Aparato concentrador solar luminiscente, procedimiento y aplicaciones.

Aparato concentrador solar luminiscente, procedimiento y aplicaciones.

Un aparato concentrador solar luminiscente incluye un sustrato ópticamente transparente y una capa de material fotovoltaico al menos parcialmente embebida dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente que contacta el sustrato ópticamente transparente. Una capa de material luminiscente también contacta la capa de material encapsulante ópticamente transparente. Generalmente

, el aparato concentrador solar luminiscente proporciona que la capa de material luminiscente no se encuentre dentro de la trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/058900.

Solicitante: ABENGOA SOLAR PV INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 11500 W. 13th Ave 80215 -Lakewood CO Colorado ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: POWELL, DAVID, ALERS,Glenn, OLSON,Jeremy.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/052 (Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42))
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Aparato concentrador solar luminiscente, procedimiento y aplicaciones.

Fragmento de la descripción:

Aparato concentrador solar luminiscente, procedimiento y aplicaciones

Referencia cruzada a solicitud relacionada Esta solicitud se refiere a, y deriva prioridad de la solicitud de patente provisional de los EE. UU. con número de 5 serie 61/409, 589, presentada el 3 de noviembre 2010, y titulada Luminescent Solar Concentrator Apparatus, Method and Applications, cuyo contenido se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.

Antecedentes

Campo de la invención Las realizaciones se refieren, en general, a la conversión de energía fotovoltaica. Más en particular, las realizaciones se refieren a aparatos concentradores solares luminiscentes y a procedimientos dentro del contexto de conversión de energía fotovoltaica.

Descripción de la técnica relacionada Durante varias décadas se han empleado aparatos concentradores solares luminiscentes como medio para reducir los costes de los sistemas de conversión de energía fotovoltaica. Para este fin, los aparatos concentradores solares luminiscentes proporcionan un medio eficaz para recoger la radiación solar incidente por encima de áreas de superficie grandes y para guiar la radiación solar incidente sobre células fotovoltaicas de área de superficie mucho más pequeña para su conversión en electricidad.

Un panel de un aparato concentrador solar luminiscente típico es, en general, de la forma de una ventana o placa de proporción de aspecto alta, plana (x, y >> grosor, z) . El panel del aparato concentrador solar luminiscente puede consistir en, o de forma alternativa comprender, un material luminiscente, normalmente en un aglutinante o vehículo al menos parcialmente transparente. El material luminiscente absorbe la radiación solar incidente y a continuación reirradia radiación luminiscente a una longitud de onda diferente para su captura y conversión por una célula fotovoltaica.

Dentro de un aparato concentrador solar luminiscente, una mayoría de la radiación luminiscente reirradiada se refleja de forma totalmente interna desde las superficies internas grandes (x, y) , como se conoce en la técnica, hasta que la radiación luminiscente reirradiada incide sobre la célula fotovoltaica. No obstante, la luz que se pierde a través de las superficies x, y, o se reabsorbe por el material luminiscente, o no es incidente de otro modo sobre la célula fotovoltaica, no se convierte en electricidad. Dichas pérdidas de conversión pueden ser significativas y costosas.

Por tanto, son deseables aparatos concentradores solares luminiscentes y procedimientos que proporcionen pérdidas de radiación solar incidente minimizadas y una conversión de radiación solar incidente maximizada dentro del contexto de los aparatos concentradores solares luminiscentes y procedimientos.

Sumario Las realizaciones incluyen una pluralidad de aparatos concentradores solares luminiscentes y un procedimiento relacionado para fabricar la pluralidad de aparatos concentradores solares luminiscentes. Más en general, los 35 aparatos concentradores solares luminiscentes de acuerdo con las realizaciones incluyen una capa de material fotovoltaico y una capa de material luminiscente situadas por encima de un sustrato transparente, en los que la capa de material luminiscente no está dentro de una trayectoria óptica incidente a través del sustrato transparente a la capa de material fotovoltaico. Realizaciones más específicas de los aparatos concentradores solares luminiscentes de acuerdo con las realizaciones comprenden una capa de material fotovoltaico situada al menos parcialmente 40 incrustada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente que a su vez está en contacto con un sustrato ópticamente transparente para proporcionar una trayectoria óptica incidente a la capa de material fotovoltaico a través de al menos el sustrato ópticamente transparente, y típicamente también la capa de material encapsulante ópticamente transparente. Los aparatos concentradores solares luminiscentes de acuerdo con las realizaciones más específicas también incluyen una capa de material luminiscente situada en contacto con la capa 45 de material encapsulante ópticamente transparente, pero no dentro de la trayectoria óptica incidente a la capa de material fotovoltaico a través de al menos el sustrato ópticamente transparente, y típicamente también la capa de material encapsulante ópticamente transparente.

