Aparato y procedimiento para eliminar el polvo y otros contaminantes particulados de un dispositivo para recoger radiación solar.

Un dispositivo, que comprende:

al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) para recoger la radiación solar; y una capa

(120; 220; 320) dispuesta por encima del al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) y que comprende una estructura conductora (122a - 122i, 124; 122a - 122i, 124, 128a - 128e; 222a - 222d, 224; 322a - 322i, 324), caracterizado porque el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) está configurado de tal forma que pueda aplicarse una tensión eléctrica entre la estructura conductora de la capa (120; 220; 320) y el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304), generando de este modo un campo eléctrico en la capa (120; 220; 320) para eliminar las partículas de la capa (120; 220; 320).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/065185.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Inventor/es: BURGER,Bruno, ROGALLA,SÖNKE, HOPF,BORIS, BIRYUKOV,SERGEY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/46 (Partes constitutivas, detalles o accesorios de los colectores de calor solar)

PDF original: ES-2519365_T3.pdf

 

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Aparato y procedimiento para eliminar el polvo y otros contaminantes particulados de un dispositivo para recoger radiación solar.

Fragmento de la descripción:

Aparato y procedimiento para eliminar el polvo y otros contaminantes particulados de un dispositivo para recoger radiación solar.

Las realizaciones de la presente invención se refieren al campo de la generación de energía solar, más específicamente a un enfoque para evitar o reducir la contaminación de los colectores solares por parte de partículas no deseadas, por ejemplo, polvo u otros contaminantes. Más específicamente, las realizaciones de la invención se refieren a un aparato y a un procedimiento que permiten eliminar partículas no deseadas de una superficie de los dispositivos de recogida de radiación solar.

La contaminación de los dispositivos para recoger la radiación solar por parte de polvo u otras partículas no deseadas es un grave problema para la generación de energía solar. La eficiencia de los dispositivos solares se degradará en gran medida por la deposición de dichas partículas ya que reducen la cantidad de luz que puede llegar 15 al elemento de recogida de radiación solar. La acumulación de polvo u otras partículas no deseadas (a continuación denominado como "polvo" o "partículas de polvo") sobre los panales fotovoltaicos y las ventanas ópticas de los sistemas CPV, sobre espejos de concentración y tuberías de las centrales solares termoeléctricas y otros tipos de colectores y receptores solares causa pérdidas debido a la absorción, reflexión o dispersión de la luz. La reducción de la producción de energía puede ser muy elevada, llegando al 50 o más, dependiendo de la ubicación y la 20 tecnología. Para áreas muy grandes de colectores solares, la degradación de sus propiedades ópticas puede llegar a ser prácticamente irreversible sin una limpieza regular, debido al proceso, conocido como "ensuciamiento" (el fenómeno de la mineralización superficial, causada por la interacción de las partículas de polvo con agua, por ejemplo el rocío, sobre la superficie) . Las mejores zonas de la tierra para la colocación de los generadores de energía solar son las regiones áridas o semiáridas, debido a la alta cantidad de irradiación, sin embargo, 25 lamentablemente, estas regiones también son las zonas con mayor concentración media de polvo y con la mayor frecuencia de tormentas de polvo. Naturalmente, también en otras regiones de la tierra el polvo puede acumularse sobre una superficie de un panel solar, reduciendo el rendimiento energético. La acumulación de polvo en los colectores solares tiene un impacto negativo en la economía de la producción de energía solar. Por lo tanto, son necesarios enfoques para eliminar o evitar la contaminación de las superficies de los colectores solares por partículas de polvo.

Un enfoque convencional es limpiar las superficies de los colectores solares regularmente usando agua y/o elementos mecánicos como cepillos. Sin embargo, el agua es un recurso escaso y muy costoso, especialmente en las regiones que se han mencionado anteriormente, donde los colectores solares demuestran la mejor eficiencia. 35 Los cepillos tampoco son deseables, ya que pueden producir daños en las superficies de los colectores solares, por ejemplo rasguños o similar, reduciendo de nuevo la eficiencia. Además, pueden producirse problemas con la garantía. Además, dichos procedimientos convencionales necesitan energía para generar el agua desmineralizada que es necesaria para la limpieza de los paneles solares con el fin de evitar la deposición de minerales en el agua sobre la superficie. Adicionalmente, para mantener áreas muy grandes del colector limpias, y por lo tanto las pérdidas de potencia en un nivel aceptable, se requiere una gran cantidad de mano de obra y tiempo.

