas 8 permanezca sin cambios. Para un observador 38 que mire a través de los paneles, el montaje 2, 33, funciona, no obstante, como si fuera una placa paralela y se elimina cualquier distorsión visual que pudiese haber sido aparente en la ausencia del segundo panel 33. En la descripción anterior se asume que el panel 2 esta colocado de manera tal que la cara frontal vertical 3 quede orientada en la dirección geográfica en la que el sol logra su mayor altitud (es decir directamente hacia el sur en el hemisferio norte) . El panel 2 puede usarse también para sacar provecho (es decir, sin una reducción substancial en la cantidad de radiación solar que pueda recolectar) cuando se gire hacia arriba aproximadamente 45° hacia el Este u Oeste, con la condición de que la estructura se gire en su propio plano al mismo tiempo y que el ángulo T se incremente ligeramente para asegurar la recolección de energía solar cuando el sol esté en su altitud mínima. En otras palabras, la cara frontal 3 permanece vertical pero las estructuras prismáticas 5 no se extienden ya más horizontalmente. Esto se ilustra en las Figuras 10 (a) y (b) las cuales son vistas esquemáticas desde el frente y desde arriba, respectivamente, de un panel 22 orientado hacia el sur, de un panel 23 orientado hacia el sureste, y de un panel 24 orientado hacia el suroeste. Los .8 t.Á ?j&?i***& .__-.. . -. .- , .. . -. »-. . - *««-.....- .-_.„-, -»--* »«--t *-* - -paneles 23 y 24 han sido girados en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj y en el sentido contrario, respectivamente, con relación al panel 21 como se ve en la Figura 9 (a). En un ejemplo práctico, un panel del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2, formado a partir de un material que tiene un índice de refracción de 1.5, se usa en una orientación vertical 30° Este desde el Sur a una latitud de 50°N. El panel se gira en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj un ángulo R de 24.94° (como se observa en la dirección de la flecha II en la Figura 1) y el ángulo de inclinación T de las caras reflectoras se fija a 17.7° (dando una relación de concentraciones W/S de 3.29). Por supuesto que el mismo panel funcionará satisfactoriamente orientado a 30° Oeste desde el Sur a la misma latitud, pero deberá girarse 24.94° en un sentido contrario al movimiento de las manecillas del reloj, en vez que en la dirección del movimiento de las manecillas del reloj. Otros ejemplos prácticos se resumen en la Tabla 3 posterior. En cada caso el panel (que es del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2) está formado a partir de un material que tiene un índice de refracción de 1.5 y se usa en una orientación vertical a una latitud de 50° N.

También se pueden usar con ventaja cualesquiera de los otros paneles descritos anteriormente (es decir, con referencia a las Figuras de la 5 a la 9) en la manera ilustrada en la Figura 10. En cada caso, el panel se gira en su propio plano, de manera tal que las estructuras prismáticas 5 se inclinan con respecto a la horizontal, y el ángulo T se incrementa para asegurar la recolección de energía solar cuando el sol se encuentra en su altitud mínima. También se ha asumido en la descripción anterior que el panel 2 es vertical. Sin embargo, la misma estructura funcionará también en una orientación no vertical, por ejemplo sobre el techo inclinado (a dos aguas) , de una casa o como parte de un arreglo de colectores sobre el suelo, y puede ofrecer todavía ventajas en comparación con un panel solar, sin seguimiento del sol, plano, convencional, orientado en la dirección óptima. La dirección óptima es la dirección de la posición promedio del sol (tomada como la posición del sol a medio día en el equinoccio) , y un panel 25 que esté orientado en esa manera se muestra en la Figura 11 con la posición promedio del sol indicada en 26. A la latitud de 50°, la altitud apuntada óptima para el panel 25 sería de 40°. Una estructura del tipo mostrado en la Figura 1, usada a esta latitud y orientada en esta forma puede, con la condición de que esté adaptada para recibir radiación del sol con un ángulo mínimo (es decir la radiación del sol de diciembre) , recolectar dos veces la energía solar, en el transcurso de un año, comparada con un panel plano, para la misma área de celdas fotovoltaicas. La ganancia neta es además comparativamente constante durante todo el año. En menores altitudes (es decir menores que 40°) la cantidad de energía solar recolectada por el tipo de estructura de la Figura 1, en el transcurso de un año, puede incrementarse inclusive más, pero exhibe variaciones más amplias en todo el año, y la ganancia máxima con relación al panel convencional 25 de la Figura 11 se consigue en los meses de invierno. Cualesquiera de los otros paneles descritos anteriormente, con referencia a las Figuras 5 a 9, puede usarse también en una orientación no vertical.