Por tanto, un aparato concentrador solar luminiscente de acuerdo con las realizaciones proporciona: (1) conversión fotovoltaica de radiación solar directamente incidente sobre una capa de material fotovoltaico (es decir, de forma 50 alternativa una célula fotovoltaica de bandas o una célula fotovoltaica de rejilla) sin pasar a través de una capa de material luminiscente dentro de un aparato concentrador solar luminiscente de acuerdo con las realizaciones; (2) conversión fotovoltaica de radiación solar incidente reflejada de forma totalmente interna incidente sobre una capa de material fotovoltaico dentro de un aparato concentrador solar luminiscente de acuerdo con las realizaciones; y (3)

conversión fotovoltaica de radiación luminiscente reflejada de forma totalmente interna incidente sobre una capa de material fotovoltaico dentro de un aparato concentrador solar luminiscente de acuerdo con las realizaciones.

Un aparato concentrador solar luminiscente particular de acuerdo con las realizaciones incluye un sustrato ópticamente transparente. Este aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material fotovoltaico situada por encima del sustrato ópticamente transparente. Este aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material luminiscente situada también por encima del sustrato ópticamente transparente. Dentro del aparato concentrador solar luminiscente, la capa de material luminiscente no está dentro de una trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico.

Otro aparato concentrador solar luminiscente particular de acuerdo con las realizaciones incluye un sustrato ópticamente transparente. Este aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material fotovoltaico situada al menos parcialmente encapsulada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente situada por encima del sustrato ópticamente transparente. Este aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material luminiscente situada en contacto con la capa de material encapsulante ópticamente transparente y no dentro de una trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico.

Otro aparato concentrador solar luminiscente particular más de acuerdo con las realizaciones incluye un sustrato ópticamente transparente. Este otro aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material fotovoltaico situada encapsulada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente situada por encima de un lado del sustrato ópticamente transparente. Este otro aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de material luminiscente situada por encima de un lado de la capa de material encapsulante ópticamente transparente opuesta al sustrato ópticamente transparente.

Otro aparato concentrador solar luminiscente particular más de acuerdo con las realizaciones incluye un sustrato ópticamente transparente. Este otro aparato concentrador solar luminiscente particular también incluye una capa de 25 material fotovoltaico situada al menos parcialmente encapsulada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente...

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato concentrador solar luminiscente que comprende: un sustrato ópticamente transparente; una capa de material fotovoltaico situada por encima del sustrato ópticamente transparente; y

una capa de material luminiscente también situada por encima del sustrato transparente, en la que:

la capa de material luminiscente no está dentro de una trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico; y una anchura horizontal de la capa de material fotovoltaico es de aproximadamente 2 a aproximadamente 4

veces un grosor de un material reflectante de forma totalmente interna situado por encima de la capa de 10 material fotovoltaico.

2. Un aparato concentrador solar luminiscente que comprende:

un sustrato ópticamente transparente;

una capa de material fotovoltaico al menos parcialmente encapsulada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente situada por encima del sustrato ópticamente transparente; y

una capa de material luminiscente situada en contacto con la capa de material encapsulante ópticamente transparente y no dentro de una trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico, en la que una anchura horizontal de la capa de material fotovoltaico es de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 veces un grosor de un material reflectante de forma totalmente interna situado por encima de la capa de material fotovoltaico.

3. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que el sustrato ópticamente transparente comprende un sustrato de vidrio ópticamente transparente.

4. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que el sustrato ópticamente transparente comprende un sustrato de polímero orgánico ópticamente transparente.

5. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que la capa de material encapsulante

ópticamente transparente comprende un material encapsulante de polímero orgánico ópticamente transparente.

6. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que la capa de material luminiscente comprende un material luminiscente seleccionado del grupo que consiste en colorantes luminiscentes orgánicos y polímeros semiconductores.

7. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que una anchura horizontal de la capa de material fotovoltaico es de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 veces un grosor de un material reflectante de forma totalmente interna situado por encima de la capa de material fotovoltaico.

8. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que: el sustrato transparente tiene un grosor de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 milímetros;

la capa de material encapsulante tiene un grosor de aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 5 milímetros; la capa de material fotovoltaico tiene un grosor de aproximadamente 0, 02 a aproximadamente 5 milímetros; y la capa de material luminiscente tiene un grosor de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 3

milímetros.

9. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 8, en el que la capa de material encapsulante comprende un mínimo de dos subcapas de material encapsulante, teniendo cada una un grosor de aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 5 milímetros.

10. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que el aparato concentrador solar luminiscente tiene una disposición geométrica de cristal de ventana.

11. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, en el que: la capa de material luminiscente tiene un rendimiento cuántico de fluorescencia de al menos aproximadamente un 50 por ciento;

la capa de material luminiscente no tiene un solapamiento apreciable del espectro de absorción y el espectro de fluorescencia; y

la capa de material fotovoltaico coincide con un intervalo de longitud de onda de fluorescencia de la capa de material luminiscente.

12. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, que comprende además un componente modificador del color que modifica una apariencia visual del aparato concentrador solar luminiscente.

13. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 12, en el que el componente modificador del

color se selecciona del grupo que consiste en un filtro de color ensamblado al aparato concentrador solar luminiscente, un colorante no luminiscente incluido dentro de la capa de material luminiscente y un colorante no luminiscente incluido dentro de otra capa distinta de la capa de material luminiscente.

14. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 2, que comprende además una capa de barrera situada sobre un lado externo del aparato concentrador solar luminiscente opuesto al sustrato transparente.

15. Un aparato concentrador solar luminiscente que comprende:

un sustrato ópticamente transparente;

una capa de material fotovoltaico encapsulada dentro de una capa de material encapsulante ópticamente transparente situada por encima de un lado del sustrato ópticamente transparente; y

una capa de material luminiscente situada por encima de un lado de la capa de material encapsulante ópticamente transparente opuesto al sustrato ópticamente transparente, en la que la capa de material fotovoltaico tiene una anchura de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 veces un grosor del sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente por encima de la capa de material fotovoltaico.

16. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 15, en el que:

el sustrato ópticamente transparente comprende un material de vidrio; la capa de material fotovoltaico comprende un material fotovoltaico de silicio; la capa de material encapsulante ópticamente transparente comprende un material de polímero de etileno

acetato de vinilo; y la capa de material luminiscente comprende un material de polímero de poli (metacrilato de metilo) . 30 17. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 16, en el que la capa de material luminiscente comprende además un material luminiscente seleccionado del grupo que consiste en colorantes orgánicos luminiscentes y polímeros semiconductores.

18. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 15, en el que la capa de material fotovoltaico tiene una anchura de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 veces un grosor del sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente por encima de la capa de material fotovoltaico.

19. Un aparato concentrador solar luminiscente que comprende:

un sustrato ópticamente transparente;

una capa de material fotovoltaico situada al menos parcialmente encapsulada dentro de una capa de material 40 encapsulante ópticamente transparente situada por encima de un lado del sustrato ópticamente transparente; y

una capa de material luminiscente situada interpuesta entre el sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente y no dentro de una trayectoria óptica incidente a través de al menos el sustrato ópticamente transparente a la capa de material fotovoltaico.

20. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 19, en el que:

el sustrato ópticamente transparente comprende un material de vidrio; la capa de material fotovoltaico comprende un material fotovoltaico de silicio;

la capa de material encapsulante ópticamente transparente comprende un material de polímero de etilenoacetato de vinilo; y

la capa de material luminiscente comprende un material de polímero de poli (metacrilato de metilo) .

21. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 20, en el que la capa de material luminiscente comprende además un material luminiscente seleccionado del grupo que consiste en colorantes luminiscentes y polímeros semiconductores.

22. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 19, en el que la capa de material fotovoltaico tiene una anchura de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 veces un grosor del sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente por encima de la capa de material

fotovoltaico.

23. El aparato concentrador solar luminiscente de la reivindicación 19, en el que la capa de material fotovoltaico tiene una anchura de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 veces un grosor del sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente por encima de la capa de material fotovoltaico.

24. Un procedimiento para fabricar un aparato concentrador solar luminiscente que comprende:

formar por encima de un sustrato ópticamente transparente una capa de material encapsulante ópticamente transparente que incluye una capa de material fotovoltaico al menos parcialmente encapsulada dentro de la capa de material encapsulante ópticamente transparente; y

formar por encima del sustrato ópticamente transparente una capa de material luminiscente que no esté

formada interpuesta entre al menos el sustrato ópticamente transparente y la capa de material fotovoltaico, en el que una anchura horizontal de la capa de material fotovoltaico es de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 veces un grosor de un material reflectante de forma totalmente interna formado por encima de la capa de material fotovoltaico.

25. El procedimiento de la reivindicación 24, en el que:

la capa de material luminiscente es una capa de material luminiscente de cobertura; y

la capa de material encapsulante ópticamente transparente y la capa de material fotovoltaico están formadas interpuestas entre el sustrato ópticamente transparente y la capa de material luminiscente.

26. El procedimiento de la reivindicación 24, en el que:

la capa de material luminiscente es una capa de material luminiscente modelada;

y la capa de material luminiscente está formada interpuesta entre el sustrato ópticamente transparente y la capa de material encapsulante ópticamente transparente.