Por lo tanto, en la técnica se han investigado técnicas adicionales para permitir la eliminación del polvo de las superficies de los colectores solares. Un enfoque es un procedimiento sin contacto que se basa en la aplicación de un campo eléctrico a la superficie del colector solar.

En cuanto a lo que se conoce por los inventores, la primera patente directamente relacionada con la aplicación de un campo eléctrico para la protección de las superficies de un se registró en Israel en 1999 (véase la patente Israelí Nº 116489 "Method and Apparatus for Dust Removal from Surfaces", otorgada el 17 de agosto de 1999 -véase también la patente de Estados Unidos 6.076.216 A, "Apparatus for Dust Removal from Surfaces" del 20

de junio de 2000) . En esta patente se describe un procedimiento para la eliminación del polvo de la superficie dieléctrica de un colector solar por medio de un campo eléctrico de alta tensión (AT) . Se han considerado diferentes geometrías de las superficies y de los sistemas de electrodos sobre ellas. También se ha considerado una diversidad de esquemas para la alimentación de los electrodos por el potencial de AT. El predecesor de estas patentes fue el sistema de "Cortina Eléctrica", sugerido por S. Masuda para el transporte de materiales particulados 55 (véase Masuda, S., Fujiba-yashi, K., Ishida, K. e Inaba, H. (1972) , Confinement and transportation of charged aerosol clouds via electric curtain, Electrical Engineering en Japón, 92: páginas 43-52, doi: 10.1002/eej.4390920106) . La alimentación de los electrodos paralelos en el sistema de Masuda se organizó en modos de 0, 1, 2, 3 fases, etc., en forma de una onda viajera. El mismo sistema, denominado "Pantalla Electrodinámica", se presentó más tarde por el documento US 2004/0055632 A1 (véase también el artículo "Self

Cleaning Solar Panels..." de Larr y Greenmeier del 22 de agosto de 2010 en "Scientific American") , donde se sugirió un revestimiento semiconductor de la superficie.

Sin embargo, estos enfoques que usan ondas viajeras son desventajosos, ya que requieren una estructura de control complicada y un elemento de alimentación para permitir la generación de la onda viajera a lo largo de la superficie de una película fina transparente que sujeta los electrodos, que se requiere para causar la carga triboeléctrica de partículas no cargadas inicialmente. Adicionalmente, la composición química de la película transparente debe ser de tal forma que las cargas electrostáticas que quedan sobre ésta tengan una línea de fuga a tierra a través de la superficie de la película y, además, la película debe tener una resistividad suficientemente alta de manera que el campo eléctrico pueda penetrar y proporcionar el transporte de las partículas. Por lo tanto, no sólo los circuitos de control son bastante costosos, sino que dichos enfoques también se limitan a materiales específicos que se suman al coste total del colector solar. La implementación de un enfoque de este tipo requiere un rediseñar al menos una parte del panel fotovoltaico.

Es un objeto subyacente de la presente invención proporcionar un enfoque mejorado para permitir la eliminación de partículas no deseadas, como polvo u otros contaminantes particulados de un dispositivo de recogida de radiación solar.

Este objeto se consigue mediante un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 y mediante un 20 procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13.

Se definen realizaciones ventajosas adicionales de la invención en las reivindicaciones 2-12, 14 y 15.

De acuerdo con el enfoque de la invención se evitan los problemas asociados a la técnica anterior que se ha descrito anteriormente. Más específicamente, se proporciona un enfoque sin contacto para limpiar las superficies de los dispositivos de recogida de radiación solar, como células fotovoltaicas, colectores solares o espejos para centrales solares termoeléctricas. Sin embargo, a diferencia de los enfoques de la técnica anterior conocidos en la técnica y usando procedimientos sin contacto en base a los campos eléctricos, que requieren suministros... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo, que comprende:

al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) para recoger la radiación solar; y una capa (120; 220; 320) dispuesta por encima del al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) y que comprende una estructura conductora (122a 122i, 124; 122a -122i, 124, 128a -128e; 222a -222d, 224; 322a -322i, 324) , caracterizado porque el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) está configurado de tal forma que pueda aplicarse una tensión eléctrica entre la estructura conductora de la capa (120; 220; 320) y el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) , generando de este modo un campo eléctrico en la capa (120; 220; 320) para eliminar las partículas de la capa (120; 220; 320) .

