WO2017081538A2 - Montaje de dispositivos fotovoltaicos que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de temperatura de operación - Google Patents

Montaje de dispositivos fotovoltaicos que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de temperatura de operación Download PDF

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WO2017081538A2
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Rosario GARCIA SAMPAYO
Tabaré PAGLIANO
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Garcia Sampayo Rosario
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention is related to the use of photovoltaic conversion devices for the generation of electricity; and particularly refers to the geometric arrangement in the assembly of the component elements of the photovoltaic installation, based on a volumetric concept as a variant to the traditionally flat one; also incorporating movement systems and accessories that, together with a novel configuration of its exterior shape, provide advantageous functionalities for the production of electricity from photovoltaic installations, resulting in improvements in the cleaning process, the operating temperature, solar radiation collection , and replacement of photovoltaic conversion devices.
  • photovoltaic solar energy systems as one of the renewable energy sources, is gaining more attention and its use globally increases at an unprecedented rate.
  • photovoltaic panels at the aerospace level is also known.
  • the way in which photovoltaic conversion devices are mounted has a significant impact on the ability of the installation to capture the light.
  • photovoltaic panels are flat, and when they are installed they are also arranged flat; eventually implementing a certain inclination that compensates for the latitude of the geographical area of the location in question. Based on this flat installation design, the need for periodic cleaning depends largely on the conditions of the environment in which it is located.
  • the areas where there are higher levels of solar irradiance - and therefore with greater potential for exploitation of solar energy - are the areas near the equator line. Some of these locations are usually arid areas characterized by frequent accumulation of dust and abundant heat. The dust that is deposited on the photovoltaic panels restricts the passage of light causing a reduction in performance. In turn, the efficiency of photovoltaic conversion devices decreases as the operating temperature increases. Consequently, photovoltaic panels installed in hot and arid areas often experience a reduction in efficiency in the production of electricity due to the increase in temperature of the photovoltaic panels and the interference caused by dust accumulation; and as a result of the latter, higher maintenance costs are also faced. From the above, there is a need to improve the design of photovoltaic installations in a way that facilitates cleaning and, where possible, also improves thermal performance so that the installation operates within optimal parameters of temperature and cleanliness.
  • the present invention consists of methods and assembly design of photovoltaic conversion devices that uniquely provide solutions for challenges in the operation phase of photovoltaic installations: the need for cleaning and the adverse effect of high temperatures, thus constituting a tool strategic to achieve improvements in the production of electricity from photovoltaic installations, especially in areas where environmental conditions imply exposure to dust and high temperatures, among others.
  • Photovoltaic conversion devices Electricity generation devices by means of the photovoltaic effect - hereinafter referred to generically as "photovoltaic conversion devices”, among which are commonly known as photovoltaic cells - they have the ability to convert light into electricity.
  • Photovoltaic cells can be mounted in arrays known as photovoltaic panels or solar panels, which are composed of a certain amount of interconnected photovoltaic cells and arranged on a flat surface that seeks to optimize exposure to solar radiation that comes in the form of virtually parallel rays each. Therefore, the criterion of disposing photovoltaic cells in flat form has been traditionally applied, then installing the photovoltaic panels in such a way that the sun's rays affect as far as possible perpendicular to the exposed surface of the photovoltaic cells.
  • photovoltaic panel installations on the roofs of homes and buildings, gardens, boats, etc.
  • Photovoltaic cells are manufactured using different technologies, the best known and commercially available are those of Silicon crystals, among which monocrystalline, polycrystalline, and thin film are distinguished (from English "thin film”).
  • Each manufacturing technology implies results that provide different specific performance characteristics in electricity production per unit of radiation received, as well as different levels of performance variation due to an increase in operating temperature.
  • these technologies share problems in common, namely: 1. photovoltaic conversion devices are negatively affected by a lack of cleanliness of the surface through which solar radiation enters; 2. have a reduction in electricity generation performance as their operating temperature increases, and 3. replacement of defective elements usually implies at least partial interruption of the electricity generation process. Since there is abundant publicly available literature describing the technology, traditional methods of application, limitations and operating parameters; as well as the expected yields and the problems in the operation phase; and having such documentary reference is easily accessible.
  • the present invention consists of new cleaning methods and innovative forms of assembly associated with said methods, for which a new approach is considered regarding how to interrelate the photovoltaic devices and the cleaning system with which it is possible to optimize the use of energy and improve the ability to automate the process of cleaning the surface through which solar radiation enters, all of which in turn allows to increase the production of electricity.
  • the design architecture thus conceived also facilitates the
  • this invention consists in changing the exterior geometric shape of the traditionally flat photovoltaic installation (Fig. 1), to use a new mounting method using a
  • the quadric surfaces can be: cylindrical, conical, ellipsoid, hyperbolic hyperboloid, elliptical hyperboloid, paraboloid, elliptical cylinder, hyperbolic cylinder, parabolic cylinder, etc.
  • the cylindrical shape (Fig. 2a and 2b) and the cylinder- Conical (Fig. 3a, 3b and 3c) are displayed as of most expected application in the embodiments associated with the concept presented in this invention.
  • the transparent outer envelope (101) can be used to mount inside a single flat photovoltaic panel (102) (Fig. 4), or several flat photovoltaic panels (102) (Fig. 5); or as many flat photovoltaic panels (102) as desired in order to take advantage of partially (Fig. 6a) or totally (Fig. 6b) the surface of the outer envelope.
  • FIG. 7a the case of conical transparent outer shell (101), inside which it is possible to install flat photovoltaic panels (102) horizontally (Fig. 7a) , photovoltaic panels (102) in an inclined form (Fig. 7b); or arrange photovoltaic conversion devices (102) accompanying the curvature of the outer envelope (101), either applying it in a partial sector of the outer envelope (101) (Fig. 8a), or in the total (Fig. 8b) of the surface of the outer shell (101).
  • photovoltaic structure when mounting the photovoltaic conversion devices according to the different configurations described above, an arrangement is created which we will refer to in a generic way as "photovoltaic structure".
  • These photovoltaic structures can in turn be stationary, or have the ability to rotate around themselves (Fig. 9a and 9b) according to an imaginary axis (99) that generally coincides with the axis of rotation or guideline, that is the imaginary line that constitutes the imaginary axis that gives rise to the shape of the quadric surface represented in practice by the shape of the outer envelope;
  • This imaginary axis (99) can be arranged horizontally, which could be applied, for example, but without being limited to areas near the line of the Earth's equator, or inclined (Fig. 10a and Fig.
  • a certain "alpha" angle that can vary between 0 and 90 ° or to the horizontal in order to better adapt the operation to the latitude of the site where the photovoltaic system is located.
  • Another feature of this invention is the possibility of including a variety of accessory components in order to provide the installation with certain additional capabilities; among them the capacity of rotation of the outer envelope on itself, or the rotation of cleaners around the outer envelope, or a combined action of both; what can be achieved through means configured in such a way that they allow to achieve a rotation movement.
  • the outer shell rests on bearings that coincide with the generating shaft, allowing it to rotate like a wheel when a force that prints a rotation torque is applied to the outer shell, either by a motor-reducer or by a gear mechanism and zipper; or b.
  • the outer shell rests on bearings arranged on the periphery of the outer shell and keeps it in position while allowing it to rotate around itself when a force is applied that prints a rotation torque, either by means of a motor-reducer or by means of a gear and rack mechanism.
  • Some examples of realization of this invention in which the cleaners instead of being fixed have means that allow them to rotate around the outer envelope could consist of a structure that supports the cleaner or cleaners and is supported by mechanical arms that are supported on bearings located concentrically with respect to the bearings that support the axis of the outer shell.
  • One more description Detailed information on different alternatives for the implementation of cleaners is included in the following paragraphs. .
  • cleaning devices self-cleaning by means of cleaning devices referred to generically as "cleaner”, and refers to any mechanism that, through its operation, removes foreign elements (moisture, dust, snow, dirt, etc.) from the surface of the outer shell. which in it are deposited and totally or partially impede the passage of light to photovoltaic conversion devices. It is possible to make a distinction between fixed cleaning devices and mobile cleaning devices.