Las Figuras 12 y 13 ilustran modificaciones adicionales de la estructura mostrada en la Figura 1. La estructura 27 tipo panel, mostrada en la Figura 12, comprende, efectivamente, una sola de las estructuras prismáticas de la Figura 1. En este caso, la geometría de la estructura se selecciona para asegurar que al menos parte de la radiación que es reflejada desde la cara 6 llegue a la celda fotovoltaica 8 directamente, mientras que otra parte llegue a la celda solar después de la reflexión interna total en la cara frontal 3. La estructura ilustrada en la Figura 12 comprende una serie de estructuras prismáticas individuales 27, cada una del tipo mostrado en la Figura 11, montadas una adyacente a otra, para formar un panel más grande. Se apreciará que cualesquiera de las otras estructuras prismáticas, descritas anteriormente con referencia a las Figuras de la 5 a la 8, podrían usarse también en la manera ilustrada en las Figuras 12 y 13. Cualesquiera de las estructuras de panel descritas anteriormente podrían laminarse a un panel transparente, en la manera ilustrada en la Figura 8 (a) . El panel transparente no necesita ser una ventana en un edificio, sino que podría usarse, por ejemplo, con el propósito de proteger el panel del medio ambiente o contra el daño físico cuando se use en una situación expuesta.

----AÍí_--_?- En la descripción anterior, con referencia a los dibujos, se ha asumido que los colectores de energía radiante son de la forma de celdas fotovoltaicas. Sin embargo podrían usarse otras formas de colectores de energía radiante, incluyendo colectores de calor. Por ejemplo, la Figura 14 muestra una estructura de panel del tipo mostrado en la Figura 1, en la que las celdas fotovoltaicas 8 son reemplazadas por tubos colectores de calor 28. Si el panel es una estructura moldeada, los tubos 28 pueden incorporarse durante la operación de moldeo. Los tubos 28 puede contener agua u otros fluidos apropiados para transportar calor, o pueden ser tubos térmicos (es decir tubos que transfieren calor mediante la vaporización y condensación repetidas de un fluido) . En la descripción anterior de paneles que contienen una pluralidad de estructuras prismáticas, se ha asumido que las estructuras prismáticas son idénticas. Sin embargo esto no es esencial, con la condición de que los diferentes mecanismos mediante los cuales se dirija la radiación a los colectores 8, 28 en el panel, se encuentren todavía presentes. Tampoco es esencial que la cara frontal 3 del panel sea exactamente plana: en ciertas circunstancias puede ser deseable proporcionar al panel una cara frontal que esté estructurada (aunque en una escala significativamente más pequeña que la cara posterior 4), por . -S M .í ,-1 ejemplo para reducir las pérdidas de radiación por la reflexión parcial en la cara frontal. También puede ser deseable, en ciertas circunstancias, dar un grado de curvatura a todo el panel, por ejemplo para que coincida con 5 la curvatura de una cara (tal como una fachada de edificio) sobre la cual se monte el panel. La curvatura podría ser en la dirección horizontal y/o en la vertical.

Se hace constar que con relación a esta fecha, 10 el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Una estructura para recolectar energía radiante, caracterizada porque comprende un panel de material que tiene una primera superficie principal a través de la cual puede entrar energía radiante al panel, y una segunda superficie principal, opuesta, la segunda superficie principal es perfilada y comprende al menos una estructura alargada en general prismática, una parte de la cual comprende una superficie reflectora orientada hacia el panel y otra parte de la cual comprende un colector de energía radiante; eh donde la estructura prismática tiene una forma tal que: (i) una parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, es reflejada desde la superficie reflectora para chocar directamente sobre el colector de energía radiante. (ii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, es reflejada desde la superficie reflectora para chocar sobre el colector de energía radiante, seguido de la t.-i s »„¿&.-i í? zá?t-*- ». -------i--. .R .- .1 reflexión interna total en la primera superficie principal del panel; e (iii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal 5 choca directamente sobre el colector de energía radiante; y en donde al menos parte de la superficie reflectora tiene la forma de, o una forma que corresponde substancialmente con, parte de un reflector parabólico dispuesto de manera tal que toda la energía radiante incidente sobre esa parte 10 perfilada, de la superficie reflectora, se refleja directamente hacia el colector de energía radiante. 2. Una estructura para recolectar energía radiante, caracterizada que comprende un panel de un material que tiene una primera superficie principal a través 15 de la cual puede entrar al panel la energía radiante, y una segunda superficie principal opuesta; la segunda superficie principal es perfilada y comprende una pluralidad de estructuras alargadas en general prismáticas, una parte de cada una de las cuales comprende una superficie reflectora 20 orientada hacia el panel, y otra parte de cada una de las cuales comprende un colector de energía radiante; en donde las estructuras prismáticas tienen una forma tal que: (i) una parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, es reflejada desde las superficie reflectoras para chocar directamente sobre los colectores de energía radiante; (ii) otra parte de la energía radiante que entra al panel, a través de la primera superficie principal, 5 es reflejada desde las superficies reflectoras, para chocar sobre al menos algunos de los colectores de energía radiante, seguido de la reflexión interna total en la primera superficie principal del panel; e (iii) otra parte de la energía radiante que 10 entra al panel a través de la primera superficie principal, choca directamente sobre los colectores de energía radiante; y en donde al menos parte de cada superficie reflectora tiene la forma de, o una forma tal que corresponde substancialmente con, parte de un reflector parabólico 15 dispuesto de manera tal que toda la energía radiante incidente sobre esa parte perfilada, de la superficie reflectora, se refleja directamente en el colector de energía radiante de la estructura prismática respectiva. 