Concentrador solar fuera de eje encerrado.
Un concentrador solar (10) que comprende:
un alojamiento (12) que incluye una pared receptora (58),
una pared reflectante (60) y al menos dos paredes extremas (54, 56), definiendo dicha pared receptora (58), dicha pared reflectante (60) y dichas paredes extremas (54, 46) un volumen tridimensional que tiene una entrada (65), en donde un eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) es generalmente perpendicular a dicha entrada (65);
un receptor (16) montado en dicha pared receptora (58) de dicho alojamiento (12), incluyendo dicho receptor (16) al menos una célula fotovoltaica (48), en donde un eje vertical (D) de dicho receptor (16) está dispuesto en un ángulo no cero con respecto a dicho eje vertical (A) de dicho alojamiento (12);
al menos un pinza (68) dispuesta sobre dicha pared reflectante (60);
un elemento óptico (28) recibido dentro de dicho volumen tridimensional y enganchado por dicha pinza (68) para alinear dicho elemento óptico (28) con dicho receptor (16); y
una ventana (14) recibida sobre dicha entrada (65) para encerrar dicho alojamiento (12); en donde el eje vertical (D) de dicho receptor es paralelo a una normal a la superficie de dicho receptor (16).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/033211.
Solicitante: THE BOEING COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: BENITEZ,PABLO, SCHWARTZ,JOEL A, NARAYANAN,AUTHI A, GRIP,ROBERT E, MINANO,JUAN-CARLOS, PLESNIAK,ADAM P.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/052 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados 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).
PDF original: ES-2539585_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Concentrador solar fuera de eje encerrado CAMPO La presente solicitud de patente se refiere a sistemas de concentración de energía solar y, más particularmente, a concentradores solares que tienen un alojamiento totalmente encerrado, en el que el alojamiento soporta una formación de células solares en una configuración fuera de eje.
ANTECEDENTES Los concentradores solares fotovoltaicos se utilizan típicamente para generar energía eléctrica mediante la concentración de luz solar sobre dispositivos fotovoltaicos, recogiendo así la luz del sol desde un área grande y concentrándola sobre un área relativamente pequeña de las células solares. Por lo tanto, las células solares de alta eficiencia, tales como células solares basadas en arseniuro de galio ("GaAs") , se pueden utilizar en lugar de las células solares de silicio menos eficientes (y menos caras) , produciendo así más energía por unidad de área a un coste reducido.
Los concentradores solares pueden configurarse de diversas maneras y normalmente incluyen ópticas de refracción, ópticas reflectantes o diversas combinaciones de las mismas; véanse, por ejemplo, los documentos WO-A2007117136, EP-A-1835547 o US-A-20030075212. Independientemente de la óptica de concentración utilizada, debe eliminarse el exceso de calor y las células solares deben ser protegidas del medio ambiente. Por lo tanto, el proceso de diseño requiere generalmente un compromiso entre las características térmicas y/o de protección. Por ejemplo, los sistemas de la técnica anterior que utilizan lentes de Fresnel (óptica de refracción) requieren la colocación de las células solares en la parte posterior de un recinto, lo que hace difícil la eliminación del exceso de calor, requiriéndose un disipador térmico más grande. El documento WO-A-2007117136 describe un dispositivo para la conversión de energía solar, que comprende una unidad de captura de radiación solar que incluye al menos una lente que tiene una superficie de entrada para la radiación solar incidente y una superficie de salida para emitir la radiación solar en forma refractada hacia una unidad de concentración de radiación solar que comprende una superficie de reflector para reflejar la radiación solar incidente sobre la superficie de reflector procedente de la superficie de salida de la lente hacia al menos un área objetivo de la unidad de concentración de radiación solar. El dispositivo comprende medios de posicionamiento para la orientación de la unidad de captura de radiación solar y la unidad de concentración de radiación solar una con respecto a otra mediante la rotación alrededor de al menos un eje perpendicular a un plano formado por la lente.
Además, el funcionamiento eficiente de los concentradores solares requiere una alineación precisa de los elementos ópticos con las células solares. De hecho, una alineación más precisa permite un mayor grado de concentración óptica, reduciendo así el coste agregado de las células solares. Sin embargo, los diseños de concentradores solares de la técnica anterior requieren típicamente etapas de fabricación costosas para lograr una alineación precisa, mientras que otros sacrifican la precisión, y por lo tanto la eficiencia, para reducir los costes de fabricación.
En consecuencia, existe una necesidad de un concentrador solar que rápida y fácilmente alinee los elementos ópticos con las células solares en una configuración fuera de eje, al tiempo que dota a las células solares con las protecciones térmicas y ambientales necesarias.