  • the fixed cleaning devices perform the cleaning on the surface of the envelope according to a certain fixed position in which they are located with respect to the outer envelope while the photovoltaic structure rotates around itself thus allowing successive cleaning in different parts of the surface of the outer shell, whether based on a unified individual cleaner (103) that reaches much of the length of the outer shell
  • mobile cleaning devices can have different configurations: a. only rotational, in which an individual cleaner (103) (Fig. 12a) or several cleaners (103) acting in sectors (Fig. 12b), perform rotational movements around the photovoltaic structure (101), b. only axial, in which the cleaner (103) completely (Fig. 13a) or partially (Fig. 13b) wraps around the perimeter of the photovoltaic structure (101) and runs it in a direction parallel to the longitudinal axis, performing as appropriate the cleaning in all the circumference of the surface of the photovoltaic structure (101) in each path (Fig.
  • cleaner (103) configured to perform displacement movement in axial direction step by step according to different sectors and the photovoltaic structure (101) performing rotation movement for each step of the cleaner (103) (Fig. 16), g. combined action of movements of the photovoltaic structure (101) with rotational movement while the cleaner (103) performs rotational movement and displacement in axial direction continuously or by step-by-step advances (Fig. 17), or h. of the enclosure cleaner type (103), in which mobile sectors open and close in a timely manner to approach the surface of the photovoltaic structure (101) being in the position in which the cleaning process is carried out (Fig. 18), wrapping the surface of the photovoltaic structure (101) according to a closing sequence to carry out the cleaning operation (Fig. 19a, 19b, 19c);
  • the cleaner (103) can have a length that covers the total of the photovoltaic structure (101) or have a length that covers a partial area of the photovoltaic structure and perform the cleaning operation progressively in different sections.
  • Photovoltaic based on any of the structures described above can be used in geographical areas especially characterized by the action of dust, sand and / or heat; such as dry weather areas, where the lack of water also makes the cleaning operation complicated. They are also of interest for those areas characterized by the accumulation of snow.
  • Other embodiments could point to aerospace applications, using any of these systems on other planets where there is the type of environment conditions mentioned (dust, wind, etc.), this would be a type of application in which it is particularly necessary to have a system of Cleaning controlled remotely and / or automated.
  • the surface of the photovoltaic structure corresponds to a partial section of a quadric surface, either cylindrical (Fig.
  • a particular case of the cleaning system by rotating one or both of the parts - photovoltaic structure or cleaner - is the case where the photovoltaic devices are attached to a flat surface, and where cleaning is achieved by rotation with respect to an axis that is perpendicular to the flat surface in which the photovoltaic devices are located, whether the rotation is done by the photovoltaic structure (Fig. 26), or the cleaner (Fig. 27).
  • the cleaners we will mention that they are mechanisms configured to remove unwanted elements that could have been deposited on the surface of the outer envelope and / or photovoltaic devices, as the case may be.
  • Some embodiments of this invention may have cleaners that achieve their task in different ways, for example by a wet method, or a mechanical dry method, or electromagnetic dry, among others, and which are succinctly described below.
  • a solvent such as water or another is used to remove foreign particles, through a washing process.
  • the removal of particles is carried out by sweeping drag, either with brushes, or with the use of a strong air flow, either by vacuum (suction type) or by a forced air flow (blower type ), or by vibration, or by a combination of some of them or all of them.
  • the action of the forces produced in an electromagnetic field is used to capture dust and / or foreign particles; This applies particularly to dust removal in arid climate zones. Dust and particles thus removed can be collected during cleaning (for example by cyclone separator) in order to be properly
  • the particles that are suspended in the solvent after cleaning can be separated by decanting or filtering methods, and thus also ordering their final arrangement in an appropriate manner.
  • the shape of the surface of the photovoltaic structure although reference has been made mainly to the cylindrical and conical shape (conical trunk); It is important to note that the advantages described are also applicable - with varying degrees of utility - in the case that the surface of the photovoltaic structure has different shapes, among which are those that correspond to a reasonable degree of similarity to other surfaces of revolution (quadric), such as: ellipsoid, hyperbolic hyperboloid, elliptic hyperboloid, paraboloid, elliptical cylinder, hyperbolic cylinder, parabolic cylinder, etc; or a combination of one or more of these mentioned forms.
  • Figure 28 it is possible to identify the set of photovoltaic devices installed in a cylindrical body (201), which has the ability to rotate around the pivot points (202), so that the rotation of the cylindrical body (201) causes the photovoltaic devices (203) arranged on the surface of the cylindrical body (201) to pass through the cleaning zone (204) of the cleaning system that has a reservoir (205) where the cleaning solvent is stored (for example water), and that allows the separation of dust and other dirt by decantation, thus generating the sludge (206) that is stored until the moment of its removal.
  • the whole set can be activated by the control system (207) which responds to commands programmed or sent by remote control through a telecommunication device (208) configured so as to provide the instrument with the ability to send and receive information.
  • Figure 29 shows an example of an embodiment that represents one of the many possible ways of configuring a photovoltaic system in order to better implement the advantages described in this invention for photovoltaic generation, which would consist of:
  • a photovoltaic structure whose main body (301) has a cylindrical shape with conical ends, equipped with photovoltaic devices (302) on its surface, having the ability to rotate around itself according to pivot points (303) supported by a support system ( 304) that support its weight and maintain its position, while the rotational movement is achieved by a system of tractor gears (305) driven by an engine (306); the support points having elements that facilitate movement (307) such as for example ball bearings or bearings based on anti-friction metals; a cooling system consisting of pipes (308) connected to the main body (301) at points coinciding with the axis of rotation so as to allow the entry and exit of the cooling fluid by means of a press-bast type system that allows rotation and the fluid tight circulation, such pipes (308) connected with a system of distributor tubes (309) located inside the main body (301) that fulfill the function of exchanging heat between the cooling fluid (310) circulating through the pipes ( 308, 309) and the filler material (such as sand) located inside the main body (301) and which fulfills the dual function of
  • auxiliary equipment such as a radiator or heat exchanger (31 1) located outside the main body (301), which is complemented with a system of cleaners (312) configured to be able to remove unwanted matter particles such as dust, snow, etc. from the surface of photovoltaic devices (302).
  • the photovoltaic devices (302) being electrically interconnected in such a way that the generated electrical energy converges towards the ends of the main body where through electrical conductors (317) it is directed towards a mechanism of the collector type (318) and brushes (319) configured to allow the passage of current from the main body (301) (which can rotate), to static electrical conductors (320) responsible for conducting the electrical energy manifested in the form of voltage difference between the positive (+) pole and the negative pole (-), to be then used in the corresponding electricity demand points.
  • a data processing and control system (321), current sensors (322) and irradiance sensors (323), are configured to compare the level of light radiation with respect to the electricity generated by the set of photovoltaic devices (302) , and according to a statistical database of operation, it is possible to detect when there is a deficiency in the level of electricity generation compared to the
  • the defective sector is located in the lower part of the main body (301) by a rotation movement of the main body (301) so that when the defective sector is in the lower part of the body
  • the main one (301) proceeds to make the electrical disconnection of the same and proceed to its removal because it is located at a point where sunlight does not reach, and in this way the rest of the photovoltaic devices located in the other sectors where it does affect the light is still working and thus the loss of time is avoided
  • a practical example of using this invention is to install an embodiment as described in the previous paragraph on a transport platform or truck; with which it is possible to easily move the entire generating installation in a practical and comparatively fast way, in order to implement its use in remote areas of difficult access that do not have electricity service; in order to use the photovoltaic installation for limited periods of time.
  • the feature of having the cleaning system integrated means that once the location where you want to implement the use of this photovoltaic system has been reached, it makes it possible to easily remove the dust that has been deposited on the surface of the photovoltaic devices during the transport process; or during the operation phase at the site of interest.
  • the reflecting surfaces acting as protective elements in their closed position improves the safety conditions during the transport process.