3. Una estructura de conformidad con la 20 reivindicación 2, caracterizada porque las estructuras prismáticas son en general idénticas y están dispuestas paralelas unas con respecto a las otras. 4. Una estructura de conformidad con cualesquiera de la reivindicaciones de la 1 a la 3, 25 caracterizada porque otra parte de la superficie reflectora *Jkm¿?!r ¡ÍtÍltmt. de la estructura prismática, o cada una de ellas, es una superficie reflectora plana. 5. Una estructura de conformidad con cualesquiera de la reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizada porque la parte perfilada, de la superficie reflectora, de la estructura prismática, o de cada una de ellas, comprende, una pluralidad de superficies reflectoras planas, mutuamente inclinadas, que producen una forma que corresponde substancialmente a parte de un reflector parabólico. 6. Una estructura de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque la superficie reflectora de la estructura prismática, o de cada una de ellas, forma una primera cara de la estructura prismática, y el colector de energía radiante, asociado, está localizado en una segunda cara unida a la parte perfilada de la superficie reflectora. 7. Una estructura de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la segunda cara de la estructura prismática, o de cada una de ellas, está localizada perpendicular con respecto a la primera superficie principal del panel. 8. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada superficie reflectora comprende un i*fr isa a--j^-i £*--• "----dt*" .--- -- -,. material reflector de la luz, en contacto directo con, o adyacente a, la estructura prismática reflectora. 9. Una estructura para recolectar energía radiante, caracterizada porque comprende un panel de material que tiene una primera superficie principal a través de la cual puede entrar al panel la energía radiante, y una segunda superficie principal opuesta; la segunda superficie principal es perfilada y comprende una pluralidad de estructuras alargadas en general prismáticas, que se extienden en general paralelas unas con respecto a las otras en todo el panel, una parte de cada estructura prismática comprende una superficie reflectora orientada hacia el panel, y otra parte comprende un colector de energía radiante; en donde las estructuras prismáticas tienen una forma tal que: (i) una parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal es reflejada desde las superficies reflectoras para chocar directamente sobre los colectores de energía radiante; (ii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, es reflejada desde las superficies reflectoras, para chocar sobre al menos algunos de los colectores de energía radiante, seguido de la reflexión interna total en la primera superficie principal del panel; e (iii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, choca directamente sobre los colectores de energía radiante; y en donde el panel está orientado en una dirección geográfica diferente a aquella en la cual el sol consigue su máxima altitud y está colocado con las estructuras prismáticas extendiéndose en una dirección inclinada con respecto a la horizontal. 10. Una estructura de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque cada superficie reflectora forma una primera cara de la estructura prismática respectiva, y el colector de energía radiante asociado está localizado en una segunda cara adjunta. 11. Una estructura de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la primera y segunda caras son caras planas y están inclinadas a 90° unas respecto a las otras. 12. Una estructura de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la segunda cara está localizada perpendicular con respecto a la primera superficie principal del panel. 13. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 9 a la 12, i«tjlt,At{fe-B.lH Bjfaü-j.. * ?&--> *~* ~ , caracterizada porque cada superficie reflectora comprende un material reflector de la luz, en contacto directo con, o adyacente a, la estructura prismática respectiva. 14. Una estructura de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque la superficie reflectora está localizada detrás, y separada de, la estructura prismática respectiva, en la dirección lejos de la primera superficie principal del panel. 15. Una estructura de conformidad con la reivindicación 9 o con la reivindicación 10, caracterizada porque al menos parte de cada superficie reflectora tiene la forma de, o una forma que corresponde substancialmente con, parte de un reflector parabólico dispuesto de tal forma que toda la energía radiante incidente sobre esa parte perfilada, de la superficie reflectora, es reflejada directamente hacia el colector de energía radiante de la estructura prismática respectiva. 16. Una estructura para recolectar energía radiante, caracterizada porque comprende un panel de material que tiene una primera superficie principal a través de la cual puede entrar al panel la energía radiante, y una segunda superficie principal opuesta; la segunda superficie principal es perfilada y comprende al menos una estructura alargada en general prismática una parte de la cual comprende un colector de energía radiante; la estructura prismática tiene una forma tal que: (i) una parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, pasa 5 directamente a través del panel; (ii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal choca sobre el colector de energía radiante, ya sea directamente o seguido a la reflexión interna total, al 10 menos en la segunda superficie principal del panel. 