PT106263A - Colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM COLECTOR SOLAR TÉRMICO TRANSPARENTE PARA UM MÓDULO FOTOVOLTAICO PADRÃO QUE COMPREENDE UM SISTEMA DE ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR COM UMA PLACA ABSORSORA TRANSPARENTE (1), AFASTADA DO MÓDULO FOTOVOLTAICO, LIGADA COM FIXAÇÃO, POR INTERMÉDIO DE JUNTAS (6), SUPERIORMENTE, AO TUBO DE ACUMULAÇÃO (2), E INFERIORMENTE, AO TUBO DE RECOLHA (3), E UM SISTEMA DE ACUMULAÇÃO DO FLUIDO CIRCULANTE COM UM TUBO DE ACUMULAÇÃO (2), FIXADO NA EXTREMIDADE SUPERIOR DA PLACA ABSORSORA (1) ATRAVÉS DA JUNTA (6), CONTENDO UMA ABERTURA PARA COLOCAÇÃO DO TUBO DE ENCHIMENTO (7), UMA ABERTURA PARA A COLOCAÇÃO DO TUBO DE CIRCULAÇÃO (5), ISOLADO TERMICAMENTE, E DUAS ABERTURAS PARA ENTRADA E SAÍDA DOS TUBOS DO PERMUTADOR DE CALOR (4). A INVENÇÃO É APLICÁVEL A PAINÉIS FOTOVOLTAICOS PADRÃO JÁ INSTALADOS E PERTENCE AO DOMÍNIO TÉCNICO DOS COLECTORES SOLARES TÉRMICOS.

Description

Descrição "Colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável â superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão" A presente invenção refere-se a um colector solar térmico transparente de baixo custo para um módulo fotovoltaico padrão o qual compreende um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação do fluido circulante, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação a superfície frontal do módulo fotovoltaico.

ESTADO DA TÉCNICA

Os sistemas solares híbridos integrados, com componente térmica e elétrica no mesmo sistema, são uma tecnologia com elevado grau de maturidade no que diz respeito à investigação científica e desenvolvimento de protótipos. É uma tecnologia onde a componente de aproveitamento da energia térmica é integrada na parte de trás do módulo ou na superfície frontal no momento em que é construído o produto em fábrica. São sistemas com elevada robustez, custo de aquisição muito superior aos benefícios obtidos e de uma operação e manutenção complexa. A complexidade advém do facto de, se existir um problema numa das componentes, tem de ser realizado a manutenção do sistema integrado completo. Esta situação está mais presente nos sistemas que têm as serpentinas de arrefecimento na superfície frontal do módulo, onde o fluido circula por termosifão, junto das células solares. As pessoas que pretendem adquirir um equipamento que converta a radiação solar em eletricidade ou calor tem preferência na aquisição dos dois equipamentos em separado, uma vez que os sistemas híbridos solares tem uma pequena presença no mercado devido à baixa procura no mercado. A presente invenção destaca-se dos vários produtos similares identificados no estado-da-arte porque pretende ser um sistema de melhoramento do desempenho dos sistemas fotovoltaicos actualmente instalados. A invenção pode ser 1 acoplada na superfície frontal do módulo fotovoltaico sem qualquer complexidade e sem probabilidade de causar danos no módulo. O facto de a invenção filtrar a radiação solar, de acordo com as necessidades do módulo fotovoltaico, faz com que diminua o grau de degradação dos materiais constituintes do módulo fotovoltaico e aumente a produção de energia.

Qualquer problema de operação que surja no equipamento pode ser reparado sem qualquer alteração no sistema fotovoltaico jã instalado, adquirindo características técnicas de flexibilidade de manutenção, simples operação e elevada leveza. A presente invenção evita o sobreaquecimento dos módulos fotovoltaicos já instalados melhorando o seu desempenho durante o seu funcionamento, uma vez que os sistemas solares híbridos integrados não têm capacidade de resolver os problemas verificados durante o funcionamento de módulos fotovoltaicos já instalados. A presente invenção é aplicável a painéis fotovoltaicos padrão já instalados e pertence ao domínio técnico dos colectores solares térmicos.

DESCRIÇÃO DETALHADA A presente invenção refere-se a um colector solar térmico transparente de baixo custo que é acoplado à superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão. O colector solar térmico transparente consiste num sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, num sistema de transferência de energia e num conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico.

Este sistema permite prevenir o sobreaquecimento do módulo fotovoltaico através da absorção da banda infra vermelha do espectro da radiação solar, aumentando assim a eficiência eléctrica do módulo fotovoltaico e a obtenção de água quente como sub-produto. O colector solar térmico é colocado muito próximo do módulo fotovoltaico, aproximadamente 50mm, de forma a reduzir as perdas da radiação solar, após a passagem pelo colector. 2 O sistema de absorção da radiação solar consiste numa placa absorsora transparente de policarbonato alveolado com uma espessura de lOmm, onde circula o fluido no seu interior, e que é colocado sobre a superfície frontal do módulo fotovoltaico a uma distância de 50mm.