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Abstract

La presente invención describe métodos y formas de montaje de dispositivos fotovoltaicos que brindan una mejor solución para la limpieza y la gestión de la temperatura de operación de instalaciones fotovoltaicas. Consisteen una disposición volumétrica en cuyo interior se implementan sistemas pasivos o activos que mejoran la inercia térmica y el intercambio de calor. En el exterior adopta una forma tal que facilita la limpieza. Superficies reflectoras movibles redireccionan la radiación solar hacia los dispositivos fotovoltaicos y sirven como cubierta protectora. Limpiadores apropiadamente ubicados permiten simplificar y automatizar la limpieza de la superficie. Esto resulta en aumento de eficiencia.

Description

MONTAJE DE DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS QUE FACILITA LA LIMPIEZA, EL REEMPLAZO DE COMPONENTES Y MEJORA LAS
CONDICIONES DE TEMPERATURA DE OPERACIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada al uso de dispositivos de conversión fotovoltaica para la generación de electricidad; y particularmente refiere a la disposición geométrica en el montaje de los elementos componentes de la instalación fotovoltaica, en base a un concepto volumétrico como variante al tradicionalmente plano; incorporando también sistemas de movimiento y accesorios que, junto a una novedosa configuración de su forma exterior, aportan funcionalidades ventajosas para la producción de electricidad de las instalaciones fotovoltaicas, resultando en mejoras del proceso de limpieza, la temperatura de operación, captación de la radiación solar, y reemplazo de los dispositivos de conversión fotovoltaica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A nivel mundial el uso de energía aumenta en forma continuada, a la vez que las reservas de energía fósil disminuyen. La utilización de sistemas de energía solar fotovoltaica, como una de las fuentes de energía renovable, está ganando más atención y su uso a nivel global aumenta a un ritmo sin precedentes. Es conocido también el uso de paneles fotovoltaicos a nivel aerospacial. La forma en que se monten los dispositivos de conversión fotovoltaica tiene un impacto significativo en la capacidad que tendrá la instalación para captar la luz. Tradicionalmente los paneles fotovoltaicos son planos, y a la hora de instalarlos se disponen también en forma plana; implementando eventualmente una cierta inclinación que compense la latitud de la zona geográfica de la ubicación en cuestión. En base a este diseño plano de instalación, la necesidad de una limpieza periódica depende en gran medida de las condiciones del entorno en que se encuentre ubicada. Las zonas donde existen mayores niveles de irradiancia solar - y por tanto con mayor potencial de explotación de la energía solar - son las zonas cercanas a la línea del ecuador. Algunas de estas ubicaciones suelen ser zonas áridas caracterizadas por la frecuente acumulación de polvo y abundante calor. El polvo que se deposita sobre los paneles fotovoltaicos restringe el pasaje de la luz causando una reducción del rendimiento. A su vez, la eficiencia de los dispositivos de conversión fotovoltaica decrece a medida que aumenta la temperatura de operación. En consecuencia, los paneles fotovoltaicos instalados en zonas cálidas y áridas suelen experimentar una reducción de eficiencia en la producción de electricidad debido al aumento de temperatura de los paneles fotovoltaicos y la interferencia causada por la acumulación de polvo; y a consecuencia de esto último también se enfrentan costos de mantenimiento más altos. De lo antedicho se advierte una necesidad de mejorar el diseño de las instalaciones fotovoltaicas de manera que facilite su limpieza y en lo posible mejore también el desempeño térmico de forma que la instalación opere dentro de parámetros óptimos de temperatura y limpieza.
La presente invención consiste en métodos y diseño de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que de manera singular aportan soluciones para desafíos en la fase de operación de las instalaciones fotovoltaicas: la necesidad de limpieza y el efecto adverso de las altas temperaturas, constituyendo así una herramienta estratégica para alcanzar mejoras en la producción de electricidad de las instalaciones fotovoltaicas, especialmente en zonas donde las condiciones de entorno implican una exposición a la acción del polvo y las altas temperaturas, entre otras.
Los dispositivos de generación de electricidad por medio del efecto fotovoltaico - en adelante referidos en forma genérica como "dispositivos de conversión fotovoltaica", entre los que se encuentran los comúnmente conocidos como células fotovoltaicas -tienen la capacidad de convertir la luz en electricidad. Las células fotovoltaicas pueden encontrarse montadas en arreglos conocidos como paneles fotovoltaicos o paneles solares, que están compuestos por una cierta cantidad de células fotovoltaicas interconectadas y dispuestas en una superficie plana que busca optimizar la exposición a la radiación solar que llega en forma de rayos virtualmente paralelos entre sí. Por tanto, tradicionalmente se ha aplicado el criterio de disponer las células fotovoltaicas en forma plana, instalando luego los paneles fotovoltaicos de tal manera que los rayos solares incidan en lo posible de forma perpendicular a la superficie expuesta de las células fotovoltaicas. Hoy en día es posible ver instalaciones de paneles fotovoltaicos en los techos de hogares y edificios, jardines, embarcaciones, etc.
Las células fotovoltaicas se fabrican mediante distintas tecnologías, las más conocidas y comercialmente disponibles son las de cristales de Silicio, entre las que se distinguen las monocristalinas, policristalinas, y de película fina (del inglés "thin film"). Cada tecnología de fabricación implica resultados que aportan diferentes características específicas de rendimiento en producción de electricidad por unidad de radiación recibida, así como distintos niveles de variación del rendimiento por aumento de temperatura de operación. Sin embargo esas tecnologías comparten problemas en común, a saber: 1 .los dispositivos de conversión fotovoltaica se ven afectadas negativamente ante una falta de limpieza de la superficie por donde ingresa la radiación solar; 2. tienen una reducción del rendimiento de generación de electricidad a medida que aumenta su temperatura de operación, y 3. el reemplazo de elementos defectuosos suele implicar la interrupción al menos parcial del proceso de generación eléctrica. Dado que existe abundante bibliografía disponible públicamente donde se describe la tecnología, los métodos tradicionales de aplicación, las limitaciones y parámetros de funcionamiento; así como los rendimientos esperables y los problemas en la fase de operación; y disponer de tales referencia documental es de sencillo acceso.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La práctica ha demostrado que no es necesario mantener la superficie de las células fotovoltaicas (CFV) estrictamente a 90° (en forma normal) al haz de rayos de luz solar, esto se debe a que las células fotovoltaicas también captan la luz solar que llega en forma indirecta en base a la radiación difusa resultante de la difracción y/o reflexión de la luz solar en las distintas partículas existentes en la atmósfera, así como en todos los cuerpos existentes en el medio ambiente.
Adicionalmente, el costo de producción de las células fotovoltaicas ha estado disminuyendo y seguirá disminuyendo considerablemente en base a los avances en la tecnología de producción y las economías de escala, por lo cual también se reduce el peso relativo del costo de las células fotovoltaicas en la ecuación económica relacionada a la inversión para construcción de una instalación fotovoltaica. Este aspecto permite entonces utilizar mayor cantidad de células fotovoltaicas a la vez de mantener un similar costo total para una determinada instalación..
La presente invención consiste en nuevos métodos de limpieza e innovadoras formas de montaje asociadas a dichos métodos, para los que se considera un nuevo abordaje respecto a cómo interrelacionar los dispositivos fotovoltaicos y el sistema de limpieza con lo cual se logra optimizar el uso de energía y mejorar la capacidad de automatizar el proceso de limpieza de la superficie por la cual ingresa la radiación solar, todo lo cual permite a su vez aumentar la producción de electricidad. La arquitectura de diseño así concebida facilita también la
implementación de sistemas de enfriamiento y/o mejoras de la inercia térmica de la instalación fotovoltaica, alcanzando mayor rendimiento a lo largo de la vida útil. Las particularidades de las invenciones propuestas facilitan la viabilidad técnica y económica de instalaciones fotovoltaicas en áreas geográficas con condiciones adversas, como por ejemplo - pero sin estar limitadas a estas - las zonas desérticas normalmente caracterizadas por su exposición a la acción del polvo y las altas temperaturas; así como también pueden mejorar el desempeño de instalaciones ubicadas en zonas geográficas donde frecuentemente la nieve tiende a depositarse sobre los dispositivos fotovoltaicos de las instalaciones de generación.