17. Una estructura para recolectar energía radiante caracterizada porque comprende un panel de material que tiene una primera superficie principal a través de la cual puede entrar al panel la energía radiante, y una 15 segunda superficie principal opuesta; la segunda superficie principal es perfilada y comprende una pluralidad de estructuras alargadas en general prismática^, una parte de las cuales comprende un colector de energía radiante; la estructuras prismáticas tienen una forma tal que: 20 (i) una parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, pasa directamente a través del panel; (ii) otra parte de la energía radiante que entra al panel a través de la primera superficie principal, 25 choca sobre los colectores de energía radiante, ya ?ea directamente o seguido a la reflexión interna total en la segunda superficie principal del panel. 18. Una estructura de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada porque las estructuras prismáticas son en general idénticas y están dispuestas paralelas unas respecto a las otras. 19. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 16 a la 18, caracterizada porque el panel esta colocado, con la estructura prismática, o cada una de las mismas, extendiéndose en una dirección inclinada con respecto a la horizontal . 20. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 16 a la 19, caracterizada porque la estructura prismática, o cada una de las mismas, comprende un par de caras mutuamente inclinadas, una de las cuales incluye el colector de energía radiante asociado. 21. Una estructura de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque las caras mutuamente inclinadas están inclinadas a 90° unas respecto a las otras. 22. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 16 a la 21, caracterizada porque el panel esta localizado enfrente de una superficie, por lo cual la superficie es visible, a i -i ,» A í ~éá?M* . i ?* -través del panel, para un observador colocado enfrente de la primera superficie principal. 23. Una estructura de conformidad con la reivindicación 22, caracterizada porque la superficie comprende gráficos visibles a través del panel. 24. Una estructura de conformidad con la reivindicación 22 o con la reivindicación 23, caracterizada porque la energía recolectada por el (los) colector (es) de energía radiante, se usa para generar electricidad para iluminar la superficie. 25. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 16 a la 21, caracterizada porque el panel esta localizado sobre la superficie interior de una ventana. 26. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones de la 16 a la 25, caracterizada porque incluye un segundo panel colocado adyacente a la segunda superficie principal del primer panel mencionado; en donde la superficie del segundo panel adyacente a la segunda superficie principal del primer panel mencionado, tiene un perfil complementario a la misma. 27. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el colector de energía radiante comprende una celda fotovoltaica o un colector de calor. 28. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el panel esta formado de un material polimérico. 5 29. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el panel comprende un montaje moldeado. 30. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, 10 caracterizada porque la primera superficie principal es plana. 31. Una estructura de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el panel esta colocado de manera tal 15 que la primera superficie principal es substancialmente vertical. 32. Una estructura de conformidad con la reivindicación 1, o con la reivindicación 2, caracterizada porque substancialmente es como se describe en la presente 20 con referencia a la Figura 5 o a la Figura 6 de los dibujos adjuntos, y como se muestra en la misma. 33. Una estructura de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque es substancialmente como se describe en la presente con referencia, y como se 25 muestra, en la Figura 10, en combinación con las Figuras de la 1 a la 4, o cualesquiera de las Figuras de la 5 a la 9, de los dibujos adjuntos. 34. Una estructura de conformidad con la reivindicación 16 o con la reivindicación 17, caracterizada porque es substancialmente como se describe en la presente con referencia a, y como se muestra en, la Figura 7 (b) o Figura 8 (a) o Figura 8 (b) o Figura 9, de los dibujos adjuntos. ESTRUCTURA TIPO PANEL PARA RECOLECTAR ENERGÍA RADIANTE RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un panel para recolectar energía solar tiene una superficie posterior perfilada (4) que comprende estructuras prismáticas alargadas (5) , una parte de cada una de las cuales contiene una celda fotovoltaica (8). En una forma, otra parte de cada estructura prismática comprende una superficie reflectora (6) y, para mejorar la eficiencia del panel, una parte (12) de esa superficie reflectora puede tener la forma de parte de un reflector parabólico. En otra forma, la superficie reflectora (6) se omite, de manera tal que cierta parte de la energía solar puede pasar directamente a través del panel. Las estructuras prismáticas se extienden en general horizontalmente a través del panel, pero pueden estar inclinadas con respecto a la horizontal, especialmente si el panel esta colocado para quedar orientado en una dirección geográfica diferente a aquella en la cual el sol logra su máxima altitud. -?£«t, ü.---. t n.* «.