Instalación para la producción de energía eléctrica a partir de energía solar.

Instalación eléctrica con una capa de células solares y una capa protectora ante condiciones climáticas (1) situada sobre la parte opuesta a la luz del día,

donde en la parte posterior de la capa de células solares (3) hay dispuesto un módulo formado por al menos un elemento Peltier (4, 7) y acumulador de calor latente (6, 9) respectivamente subordinado, que están circundados por una capa de aislamiento térmica (5), y que el módulo se pone en contacto con la capa de células solares (3) mediante una pasta termoconductora.

Instalación para la producción de energía eléctrica a partir de energía solar [0001] La invención se refiere a una instalación para la producción de energía eléctrica y para el aumento del rendimiento de trabajo de una célula fotovoltaica (célula FV) . El campo de aplicación de la invención es el campo de la obtención de energía solar.

En la descripción se usan las siguientes abreviaciones:

NOCT Temperatura celular en operación normal P dot P Plaqueta dotada positiva PECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (deposición en fase vapor química soportado por plasma)

P/N Transición positiva/negativa Célula FV Célula fotovoltaica STC Condiciones de prueba estándar THG Termogenerador [0003]La transformación de energíafotovoltaica, esdecirla transformación de energíasolaren energíaeléctrica, se lleva a cabo con ayuda de células solares en instalaciones fotovoltaicas. El modo de funcionamiento de una célulade estetiposebasa en elefectofotovoltaicosuficientementeconocido.Éstees estado de latécnica yviene descrito en numerosos documentos (p. ej. DE 21 2009 000 025 U1, WO 2009/135238 A2) .Con la incidencia de la luz se lleva a cabo en la célulauna separacióndecarga en latransicióndesemiconductor, que lleva aun desequilibrio de carga en la célula. El descenso de tensión eléctrica en este caso puede utilizarse para la transformación de la energía de radiación en energía eléctrica.

Los módulos fotovoltaicos presentan generalmente una capa de células fotovoltaicas o solares, así como una lámina transparente dispuesta en la parte de las células fotovoltaicas en que incide el sol y un cristal de seguridad transparente dispuesto sobre la lámina. En la parte posterior de las células fotovoltaicas, es decir en la parte de las células donde no incide el sol, se monta habitualmente igualmente una capa laminar transparente.

El rendimiento de una instalación fotovoltaica, también conocido como eficiencia, es la proporción entre la potencia eléctrica producida por ella y la energía solar irradiada, es decir, indica cuánta cantidad de luz irradiada se transforma en energía eléctrica utilizable.

El campo de aplicación de las instalaciones fotovoltaicas implica que éstas se calienten a causa de la radiación solar. Sin embargo la potencia de una instalación de estetipodepende en gran medida de la temperatura. Temperaturas celularesmás altas conducen a rendimientos más bajos y con él a un peorrendimiento.

Las pérdidas de la transformación eléctrica convencional resultan esencialmente en calor perdido, que se pierde en forma de convección y radiación. El calor perdido además surge del espectro de la luz solar, que no es transformado por la célula FV convencional.

En el estado de la técnica ya hay propuestas para usar parcialmente esta energía térmica. Así se conoce del documento DE 10 2008 009 477 A1 una instalación de generación de corriente termosolar, que contiene un absorbedor, sobre el cual se pueden disponer células solares completamente o parcialmente sobre componentes unidos. Así se obtiene un doble uso de la instalación de generación de corriente. Junto a la generación de corriente, la cantidad energética que no es transformada en corriente, se puede almacenar en forma de energía térmica. Así se aprovecha mejor la superficie utilizable para la obtención de energía. Sin embargo no se puede conseguir un aumento del rendimiento en la generación de corriente así como en la potencia específica en proporción a la radiación solar a través de la configuración descrita.

En la técnica descrita en esta solicitud de patente se puede sin embargo utilizar también la energía térmica para producir corriente eléctrica.Ambos elementos pueden unirse de distinta manera.

[0010]EldocumentoDE 102006023 616 A1 serefiere aunsistemapara la obtención de energíasolaratravésdel uso del efecto termoeléctrico bajo almacenamiento simultáneo del calor residual.

En el documento DE 3735410 A1 se describe una disposición, mediante la cual se puede transformar energía térmica mediante un termoelemento y un elemento Peltier en energía eléctrica. Además se divulga que este efecto se puede mejorar mediante la aplicación de campos magnéticos.