En una descripción sucinta podemos decir que esta invención consiste en cambiar la forma geométrica exterior de la instalación fotovoltaica tradicionalmente plana (Fig. 1 ), para pasar a utilizar una nueva forma de montaje utilizando una
envolvente exterior que sigue la forma de una superficie cuádrica (superficie de revolución),, o la de una sección parcial de una superficie cuádrica, o a una combinación de las anteriores. En forma genérica las superficies cuádricas pueden ser: cilindrica, cónica, elipsoide, hiperboloide hiperbólico, hiperboloide elíptico, paraboloide, cilindro elíptico, cilindro hiperbólico, cilindro parabólico, etc. Dentro de las superficies cuádricas, la forma cilindrica (Fig. 2a y 2b) y la cilindro- cónica (Fig. 3a, 3b y 3c) se visualizan como de más esperable aplicación en las realizaciones asociadas al concepto que se presenta en esta invención.
Nota: Es importante destacar que a efectos de simplificar la redacción de este documento, se hará referencia a distintas formas de superficies cuádricas como tales, para lo cual se deja establecido que las referencias que aquí se hacen a tales formas de superficie incluyen tanto aquellas formas de superficie que corresponden exactamente con la definición teórica de las mismas, así como también todas las otras formas posibles de superficie que según el punto de vista constructivo práctico coincidan con razonable grado de similitud con la forma de la superficie cuádrica teóricamente definida.. A su vez la forma de la superficie exterior podrá corresponder en las realizaciones prácticas a una estructura monolítica o a una integración de distintas partes componentes que en su conjunto adquieren la forma de una de las superficies cuádricas a que se esté haciendo referencia.
Cuando tiene este tipo de formas, la envolvente exterior (101 ) transparente puede utilizarse para montar en su interior un solo panel fotovoltaico plano (102) (Fig. 4), o varios paneles fotovoltaicos planos (102) (Fig. 5); o tantos paneles fotovoltaicos planos (102) como se desee a efectos de aprovechar parcialmente (Fig. 6a) o totalmente (Fig. 6b) la superficie de la envolvente exterior.
Las diferentes opciones descritas para una envolvente cilindrica aplican también para el caso que la forma de la envolvente exterior (101 ) transparente
corresponda a otra de las formas de superficie cuádrica, por ejemplo y tal como se mencionaba arriba, el caso de envolvente exterior (101 ) transparente cónica, en cuyo interior es posible instalar paneles fotovoltaicos planos (102) en forma horizontal (Fig. 7a), paneles fotovoltaicos (102) en forma inclinada (Fig. 7b); o disponer dispositivos de conversión fotovoltaica (102) acompañando la curvatura de la envolvente exterior (101 ), ya sea aplicándolo en un sector parcial de la envolvente exterior (101 ) (Fig. 8a), o en el total (Fig. 8b) de la superficie de la envolvente exterior (101 ).
Yendo más al detalle, al montar los dispositivos de conversión fotovoltaica según las diferentes configuraciones arriba descritas, se crea un arreglo al que referiremos en forma genérica como "estructura fotovoltaica". Estas estructuras fotovoltaicas pueden a su vez ser estacionarias, o contar con la capacidad de rotar en torno a sí mismas (Fig. 9a y 9b) según un eje imaginario (99) que en general coincide con el eje de rotación o directriz, es decir la recta imaginaria que constituye el eje imaginario que da origen a la forma de la superficie cuádrica representada en la práctica por la forma de la envolvente exterior; este eje imaginario (99) puede estar dispuesto en forma horizontal lo que podría aplicarse por ejemplo pero sin estar limitado a zonas cercanas a la línea del ecuador terrestre, o inclinado (Fig.10a y Fig.10b) un cierto ángulo "alfa" que puede variar entre 0o y 90° respecto de la horizontal a efectos de mejor adaptar el funcionamiento a la latitud del sitio donde se localice la instalación fotovoltaica. Otra particularidad de esta invención consiste en la posibilidad de incluir una variedad de componentes accesorios con el fin de proporcionar a la instalación ciertas capacidades adicionales; entre ellas la capacidad de rotación de la envolvente exterior sobre sí misma, o la rotación de limpiadores en torno a la envolvente exterior, o una acción combinada de ambos; lo que puede lograrse a través de medios configurados de forma tal que permiten lograr un movimiento de rotación. Algunos ejemplos de realizaciones de esta invención que cuenten con la capacidad de rotación pueden caracterizarse por hacerlo a través de alguno de los siguientes arreglos: a. la envolvente exterior se apoya en rodamientos que coinciden con el eje generatriz permitiéndole girar como una rueda cuando se le aplica a la envolvente exterior una fuerza que le imprime un par de rotación, ya sea mediante un moto-reductor o mediante un mecanismo de engranaje y cremallera; o b. la envolvente exterior se apoya en rodamientos dispuestos en la periferia de la envolvente exterior y la mantienen en posición a la vez que le permiten rotar en torno a sí misma cuando se le aplica una fuerza que le imprime un par de rotación, ya sea mediante un moto-reductor o mediante un mecanismo de engranaje y cremallera. Algunos ejemplos de realización de esta invención en la cual los limpiadores en vez de estar fijos cuentan con medios que les permiten rotar en torno a la envolvente exterior podría consistir en una estructura que sostiene al limpiador o limpiadores y está sostenida por brazos mecánicos que se apoyan sobre rodamientos ubicados en forma concéntrica respecto de los rodamientos que soportan el eje de la envolvente exterior. Una descripción más detallada sobre distintas alternativas de implementación de limpiadores se incluye en los párrafos siguientes. .
Mediante la inclusión de distintos mecanismos y la implementación de métodos especialmente desarrollados para esta invención, es posible otorgar a la instalación fotovoltaica características particulares, tales como:
I) auto-limpieza mediante dispositivos de limpieza denominados en forma genérica "limpiador", y refiere a cualquier mecanismo que mediante su operación sea posible remover de la superficie de la envolvente exterior los elementos extraños (humedad, polvo, nieve, suciedad, etc) que en ella se depositan e impiden total o parcialmente el pasaje de luz hacia los dispositivos de conversión fotovoltaica. Es posible hacer una distinción entre dispositivos de limpieza fijos y dispositivos de limpieza móviles. Los dispositivos de limpieza fijos realizan la limpieza sobre la superficie de la envolvente según una cierta posición fija en la que se encuentren ubicados respecto de la envolvente exterior mientras que la estructura fotovoltaica rota en torno a sí misma permitiendo así realizar sucesivamente la limpieza en distintas partes de la superficie de la envolvente exterior, ya sea en base a un limpiador (103) individual unificado que alcanza gran parte del largo de la envolvente exterior
(101 ) (Fig. 1 1 a), o por medio de varios limpiadores (103) asignados a distintos sectores a lo largo de la envolvente exterior (101 ) (Fig. 1 1 b). Por otra parte, los dispositivos de limpieza móviles pueden contar con diferentes configuraciones: a. únicamente rotacional, en el cual un limpiador (103) individual (Fig. 12a) o varios limpiadores (103) que actúan por sectores (Fig. 12b), realizan movimientos de rotación en torno a la estructura fotovoltaica (101 ), b. únicamente axial, en que el limpiador (103) envuelve totalmente (Fig. 13a) o parcialmente (Fig. 13b) el perímetro de la estructura fotovoltaica (101 ) y la recorre en dirección paralela al eje longitudinal, realizando según corresponda la limpieza en toda la circunferencia de la superficie de la estructura fotovoltaica (101 ) en cada recorrido (Fig. 13a), o en pasos subsiguientes para distintos sectores definidos longitudinalmente en la superficie de la estructura fotovoltaica (101 ) (Fig. 13b); c. combinación de resultante helicoidal con limpiador(103) configurado para realizar movimiento de rotación en torno a la estructura fotovoltaica (101 ) que se mantiene estacionaria durante el proceso de limpieza (Fig. 14a), d. combinación de resultante helicoidal con limpiador (103) de desplazamiento axial y estructura fotovoltaica (101 ) configurada para realizar movimiento de rotación (Fig. 14b), e. limpiador (103) configurado para realizar avance paso a paso (numerados en la figura como 1 ,2,3,4,5,6) en sentido axial y movimiento rotativo en torno a la superficie de la estructura fotovoltaica (101 ) (Fig. 15), f. limpiador (103) configurado para realizar movimiento de desplazamiento en sentido axial paso a paso según distintos sectores y la estructura fotovoltaica (101 ) realizando movimiento de rotación para cada paso del limpiador (103) (Fig. 16), g. acción combinada de movimientos de la estructura fotovoltaica (101 ) con movimiento de rotación a la vez que el limpiador (103) efectúa movimiento rotativo y desplazamiento en sentido axial en forma continua o mediante avances paso a paso (Fig. 17), o h. del tipo limpiador envolvente (103), en que sectores móviles se abren y cierran oportunamente para acercarse a la superficie de la estructura fotovoltaica (101 ) quedando en la posición en que se efectúa el proceso de limpieza (Fig. 18), envolviendo la superficie de la estructura fotovoltaica (101 ) según una secuencia de cierre para efectuar la operación de limpieza (Fig. 19a, 19b, 19c);
pudiendo el limpiador (103) tener un largo que cubra el total de la estructura fotovoltaica (101 ) o tener un largo tal que cubra una zona parcial de la estructura fotovoltaica y realizar la operación de limpieza progresivamente en distintos tramos.