As dimensões da placa absorsora são superiores às do módulo fotovoltaico, de forma a quando sejam colocados o sistema de acumulação e circulação estes não criem sombra no módulo fotovoltaico. O sistema de acumulação e circulação inclui um tubo de acumulação, que armazena o fluido circulante, por convecção natural, dos alvéolos da placa absorsora de policarbonato transparente. Inclui também um tubo de recolha que recebe a água proveniente do tubo de acumulação, a uma temperatura inferior, através de um tubo de circulação devidamente isolado, conseguindo-se assim um circuito fechado. 0 sistema de transferência de energia consiste num tubo em serpentina de cobre que funciona como permutador calor, formando um circuito secundário, onde circula a água da rede. Este tubo em serpentina encontra-se no interior do tubo de acumulação e permite a transferência do calor do fluido contido no tubo de acumulação para a água da rede que circula no tubo em serpentina, obtendo água quente à saída do circuito secundário. O conjunto de peças de fixação é constituído por dois suportes de maior dimensão de forma a suportar o peso do tubo de acumulação e dois suportes de menor dimensão para suportar o peso do tubo de recolha. Ambos os suportes são colocados na parte de trás do módulo fotovoltaico original, evitando assim o contacto entre o sistema fotovoltaico e o sistema solar térmico. A presente invenção vai agora ser explicada com mais pormenor com o auxílio dos desenhos anexos, nos quais: a fig. 1 é uma vista de topo do sistema da presente invenção, na posição horizontal. 3 a fig. 2 é uma vista lateral do sistema do sistema de acumulação e circulação parcial do fluido, na posição vertical. a fig. 3 é uma vista lateral em corte parcial dos tubos de acumulação, de maior dimensão, e de recolha, de menor dimensão. a fig. 4 é uma vista lateral dos fixadores destinados a suportar o peso dos tubos de acumulação e recolha.

Fazendo referência aos desenhos, na fig. 1 está representado genericamente o colector solar térmico transparente acoplãvel à superfície frontal do módulo fotovoltaico padrão, o qual inclui o sistema de acumulação e circulação do fluido e o sistema de transferência de energia.

Como se vê na fig. 2, o dito sistema de acumulação e circulação parcial do fluido consiste num tubo superior de acumulação (2) , de maiores dimensões, o qual tem dois orifícios para entrada e saída do tubo em serpentina de cobre (4) e encontra-se ligado à placa absorsora (1) por intermédio de uma junta (6). A placa absorsora (1) permite fazer a circulação do fluido, no seu interior, por circulação em termosifão, do tubo de recolha (3), inferior, para o tubo de acumulação (2), superior. As extremidades da placa absorsora (1) são colocadas no interior dos tubos {2,3), permitindo que o fluido circulante seja depositado nos respectivos tubos (2,3), sendo esta ligação fechada através da colocação das juntas (6) . Na fig. 2 não é visível o tubo de circulação (5) e o tubo de enchimento (7), no entanto, verifica-se pela fig. 1 que este tubo (5) faz a ligação entre o tubo de acumulação (2) e o tubo de recolha (3) onde circula o fluido com temperatura inferior à temperatura do fluido que se encontra no interior do tubo de acumulação e o tubo (7) permite o enchimento ou vazamento do fluido presente no sistema. Desta forma, o tubo de circulação (5) permite que a presente invenção, ou seja, o colector solar térmico funcione em circuito fechado com circulação por termosifão. Os dois orifícios para entrada e saída do tubo em serpentina de cobre (4) formam um circuito secundário onde circula água da rede, que vai 4 receber calor transferido do fluido que está no interior do tubo de acumulação (2). A fig. 3 mostra os dois tubos simples, de acumulação (2} e recolha (3), seccionados. As aberturas permitem a integração das extremidades da placa absorsora {1) e a posterior fixação com recurso às juntas (6) respectivas. A fig. 4 mostra as peças de suporte aos tubos de acumulação (2) e recolha (3) . Estas peças são fixadas na estrutura metálica situada na parte de trás do módulo fotovoltaico, enquanto a parte em forma de gancho é usada para suportar os respectivos tubos (2,3). As peças de suporte de maior dimensão (8) são para suportar o peso do tubo de acumulação (2) e as de menor dimensão (9) são para suportar o peso do tubo de recolha (3). Ambas as peças de suporte (8,9) evitam que não haja contacto e sombreamento entre o objecto da invenção e o módulo fotovoltaico. O sistema de absorção da radiação solar, compreende uma placa absorsora transparente (1), afastada do módulo fotovoltaico, ligada com fixação, por intermédio de juntas (6) , superiormente, ao tubo de acumulação (2) e inferiormente, ao tubo de recolha (3) . O dito sistema de acumulação do fluido circulante compreende um tubo de acumulação (2) , fixado na extremidade superior da placa absorsora (1) através da junta (6) , e que contém uma abertura para colocação do tubo de enchimento (7) , uma abertura para a colocação do tubo de circulação (5), isolado termicamente e duas aberturas para entrada e saída do tubos do permutador de calor (4) . O dito sistema de transferência de energia compreende um tubo em serpentina de cobre no interior (4) , situado no interior do tubo de acumulação (2). 0 sistema de fixação compreende dois suportes, em forma de gancho, de maior dimensão (8) para o tubo de acumulação (2) e dois conjuntos de suportes, em forma de gancho, de menor dimensão (9) para o tubo de recolha (3) , colocados superiormente e inferiormente respectivamente, e fixados na estrutura metálica que suporta o módulo fotovoltaico. 5 A invenção diz respeito a a) Um colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão, compreendendo um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico, caracterizado por compreender o dito sistema de absorção da radiação solar, compreender um placa absorsora transparente (1) que está ligada, através das suas extremidades e fixadas por juntas (6) , superiormente, ao tubo de acumulação (2) e inferiormente ao tubo de recolha (3), em que o tubo de acumulação (2) tem integrado um circuito secundário composto por um tubo em serpentina de cobre (4) e ainda tem um tubo de enchimento {7), e quando o fluido arrefece, após a transferência de calor, passa pelo tubo de circulação (5) permitindo que esta chegue ao tubo de recolha (2). b) Um colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão, compreendendo um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico, de acordo com a alínea a) , caracterizado por compreender um conjunto de peças de suporte que são fixadas na estrutura metálica da parte de trás do módulo fotovoltaico em que o conjunto é composto pelas peças de suporte de maior dimensão (8) para suportar o peso do tubo de acumulação e pelas peças de suporte de menor dimensão (9) para suportar o peso do tubo de recolha. c) Um processo de arrefecimento de um módulo fotovoltaico padrão caracterizado por compreender um colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal compreendendo um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico, de 6 acordo com as alíneas a) e b) , no qual o fluido frio presente no tubo de recolha (3) circula no interior da placa absorsora transparente (1), por termosifão através da absorção da radiação solar, para o tubo de acumulação (2) onde se dá a transferência de energia entre a água fria da rede, que circula na serpentina de cobre (4) , e o fluido quente que encontra-se no interior do tubo de acumulação (2), em que após a transferência de calor, o fluido arrefece passa pelo tubo de circulação (5) para o tubo de recolha e volta novamente a ser aquecido na placa absorsora, formando assim um circuito fechado com circulação em termosifão sendo a água aquecida da rede utilizada posteriormente.