SUMARIO En un aspecto según la reivindicación 1, el concentrador solar revelado incluye un alojamiento que tiene una pared receptora, una pared reflectante y al menos dos paredes extremas, definiendo las paredes receptora, reflectante y extremas un volumen tridimensional que tiene una entrada, en donde un eje vertical del alojamiento es generalmente perpendicular a la entrada, un receptor montado en la pared receptora del alojamiento, incluyendo el receptor al menos una célula fotovoltaica, en donde un eje vertical del receptor está dispuesto en un ángulo no cero con respecto al eje vertical del alojamiento, al menos una pinza dispuesta en la pared reflectante, un elemento óptico recibido dentro del volumen tridimensional y enganchado por la pinza para alinear el elemento óptico con el receptor, y una ventana recibida sobre la entrada para encerrar el alojamiento, en donde el eje vertical del receptor es paralelo a una normal a la superficie del receptor.
En otro aspecto según la reivindicación 11, un método para alinear un elemento óptico con un receptor en un concentrador solar según la reivindicación 1, que incluye al menos una célula fotovoltaica, puede incluir los pasos de (1) proporcionar un alojamiento que incluye una pared receptora, una pared reflectante y al menos dos paredes extremas, definiendo las paredes receptora, reflectantes y extrema un volumen tridimensional que tiene una entrada, en donde un eje vertical del alojamiento es generalmente perpendicular a la entrada, (2) posicionar al menos una pinza en la pared reflectante del alojamiento, (3) montar el receptor en la pared receptora del alojamiento, en donde un eje vertical del receptor está dispuesto en un ángulo no cero con respecto al eje vertical del alojamiento, (4) posicionar el elemento óptico dentro del volumen tridimensional de tal manera que el elemento óptico sea enganchado por la pinza y (5) posicionar una ventana sobre la entrada para encerrar el alojamiento, en donde el eje vertical del receptor es paralelo a una normal a la superficie del receptor.
Otros aspectos del concentrador solar revelado serán evidentes a partir de la siguiente descripción, los dibujos anexos y las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una vista en perspectiva frontal, parcialmente despiezada, de un aspecto del concentrador solar revelado;
La figura 2 es una vista en planta superior del concentrador solar de la figura 1;
La figura 3 es una vista en alzado lateral, en sección, del concentrador solar de la Figura 2;
La figura 4 es una vista en alzado lateral, en sección, de una porción detallada del concentrador solar de la figura 3;
La figura 5 es una vista en alzado lateral, en sección, de otro aspecto del concentrador solar revelado; y La figura 6 es una vista en perspectiva lateral de un elemento óptico del concentrador solar mostrado en la Figura 5.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Como se muestra en la Figura 1, un aspecto del concentrador solar revelado, designado en general con 10, puede incluir un alojamiento 12, una ventana 14, una formación de receptores 16, 18, 20, 22, 24, 26 y una formación de elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38. En un aspecto, el número de elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38 puede corresponder al número de receptores 16, 18, 20, 22, 24, 26. Aunque se muestran seis elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38 y seis receptores 16, 18, 20, 22, 24, 26 en el concentrador solar 10, los expertos en la técnica apreciarán que los concentradores solares se pueden construir con diversos números de receptores y elementos ópticos sin apartarse del alcance de la presente revelación.
Opcionalmente, el concentrador solar 10 puede incluir unas ménsulas 40, 42 o dispositivos similares conectados al alojamiento 12 de tal manera que el concentrador solar 10 se pueda montar en un seguidor solar (no mostrado) . El seguidor solar puede estar configurado para hacer girar el concentrador solar 10 de tal manera que el eje vertical A (figura 3) del concentrador solar 10 esté alineado con el sol cuando éste se mueva a través del cielo.
Los elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38 pueden ser espejos o dispositivos similares, tales como espejos parabólicos, y pueden estar dimensionados y conformados para recibir luz solar entrante y enfocar la luz solar entrante sobre los receptores 16, 18, 20, 22, 24, 26. Los expertos en la técnica apreciarán que el tamaño, la forma y la geometría globales de los elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38 pueden depender del tamaño y la forma del alojamiento 12 , así como del posicionamiento de los receptores 16, 18, 20, 22, 24, 26 dentro del alojamiento 12, entre otras cosas.
En un aspecto particular, uno o más de los elementos ópticos 28, 30, 32, 34, 36, 38 pueden ser concentradores ópticos revelados en la publicación de patente norteamericana número 2008/0223443, titulada "Concentrador óptico, Especialmente para Energía Fotovoltaica Solar", presentada por Benitez y otros el 14 de marzo de 2008, cuyo contenido entero se incorpora en el presente documento por referencia.
Haciendo referencia a la figura 3, cada elemento óptico 28, 30, 32, 34, 36, 38 puede... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un concentrador solar (10) que comprende:
un alojamiento (12) que incluye una pared receptora (58) , una pared reflectante (60) y al menos dos paredes extremas (54, 56) , definiendo dicha pared receptora (58) , dicha pared reflectante (60) y dichas paredes extremas (54, 46) un volumen tridimensional que tiene una entrada (65) , en donde un eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) es generalmente perpendicular a dicha entrada (65) ; un receptor (16) montado en dicha pared receptora (58) de dicho alojamiento (12) , incluyendo dicho receptor (16) al menos una célula fotovoltaica (48) , en donde un eje vertical (D) de dicho receptor (16) está dispuesto en un ángulo no cero con respecto a dicho eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) ; al menos un pinza (68) dispuesta sobre dicha pared reflectante (60) ; un elemento óptico (28) recibido dentro de dicho volumen tridimensional y enganchado por dicha pinza (68) para alinear dicho elemento óptico (28) con dicho receptor (16) ; y una ventana (14) recibida sobre dicha entrada (65) para encerrar dicho alojamiento (12) ; en donde el eje vertical (D) de dicho receptor es paralelo a una normal a la superficie de dicho receptor (16) .
2. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicho elemento óptico (16) es un espejo y dicho receptor incluye además una lente (50) , enfocándose dicha lente (50) sobre dicha célula fotovoltaica (48) .
3. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicho receptor (16) incluye además un disipador térmico
(52) conectado a dicha célula fotovoltaica (48) .
4. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicho ángulo no cero es de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 grados.
5. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicho ángulo no cero es de aproximadamente 55 grados.
6. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicha pinza (68) es integral con dicho alojamiento (12) .
7. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicha pinza (68) está conectada a dicho alojamiento (12) por un dispositivo de sujeción.
8. El concentrador solar de la reivindicación 1, en el que dicho alojamiento (12) incluye además una pared inferior
(62) que tiene una segunda pinza (66) dispuesta sobre ella, acoplándose dicha segunda pinza (66) con dicho elemento óptico (16) .
9. El concentrador solar de la reivindicación 8, en el que dicha pared inferior (62) incluye además una tercera pinza dispuesta sobre ella, acoplándose dicha tercera pinza con dicho elemento óptico (16) .
10. El concentrador solar de la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de receptores (16, 18, 20, 22, 24, 26) montados en dicha pared receptora (58) de dicho alojamiento (12) , definiendo cada receptor de dicha pluralidad de receptores (16, 18, 20, 22, 24, 26) un eje vertical (D) e incluyendo al menos una célula fotovoltaica (48) , una lente (50) enfocada sobre dicha célula fotovoltaica (48) y un disipador térmico (52) conectado a dicha célula fotovoltaica (48) , en donde dicha célula fotovoltaica (48) y dicha lente (50) están dispuestas dentro de dicho volumen tridimensional y dicho disipador térmico (52) es externo a dicho volumen tridimensional, en donde dicho eje vertical (D) de dicho receptor está dispuesto en un ángulo no cero con respecto a dicho eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) ; una pluralidad de elementos ópticos (28, 30, 32, 34, 36, 38) recibida dentro de dicho volumen tridimensional, incluyendo cada elemento óptico de dicha pluralidad de elementos ópticos (28, 30, 32, 34, 36, 38) una lengüeta frontal (44) y una lengüeta trasera (46) ; una pluralidad de pinzas delanteras (66) dispuestas sobre una pared inferior (62) de dicho alojamiento (12) , acoplándose cada pinza delantera (44) de dicha pluralidad de pinzas delanteras (66) con una asociada de dichas lengüetas frontales (44) ; una pluralidad de pinzas traseras (68) dispuestas sobre dicha pared reflectante (60) de dicho alojamiento (12) , acoplándose cada pinza trasera (68) de dicha pluralidad de pinzas traseras (68) con una asociada de dichas lengüetas traseras (46) ; y una ventana (14) conectada a dicha entrada (65) de dicho alojamiento (12) para formar un volumen tridimensional encerrado; en donde el eje vertical (D) de dicho receptor es paralelo a una normal a la superficie de dicho receptor (16) .
11. Un método para alinear un elemento óptico (28) con un receptor (16) en un concentrador solar según la reivindicación 1, incluyendo dicho receptor (16) al menos una célula fotovoltaica (48) , comprendiendo dicho método las etapas de:
proporcionar un alojamiento (12) que comprende una pared receptora (58) , una pared reflectante (60) y al 6
menos dos paredes extremas (54, 56) , definiendo dicha pared receptora (58) , dicha pared reflectante (60) y dichas paredes extremas (54, 56) un volumen tridimensional que tiene una entrada (65) , en donde un eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) es generalmente perpendicular a dicha entrada (65) ; posicionar al menos una pinza (68) sobre dicha pared reflectante (60) de dicho alojamiento (12) ;
montar dicho receptor en dicha pared receptora (58) de dicho alojamiento (12) , en donde un eje vertical (D) de dicho receptor (16) está dispuesto en un ángulo no cero con respecto a dicho eje vertical (A) de dicho alojamiento (12) ; posicionar dicho elemento óptico (28) dentro de dicho volumen tridimensional de tal manera que dicho elemento óptico (28) se acople con dicha pinza (68) ; y posicionar una ventana (14) sobre dicha entrada (65) para encerrar dicho alojamiento (12) ; en donde el eje vertical (D) de dicho receptor es paralelo a una normal a la superficie de dicho receptor (16) .
12. El método de la reivindicación 11, en el que dicho elemento óptico (28) incluye un pie (70) y dicha etapa de posicionar dicho elemento óptico (28) incluye acoplar dicho pie (70) con dicha pinza (68) . 15
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