mejorar la resiliencia térmica mediante: a. sistemas que referiremos como "pasivos", en el que se dota a la estructura fotovoltaica (101 ) de un medio que le permite aumentar su inercia térmica al rellenar total o parcialmente el interior de la estructura fotovoltaica (101 ) con algún tipo de fluido estacionario (104) como puede ser agua u otro (Fig. 20a) y/o sólidos (105) (Fig. 20b) que aumentan su masa y por tanto su inercia térmica; o b. mediante sistemas que referimos como activos, que pueden ser: b1 . mediante un fluido circulante(106) que es forzado a circular por dentro de la estructura fotovoltaica (101 ) (Fig. 21 ); o b2. enfriamiento por medio de equipos de refrigeración (107), pudiendo éste presentarse en cualquiera de sus tipologías: de absorción, de compresión, etc., en que el refrigerante (108) puede actuar en forma directa sobre la estructura fotovoltaica (101 ) (Fig. 22), o
alternativamente a través de intercambiadores de calor,
ser complementada con superficies reflectoras (109) que otorguen mayor capacidad de captación de radiación solar (1 10) (Fig. 23), tales superficies reflectoras (109) contando con la posibilidad de ser configuradas de manera que tengan la capacidad de cerrarse (Fig. 24) y oficiar como protección de la estructura fotovoltaica (101 ) ante condiciones climáticas extremas (como por ejemplo fuertes granizadas, nieve, ciclones).
en base a la forma característicamente curvada que tienen las superficies cuádricas, es posible mejorar la resistencia a la acción del viento; así como aumentar la resistencia mecánica al impacto de cuerpos sólidos que caigan sobre la estructura fotovoltaica (granizo, etc.).
mediante rotación de la estructura fotovoltaica sobre su propio eje de revolución, alternar los grupos de dispositivos fotovoltaicos que se exponen a la zona de mayor incidencia de radiación solar, logrando de esta manera un mejor manejo de la reducción de eficiencia que sufren con el tiempo los dispositivos fotovoltaicos como consecuencia inherente de su uso.
contar con la posibilidad de establecer estrategias de mantenimiento y/o recambio de partes, ya que brinda la posibilidad de trabajar remplazando los dispositivos fotovoltaicos ubicados en la parte de la estructura fotovoltaica en que no está incidiendo la radiación solar, mientras continúan en operación los dispositivos fotovoltaicos ubicados en el resto de la estructura fotovoltaica donde sí incide la luz. Algunas de las realizaciones que incluyan instalaciones de dispositivos
fotovoltaicos en base a alguna de las estructuras arriba descritas pueden ser empleadas en áreas geográficas especialmente caracterizadas por la acción del polvo, la arena y/o el calor; como por ejemplo las zonas de clima seco, donde la falta de agua hace también complicada la operación de limpieza. También son de interés para aquellas zonas caracterizadas por la acumulación de nieve. Otras realizaciones podrían apuntar a aplicaciones aeroespaciales, utilizando alguno de estos sistemas en otros planetas donde existan el tipo de condiciones de entorno mencionadas (polvo, viento, etc.), esto sería un tipo de aplicación en que particularmente se necesita contar con un sistema de limpieza controlado en forma remota y/o automatizada. A su vez, es de hacer notar que es posible implementar realizaciones de esta invención en las cuales la superficie de la estructura fotovoltaica corresponde a una sección parcial de una superficie cuádrica, ya sea con forma cilindrica (Fig. 25), o cónica, u otra de las formas de las superficies cuádricas; en que la limpieza se logra aplicando alguno de los procesos de limpieza ya descritos o variantes de los mismos de manera que no se requiere realizar la rotación de 360 grados para que la limpieza alcance el total de la superficie de la estructura fotovoltaica, sino que sería posible lograr la limpieza de toda el área de interés de la superficie de la envolvente exterior mediante una rotación tan solo parcial del limpiador o de la estructura fotovoltaica o de una combinación de ambos movimientos.
Por otra parte, un caso particular del sistema de limpieza mediante rotación de alguna o ambas de las partes - estructura fotovoltaica o limpiador - es el caso en que los dispositivos fotovoltaicos se encuentren adosados a una superficie plana, y donde la limpieza se logra mediante la rotación respecto de un eje que es perpendicular a la superficie plana en que se encuentran los dispositivos fotovoltaicos, ya sea que la rotación la haga la estructura fotovoltaica (Fig. 26), o el limpiador (Fig. 27). Respecto a los limpiadores, mencionaremos que son mecanismos configurados para remover los elementos no deseados que se pudieran haberse depositado sobre la superficie de la envolvente exterior y/o los dispositivos fotovoltaicos, según sea el caso. Algunas realizaciones de esta invención pueden contar con limpiadores que logran su cometido de distintas maneras, por ejemplo mediante un método húmedo, o un método seco mecánico, o seco electromagnético, entre otros, y que en forma sucinta se describen a continuación
En el método húmedo se utiliza un solvente como agua u otro, para hacer la remoción de las partículas extrañas, mediante un proceso de lavado. En el método seco mecánico se realiza la remoción de partículas por arrastre de barrido, ya sea con cepillos, o con el uso de un fuerte flujo de aire, ya sea por vacío (tipo aspiración) o por una corriente de aire forzado (tipo soplador), o por vibración, o mediante una combinación de algunos de ellos o de todos ellos. En el método seco electromagnético se utiliza la acción de las fuerzas producidas en un campo electromagnético (similar al efecto que se utiliza en los procesos de pintura electrostática) para captar el polvo y/o las partículas extrañas; esto aplica particularmente para la remoción de polvo en zonas de clima árido. El polvo y las partículas así removidas pueden colectarse durante la limpieza (por ejemplo mediante separador tipo ciclón) a efectos de ser luego apropiadamente
dispuestas a través de los canales previstos para la disposición final de residuos sólidos. En el caso de la limpieza por el método húmedo, las partículas que se encuentren en suspensión en el solvente luego de la limpieza, pueden separarse por métodos de decantación o filtrado, y así ordenar también su disposición final de manera adecuada.