Sesimbra, 15 de Julho de 2013 7

Claims (3)

1. Reivindicações 1- Colector solar térmico transparente de baixo custo acoplãvel á superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão, compreendendo um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico, caracterizado por compreender o dito sistema de absorção da radiação solar, compreender um placa absorsora transparente (1} que está ligada, através das suas extremidades e fixadas por juntas {6} , superiormente, ao tubo de acumulação (2) e inferiormente ao tubo de recolha (3), em que o tubo de acumulação (2) tem integrado um circuito secundário composto por um tubo em serpentina de cobre (4) e ainda tem um tubo de enchimento (7) , e quando o fluido arrefece, após a transferência de calor, passa pelo tubo de circulação {5) permitindo que esta chegue ao tubo de recolha (2).
2. 2- Colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal de um módulo fotovoltaico padrão, compreendendo um sistema de absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação à superfície frontal do módulo fotovoltaico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um conjunto de peças de suporte que são fixadas na estrutura metálica da parte de trás do módulo fotovoltaico em que o conjunto é composto pelas peças de suporte de maior dimensão (8) para suportar o peso do tubo de acumulação e pelas peças de suporte de menor dimensão (9) para suportar o peso do tubo de recolha.
3. 3- Processo de arrefecimento de um módulo fotovoltaico padrão caracterizado por compreender um colector solar térmico transparente de baixo custo acoplável à superfície frontal compreendendo um sistema de 1 absorção da radiação solar ao qual está associado um sistema de acumulação e circulação do fluido, um sistema de transferência de energia e um conjunto de peças de fixação que permite a acoplação â superfície frontal do módulo fotovoltaico, de acordo com as reivindicações 1 e 2, no qual o fluido frio presente no tubo de recolha (3) circula no interior da placa absorsora transparente (1) , por termosifão através da absorção da radiação solar, para o tubo de acumulação (2) onde se dá a transferência de energia entre a água fria da rede, que circula na serpentina de cobre (4) , e o fluido quente que encontra-se no interior do tubo de acumulação (2) , em que após a transferência de calor, o fluido arrefece passa pelo tubo de circulação (5) para o tubo de recolha e volta novamente a ser aquecido na placa absorsora, formando assim um circuito fechado com circulação em termosifão sendo a água aquecida da rede utilizada posteriormente. Sesimbra, 15 de Julho de 2013 2