2. El dispositivo de la reivindicación 1, que comprende un generador de tensión (140; 240; 340) conectado entre la estructura conductora de la capa (120; 220; 320) y el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) .

3. El dispositivo de la reivindicación ó 2, en el que el generador de tensión (140; 240; 340) está configurado para generar una alta tensión en CC o una alta tensión en CA.

4. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el elemento (102a-102c; 204) está configurado para convertir la radiación solar en energía eléctrica, el elemento (102a-102c; 204) comprende una pluralidad de células solares que tienen unos terminales respectivos acoplados a través de elementos conductores (102a-102c, 106b; 206) a un nodo común (110; 210) , y la tensión eléctrica se aplica entre la estructura conductora de la capa (120; 220) y el nodo común (110; 210) .

5. El dispositivo de la reivindicación 4, en el que la capa (220) comprende una serie de lentes de concentración (231) dispuestas a cierta distancia de las células solares (204) , en el que la estructura conductora comprende una pluralidad de segmentos conductores (222a -222d) que se extiende entre o a través de las lentes (231) .

6. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento comprende un colector solar que comprende una capa reflectante (304) formada por un material conductor, y la tensión eléctrica se aplica entre la estructura conductora (322a -322i, 324) de la capa (320) y la capa reflectante (304) .

7. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la estructura conductora de la capa (120; 220; 320) comprende una pluralidad de segmentos conductores (122a 122i, 128a -128e; 222a -222d; 322a -322i) , los segmentos conductores están conectados a un nodo común (126; 226; 326) , y la tensión eléctrica se aplica entre el nodo común (126; 226; 326) y el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) .

8. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa (120; 220; 320) cubre sustancialmente el al menos un elemento (102a-102c; 204; 304) .

9. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende una cubierta (130; 230; 330) dispuesta sobre la capa (120; 220; 320) .

10. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una estructura de soporte formada por un material conductor, en el que la tensión eléctrica se aplica entre las estructuras conductoras de la capa (120; 50 220; 320) y la estructura de soporte.

11. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que los elementos conductores (106a-106b, 108; 206, 208; 304) del el al menos un elemento forman un primer electrodo, y en el que la estructura conductora de la capa (120; 220; 320) forma un segundo electrodo.

12. El dispositivo de una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende una estructura conductora adicional (132) formada sobre la capa (120) y dispuesta en una relación deseada con respecto a la estructura conductora (122) , en el que la estructura conductora adicional (132) forma un tercer electrodo conectado a un potencial de referencia, por ejemplo, a tierra.

13. Un procedimiento para eliminar partículas de una superficie de un dispositivo para recoger la radiación solar, comprendiendo el procedimiento:

generar un campo eléctrico en la superficie (120; 220; 320) del dispositivo para recoger la radiación solar, en el que la generación del campo eléctrico comprende aplicar una tensión eléctrica entre un primer electrodo y un segundo electrodo, en el que el primer electrodo está formado por al menos un elemento para recoger la radiación solar del dispositivo para recoger la radiación solar, y en el que el segundo electrodo está formado por una estructura conductora (122, 124, 128, 222, 224, 322, 324) en la superficie de una capa dispuesta por encima del al menos un elemento del dispositivo para recoger la radiación solar.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el dispositivo convierte la radiación solar en energía eléctrica y comprende una pluralidad de células solares que tienen un nodo común (110; 210) , en el que la tensión eléctrica se aplica entre el nodo común (110; 210) y el segundo electrodo.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el dispositivo es un colector solar que comprende una capa reflectante (304) formada de un material conductor, en el que la tensión eléctrica se aplica entre la capa 20 reflectante (304) y el segundo electrodo.