En cuanto a la forma de la superficie de la estructura fotovoltaica, si bien se ha hecho referencia fundamentalmente a la forma cilindrica y cónica (tronco-cónica); es importante apuntar que las ventajas descritas son de aplicación también - con distinto grado de utilidad - para el caso que la superficie de la estructura fotovoltaica tenga formas diferentes, entre las que se cuentan aquellas que tienen correspondencia con un razonable grado de similitud a otras superficies de revolución (cuádricas), como por ejemplo: elipsoide, hiperboloide hiperbólico, hiperboloide elíptico, paraboloide, cilindro elíptico, cilindro hiperbólico, cilindro parabólico, etc; o una combinación de una o varias de estas formas mencionadas.
Existe también una aplicación particular no directamente asociada a la generación comercial de electricidad, sino a la medición o determinación del nivel de irradiancia solar que llega a una determinada locación (Fig. 28). Si bien ya existen dispositivos de medición, los mismos requieren limpieza periódica para que el valor de las mediciones no se vea afectado por interferencia de partículas de polvo u otro tipo de suciedad que se deposite sobre la superficie del elemento sensor. En base a la utilidad ya descrita que brinda el concepto propuesto en esta invención respecto a la automatización de la limpieza, se abre la posibilidad de instalar un equipo de medición en cualquier punto geográfico y con énfasis de aplicación en aquellas zonas de difícil acceso (como puntos remotos en medio del desierto) a efectos de realizar mediciones de la irradiancia solar, realizando la limpieza de mantenimiento del dispositivo sensor en forma automatizada y/o por comando remoto, logrando entonces una medición más fiel respecto del valor real de la irradiancia solar y a un costo operativo esperadamente menor. En la Figura 28 es posible identificar el conjunto de dispositivos fotovoltaicos instalados en un cuerpo cilindrico (201 ), el que tiene la capacidad de rotar en torno a los puntos de giro (202), de manera que la rotación del cuerpo cilindrico (201 ) hace que los dispositivos fotovoltaicos (203) dispuestos en la superficie del cuerpo cilindrico (201 ) vayan pasando por la zona de limpieza (204) del sistema de limpieza que cuenta con un depósito (205) donde se almacena el solvente de limpieza (por ejemplo agua), y que permite la separación del polvo y otras suciedades mediante decantación, generando así los lodos (206) que quedan almacenados hasta el momento de su remoción. Todo el conjunto puede ser accionado por el sistema de control (207) el que responde a comandos programados o enviados por telecontrol a través de un dispositivo de telecomunicación (208) configurado de manera que brinde al instrumento la capacidad de enviar y recibir información.
Forma de llevar la invención a la práctica En la Figura 29 puede apreciarse un ejemplo de realización que representa una de las tantas formas posibles de configurar una instalación fotovoltaica a efectos de implementar de mejor modo para la generación fotovoltaica las ventajas descritas en esta invención, la que consistiría en:
Una estructura fotovoltaica cuyo cuerpo principal (301 ) tiene forma cilindrica con extremos cónicos, dotada de dispositivos fotovoltaicos (302 ) en su superficie, teniendo la capacidad de rotar en torno a sí misma según puntos pívot (303) sostenidos por un sistema de apoyos (304 ) que soportan su peso y mantienen su posición, mientras que el movimiento de rotación es logrado mediante un sistema de engranajes tractores (305 ) movidos por un motor (306); los puntos de apoyo contando con elementos que facilitan el movimiento (307 ) como podrían ser por ejemplo rodamientos de bolas o cojinetes en base a metales anti-fricción; un sistema de enfriamiento constituido por tuberías (308) conectadas al cuerpo principal (301 ) en puntos coincidentes con el eje de rotación de manera que permitan el ingreso y salida del fluido refrigerante mediante un sistema tipo prensa-estopa que permite a la vez la rotación y la circulación estanca del fluido, tales tuberías (308) conectadas con un sistema de tubos distribuidores (309) ubicados dentro del cuerpo principal (301 ) que cumplen la función de intercambiar calor entre el fluido refrigerante (310) que circula por las tuberías (308, 309) y el material de relleno (como por ejemplo arena) ubicado dentro del cuerpo principal (301 ) y que cumple la doble función de incrementar la inercia térmica de todo el conjunto y conducir el calor desde los dispositivos fotovoltaicos (302) hacia el fluido refrigerante (310) que circula por la tubería de enfriamiento (308,309), el fluido refrigerante (310) teniendo la capacidad de circular en la tubería exterior (308) - ya sea por convección, bombeo, etc. - lo que permite transportar y transferir el calor hacia puntos externos al cuerpo principal implementado la disipación del calor mediante equipamiento auxiliar como puede ser un radiador o intercambiador de calor (31 1 ) ubicado en el exterior del cuerpo principal (301 ), el que está complementado con un sistema de limpiadores (312) configurados para poder remover de la superficie de los dispositivos fotovoltaicos (302) las partículas de materia no deseadas como por ejemplo polvo, nieve, etc. dirigiéndolas por medio de un colector (313) hacia el depósito acumulador (314), logrando con este proceso de limpieza optimizar la cantidad de radiación de luz que incide sobre los dispositivos fotovoltaicos (302); la incidencia de radiación de luz siendo a su vez incrementada por medio de la acción de reflexión de superficies reflectoras (315) - por razones de claridad en la figura se muestra solo una de las dos superficies reflectoras - ubicadas en torno al cuerpo principal (301 ), tales superficies reflectoras (315) teniendo la capacidad de rotar según un eje de accionamiento (316) lo que permite posicionar las superficies reflectoras (315) con la inclinación más apropiada para optimizar la eficiencia de reflexión de luz sobre los dispositivos fotovoltaicos (302) y/o pudiendo también cerrarse totalmente para actuar como elementos de protección de los dispositivos fotovoltaicos (ver Figura 24) ante eventos externos (climáticos, vandalismo, etc.) que puedan presentar un riesgo de impacto y/o roturas para los dispositivos fotovoltaicos (302). Los dispositivos fotovoltaicos (302) estando eléctricamente interconectados de forma tal que la energía eléctrica generada confluye hacia los extremos del cuerpo principal donde a través de conductores eléctricos (317) es dirigida hacia un mecanismo del tipo colector (318) y escobillas (319) configurado para permitir el pasaje de corriente desde el cuerpo principal (301 ) (que puede rotar), hacia conductores eléctricos estáticos (320) responsables de conducir la energía eléctrica manifestada en forma de diferencia de voltaje entre el polo positivo (+) y el polo negativo (-), para ser luego utilizada en los correspondientes puntos de demanda de electricidad. Un sistema de procesamiento de datos y control (321 ), sensores de corriente (322) y sensores de irradiancia (323), se configuran para comparar el nivel de radiación de luz respecto de la electricidad generada por el conjunto de dispositivos fotovoltaicos (302), y según una base de datos estadísticos de operación, es posible detectar en qué momento existe una deficiencia del nivel de generación eléctrica en comparación con el
correspondiente nivel de irradiancia, lo que indicaría un posible efecto de suciedad sobre la superficie de los dispositivos fotovoltaicos (302) por lo que mediante un control automatizado integrado en el sistema de procesamiento de datos y control (321 ) el sistema automatizado procede a accionar el proceso de limpieza mediante el sistema de limpiadores (312 ); en caso que una vez terminado el proceso de limpieza no se logre alcanzar aún los valores de generación de electricidad correspondientes al valor de referencia estadístico preestablecido respecto del valor de irradiancia de ese momento, es posible programar el sistema de procesamiento de datos y control (321 ) para que envíe a través del conductor de control (324) una señal de accionamiento para el mecanismo de rotación (305) del cuerpo principal (301 ) con el objeto de rastrear la posición del cuerpo principal (301 ) en que la generación eléctrica encuentra su punto máximo, con lo cual es posible sortear también las deficiencias de rendimiento causadas por eventuales fallas en alguno de los dispositivos fotovoltaicos (302), fallas que pueden ser ocasionadas por distintas razones de mal funcionamiento (hot spots, fisuras en los contactos eléctricos, etc.). Una vez detectada la falla e identificado el sector donde se encuentra el dispositivo de conversión fotovoltaica defectuoso, y a efectos de realizar el recambio o
sustitución del elemento defectuoso, es posible lograr que el sector defectuoso quede ubicado en la parte inferior del cuerpo principal (301 ) mediante un movimiento de rotación del cuerpo principal (301 ) de manera que cuando el sector defectuoso se encuentra en la parte inferior del cuerpo principal (301 ) se procede a hacer la desconexión eléctrica del mismo y proceder a su remoción pues se encuentra ubicado en un punto donde no llega la luz solar, y de esta manera el resto de los dispositivos fotovoltaicos ubicados en los otros sectores donde sí incide la luz sigue funcionando y así se evita la pérdida de tiempo de
funcionamiento. En base al sistema descrito en que se alcanzan varias ventajas, como retirar el calor desde los dispositivos fotovoltaicos (302) manteniéndolos a una temperatura de operación óptima, complementado con la capacidad de identificar disminución del nivel de generación eléctrica óptimo lo que es automáticamente corregido mediante el sistema de auto-limpieza en primera instancia, y eventualmente rotación y rastreo del punto de mayor generación eléctrica, una realización práctica de esta invención así implementada aporta mejoras sustanciales para el desempeño de sistemas de generación eléctrica en base a dispositivos de conversión fotovoltaica.
Explotación industrial, uso Un ejemplo práctico de uso de esta invención consiste en instalar una realización como la descrita en el párrafo anterior sobre una plataforma de transporte o camión; con lo cual es posible fácilmente desplazar toda la instalación generadora de manera práctica y comparativamente rápida, a efectos de implementar su uso en zonas remotas de difícil acceso que no cuenten con servicio de electricidad; con el fin de utilizar la instalación fotovoltaica por periodos acotados de tiempo. La característica de tener integrado el sistema de limpieza hace que una vez alcanzada la ubicación donde se desea realizar la implementación de la utilización de esta instalación fotovoltaica, hace posible que fácilmente se remueva el polvo que se haya depositado en la superficie de los dispositivos fotovoltaicos durante el proceso de transporte; o durante la fase de operación en el sitio de interés. A su vez, las superficies reflectoras actuando como elementos de protección en su posición cerrada, mejora las condiciones de seguridad durante el proceso de transporte.
Corolario
Respecto a la invención que se presenta, es importante destacar el carácter novedoso claramente resultante del hecho que a nivel mundial hasta el presente la gran mayoría de los paneles fotovoltaicos (si no todos) producidos
comercialmente utilizan como soporte de los dispositivos fotovoltaicos superficies planas o con razonable grado de similitud a una superficie plana. A la vez, es también notoria la no obviedad del concepto, ya que millones de técnicos han trabajado por décadas en el diseño y producción de paneles fotovoltaicos, así como en montaje de plantas fotovoltaicas, sin haber podido concebir un arreglo de dispositivos fotovoltaicos sobre una superficie con un razonable grado de similitud al de una superficie cuádrica (por ejemplo cilindrica) como el que se presenta en esta invención; o de un método de limpieza en base a la rotación de la estructura en torno al elemento limpiador (o viceversa, o ambos); o de un método y/o sistemas configurados para mejorar la inercia térmica del arreglo fotovoltaico, como se presenta en esta invención.
Asimismo, es claro que resulta de utilidad contar con aparatos que cuenten con las características descritas en esta invención, lo que se hace más visible al considerar las condiciones ambientales a las que se ven sometidas las plantas fotovoltaicas en zonas áridas, donde el polvo suele invadir y depositarse en la superficie de los paneles fotovoltaicos de configuración plana, requiriendo implementar protocolos de limpieza especiales con visitas más frecuentes que en otras zonas; mientras que con un aparato que permita la limpieza en forma rotativa es posible automatizar el proceso de limpieza incorporando mucho más fácilmente sistemas de recuperación de agua y/o colectores de polvo, para retirarlo de la superficie de la estructura fotovoltaica, con lo que se consigue una mayor eficiencia en la producción de electricidad y menores costos logísticos al reducir la frecuencia de desplazamiento de recursos humanos y/o materiales asociados a la tarea de limpieza de la superficie.

Claims

REVINDICACIONES
1 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes, y mejora las condiciones de temperatura de operación; que comprende: un cuerpo principal que cuenta con una envolvente exterior cuya superficie tiene con razonable grado de similitud práctica la forma de una de las superficies cuádricas o de una sección parcial de una superficie cuádrica o de una combinación de las anteriores, dispositivos de conversión fotovoltaica, y los dispositivos de conversión fotovoltaica adosados en toda o parte de la superficie de la envolvente exterior conformando así y por sí mismos la superficie exterior del cuerpo principal.
2 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes, y mejora las condiciones de temperatura de operación; que comprende: una envolvente exterior que tiene con razonable grado de similitud práctica la forma de una de las superficies cuádricas o de una sección parcial de una superficie cuádrica o de una combinación de las anteriores, materiales transparentes configurados para constituir total o parcialmente la superficie de la envolvente exterior, dispositivos de conversión fotovoltaica, y los dispositivos de conversión fotovoltaica ubicados en el interior del volumen definido por los materiales transparentes que conforman la envolvente exterior.
3 - Un método para realizar la limpieza de instalaciones fotovoltaicas, que comprende: dispositivos fotovoltaicos dispuestos según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, uno o más limpiadores configurados para realizar la limpieza de la superficie de la envolvente exterior según un movimiento relativo entre el o los limpiadores y la superficie de la envolvente exterior; y las partes del sistema configuradas de forma tal que el movimiento relativo entre la superficie de la envolvente exterior se logra mediante alguna de las siguientes variantes: rotación de la envolvente exterior sobre sí misma mientras el o los limpiadores
permanecen fijos, o rotación del o de los limpiadores en torno a la envolvente exterior mientras ésta permanece fija, o por la acción combinada de rotación de la envolvente exterior sobre sí misma y rotación del o de los limpiadores en torno a la envolvente exterior. 4 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: el aparato de la reivindicación 2, dispositivos
fotovoltaicos; y los dispositivos fotovoltaicos ubicados dentro del volumen generado por la envolvente exterior y configurados de forma tal que quedan dispuestos sobre uno o varios paneles fotovoltaicos de superficie plana o superficie curva.
5 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: el aparato de la reivindicación 4, y sus partes constitutivas configuradas de forma tal que los paneles fotovoltaicos de superficie plana o curva se encuentran inclinados un cierto ángulo respecto de la horizontal.
6 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: el aparato de la reivindicación 4, y sus partes constitutivas configuradas de forma tal que los dispositivos fotovoltaicos acompañan total o parcialmente la curvatura de la envolvente exterior.
7 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como los de las reivindicaciones 1 , 2,4, 5 o 6, una envolvente exterior que tiene la capacidad de rotar sobre sí misma, medios para hacer rotar la envolvente exterior; y los medios para hacer rotar la envolvente exterior configurados para hacer que la envolvente exterior realice movimientos de rotación sobre sí misma.
8 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el de la reivindicación 7, un mecanismo limpiador fijo que se extiende a lo largo de toda la estructura de la envolvente exterior; y la superficie de la envolvente configurada para pasar frente al limpiador fijo como resultado del movimiento relativo entre el limpiador fijo y la superficie de la envolvente exterior cuando la envolvente exterior realiza movimientos de rotación en torno a sí misma, lográndose la limpieza parcial o total de la superficie de la envolvente exterior.
9 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato de la reivindicación 7, dos o más
limpiadores fijos; y la superficie de la envolvente configurada para pasar frente a los limpiadores fijos como resultado del movimiento relativo entre los limpiadores fijos y la superficie de la envolvente exterior cuando la envolvente exterior realiza movimientos de rotación en torno a sí misma, lográndose la limpieza parcial o total de la superficie de la envolvente exterior.
10 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como los revindicados anteriormente, y las partes configuradas de forma tal que la estructura fotovoltaica se mantiene en una misma posición fija, mientras que un limpiador que alcanza a cubrir toda la extensión axial de la estructura fotovoltaica rota en torno a la estructura
fotovoltaica, realizando la limpieza de la superficie de la estructura fotovoltaica.
1 1 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 10, dos o más limpiadores; y los limpiadores configurados de forma tal que tienen la capacidad de rotar en torno a la estructura fotovoltaica para realizar la limpieza de la misma.
12 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 10, un limpiador con largo inferior al largo de la estructura fotovoltaica; y las partes configuradas de forma que el limpiador realiza la limpieza por etapas, rotando en torno a una área parcial de la estructura fotovoltaica para limpiarla, y luego pasar a limpiar otra área parcial, y así sucesivamente para limpiar tantas áreas parciales como sea necesario.
13 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 10, dispositivos para hacer rotar la estructura fotovoltaica, la estructura
fotovoltaica con capacidad de rotar sobre sí misma; y los componentes del sistema configurados de manera tal que la limpieza de la superficie exterior se logra a través del movimiento relativo del limpiador que alcanza a cubrir toda la superficie de la estructura fotovoltaica rotando en torno a la estructura fotovoltaica a la vez que la estructura fotovoltaica rota sobre sí misma.
14 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 10, dos o más limpiadores cada uno de ellos alcanzando a limpiar un área parcial de la estructura fotovoltaica; y los limpiadores configurados de forma tal que tienen la capacidad de rotar y logran realizar la limpieza de la superficie de la estructura fotovoltaica mediante el movimiento relativo entre la superficie de la estructura fotovoltaica y los limpiadores, a medida que tanto los limpiadores como la estructura fotovoltaica realizan movimiento de rotación.
15 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 10, un único limpiador que cubre un área parcial de la superficie de la estructura fotovoltaica; y el limpiador configurado para rotar en torno a la estructura fotovoltaica y limpiar la superficie en distintas etapas, limpiando un área parcial de la superficie de la estructura fotovoltaica mientras ambos elementos (limpiador y estructura fotovoltaica) rotan, repitiendo la operación tantas veces como sea necesario para limpiar distintas áreas parciales de la superficie de la estructura fotovoltaica.
16 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicaciones 4, 5, 6 o 10, dos o más cubiertas exteriores de limpieza; y las cubiertas exteriores de limpieza configuradas para abrirse y cerrarse cual tapas de una ostra, de forma que al cerrarse crean una cámara donde se implementa la limpieza de la superficie de la estructura fotovoltaica.
17 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como los reivindicados en la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, cubiertas exteriores pivotantes con superficies reflectoras de la luz; y las cubiertas exteriores pivotantes configuradas para ser posicionarse de forma tal que permiten aumentar la cantidad de radiación solar que llega a la estructura fotovoltaica.
18 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 16, dos o más cubiertas exteriores de limpieza que cubren una extensión parcial de la superficie exterior de la estructura fotovoltaica; y las cubiertas exteriores de limpieza configuradas de forma tal que realizan la limpieza en etapas diferentes de tiempo y/o de espacio. 19 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de
temperatura de operación , que comprende: un aparato como cualquiera de los reivindicados anteriormente, de materiales ubicados en el interior de la estructura fotovoltaica; y los materiales cuya inercia térmica permite aumentar la inercia térmica de la estructura fotovoltaica; y tales materiales ubicados dentro del volumen interior de la estructura fotovoltaica y configurados para retardar la elevación de la temperatura de la estructura fotovoltaica y de los dispositivos fotovoltaicos, y así mantener los dispositivos fotovoltaicos dentro de márgenes de temperatura en que el rendimiento es mayor.
20 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de temperatura de operación , que comprende: un aparato como el revindicado en la reivindicación 19, un sistema de circulación de fluido; y el sistema de circulación de fluido configurado para circular por el interior del volumen de la estructura fotovoltaica, pudiendo tal circulación ser lograda por convección natural del fluido o por bombeo, u otro medio eficaz para generar una circulación del fluido por el interior de la estructura fotovoltaica.
21 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de
temperatura de operación , que comprende: un aparato como cualquiera de los aquí revindicados anteriormente, un sistema de refrigeración , y el sistema de refrigeración configurado para mantener la temperatura interior de la estructura fotovoltaica dentro de ciertos rangos deseados, el sistema de refrigeración pudiendo ser del tipo absorción, compresión, u otro, con el cual se extrae calor de la superficie de la estructura fotovoltaica.
22 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de
temperatura de operación , que comprende: un aparato como cualquiera de los anteriormente aquí revindicados, superficies protectoras externas pivotantes; y las superficies protectoras externas pivotantes configuradas para tener la capacidad de moverse y cubrir la estructura fotovoltaica para proteger la estructura fotovoltaica de agentes externos que tengan el potencial de impactar y afectar negativamente la superficie de la estructura fotovoltaica.
23 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de
temperatura de operación , que comprende: Un aparato como el reivindicado en la reivindicación 22, caracterizado por contar con superficies reflectoras en la cara interna de las superficies protectoras externas pivotantes; y tales superficies reflectoras configuradas para tener la capacidad de redirigir la luz por reflexión y/o concentración hacia los dispositivos fotovoltaicos incrementando la radiación solar que llega a la estructura fotovoltaica y/o los dispositivos fotovoltaicos, según corresponda.
24 - Un sistema de montaje de dispositivos de conversión fotovoltaica que facilita la limpieza, el reemplazo de componentes y mejora las condiciones de
temperatura de operación , que comprende: Un aparato como cualquiera de los anteriormente aquí revindicados caracterizado porque la superficie exterior de la estructura fotovoltaica tiene un cierto grado razonable de similitud con una sección parcial de la forma de una superficie cuádrica (cilindrica, cónica, elipsoide, hiperboloide hiperbólico, hiperboloide elíptico, paraboloide, cilindro elíptico, cilindro hiperbólico, cilindro parabólico, u otra).
25 - Un aparato en el cual los dispositivos fotovoltaicos se encuentran instalados en una superficie con un cierto grado razonable de similitud con una superficie plana, un sistema de rotación, y el sistema de rotación configurado para tener la capacidad de hacer rotar la superficie sobre la cual están instalados los dispositivos fotovoltaicos en torno a un eje imaginario o real, y que en base a movimientos de rotación logra recibir la acción de limpieza de un limpiador.
26 - Un aparato para medición de la irradiancia solar, que comprende:
dispositivos sensores de irradiancia, una estructura de soporte de sensores con forma cilindrica, un limpiador, un sistema de limpieza automático; y tales elementos configurados de forma tal que los dispositivos sensores de irradiancia se ubican en la superficie del soporte cilindrico, el soporte cilindrico teniendo la capacidad de rotar sobre sí mismo y el limpiador realizando la limpieza de los dispositivos sensores de irradiancia mediante el sistema de limpieza automático para mantener la superficie de los dispositivos sensores de irradiancia libre de partículas que limiten la incidencia de luz solar sobre la misma.
27 - Un aparato como el revindicado en 26, caracterizado por tener un sensor compuesto por elementos fotosensibles capaces de generar una cierta señal eléctrica que es de alguna forma proporcional a la irradiancia solar que incide sobre la superficie sensora, en el cual la mencionada superficie sensora se caracteriza por tener una forma con un grado razonable de similitud con alguna de las superficies cuádricas, y cuenta con la capacidad de rotar sobre sí misma, permitiendo que distintas fracciones de la superficie se desplacen para pasar sucesivamente próxima a un sistema limpiador. Tal sistema limpiador siendo capaz de captar la suciedad de la superficie mediante un método húmedo o seco, y almacenar la suciedad en su interior.
28 - Un aparato como el revindicado en 27, en el cual el sistema automático de limpieza se caracteriza por contar con: un sistema de almacenamiento de energía que le permite el funcionamiento en forma autónoma, un sistema de registro de mediciones, un sistema de transmisión de datos en forma remota, un sistema de cámara de video que permite ver en forma remota el estado de la superficie del sensor de irradiancia, y todos los elementos configurados de forma tal que permiten verificar del estado de limpieza de la superficie sensora en forma remota, mientras que el sistema de limpieza puede ser activado en forma automática o en forma remota.
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