El documento US 2003/0221717 A1 divulga un sistema fotovoltaico, que está conectado eléctricamente con un sistema termoeléctrico, para alimentarlo con corriente. Al sistema termoeléctrico se le puede subordinar un acumulador de calor latente. Una pasta termoconductora en el contacto con las células solares no viene divulgada.

El documento DE 10 2008 040 028 A1 combina componentes técnicos individuales para la obtención de energía en el marco de una instalación de transformación de energía y del procedimiento correspondiente para la obtención, transformación, almacenamiento y puesta a disposición de energía para los consumidores. En este caso se usa un elemento fotovoltaico para la obtención directa de energía, que alimenta entonces a un acumulador eléctrico, a el consumidor eléctrico o también a un elemento Peltier.

Todas las disposiciones descritas en el estado de la técnica tienen como desventaja, que la eficiencia de las células fotovoltaicas es muy baja en proporción al modo de funcionamiento descrito en esta solicitud de patente presente. Un aumento del rendimiento laboral de una célula de este tipo no se había podido lograr hasta ahora.

Conforme al estado de la técnica, la eficiencia oscila entre 5 y 25%. En el área de los módulos se debe calcularconpérdidas depotencia de aprox.3 %, de modoque habitualmentese alcanza unrendimiento de 2 hasta 22 %.Con la evaluación de losdatosde potencia decomponentesfotovoltaicoshansido acordados unosrequisitos normativos, STC (condiciones de prueba estándar) , los cuales son una temperatura ambiente de 25º C, AM 1, 5 y 1000 W/m2 (origen: IEC 904-3 1989 Photovoltaic devices; EN 60904-3 1993) .

Estos valores se pueden conseguir sólo bajo condiciones de laboratorio, de modo que a través de las desviaciones que se dan en la práctica/naturaleza, se debe registrar una clara disminución del trabajo. Ya un aumento de la temperatura de 2º C de una instalación fotovoltaica baja su eficiencia un 1%.

Es objeto de la invención poner a disposición un módulo fotovoltaico esencialmente potente basado en una célula nueva con un rendimiento superior. La invención tiene por objeto, alcanzar una estabilización de la temperatura de la parate alejada del sol de una célula fotovoltaica, que corresponde a la temperatura normativa bajo condiciones de laboratorio, lo que impide la disminución de la potencia de la placa en caso de subida de temperatura. Mientras tanto se deben utilizar las diferencias de calor resultantes para la producción de energía eléctrica, también en momentos, en los cuales no hay ningún efecto fotovoltaico.

Este objeto se resuelve según la invención con una instalación eléctrica, que presenta las características de la reivindicación 1. La forma de realización preferida y ventajosa de la instalación eléctrica según la invención es objeto de las reivindicaciones secundarias.

La idea esencial de la invención consiste en usar el calor que reduce la potencia existente en caso de radiación solar y transformarlo en energía eléctrica. Lo especial de esto es que según la invención las células solares se enfrían y por lo tanto actúan con respecto al punto de trabajo siguiente como un llamado "disipador". Esto no seve limitadosólo ala pérdida de radiación solar, sinoque ocurresiempre cuando la capacidad de emisión de la célula está en posición de influir la corriente de calor mediante el elemento Peltier y enfriarla, es decir igualmente durante el día.

De esta manera se dispone en la parte de las células fotovoltaicas separada del sol un módulo, que consiste en elementos Peltier y respecto a éstos acumuladores de calor latente conectados y que está circundado por una capa de aislamiento, la temperatura se normaliza sobre la parte de la célula separada del sol y el rendimiento de la célula fotovoltaica aumenta en el efecto final. Además la energía térmica se transporta en acumuladores de calor latente interconectados y aquí se vuelve a derivarnuevamente la instalación para la producción de energía eléctrica.

Durante la carga del acumulador de calor latente se obtiene energía eléctrica de la corriente de calor a través de los elementos Peltier previamente conectados mediante el aprovechamiento del efecto Seebeck.

La energía térmica acumulada se transforma en corriente eléctrica con ayuda de los elementos Peltier participantes en los rangos de diferencia de calor aplicados a la corriente de... [Seguir leyendo]

1. Instalación eléctrica con una capa de células solares yuna capa protectora ante condiciones climáticas (1) situada sobre la parte opuesta a la luz del día, donde en la parte posterior de la capa de células solares (3) hay dispuesto un módulo formado por al menos un elemento Peltier (4, 7) y acumulador de calor latente (6, 9) respectivamente subordinado, que están circundados por una capa de aislamiento térmica (5) , y que el módulo se pone en contacto con la capa de células solares (3) mediante una pasta termoconductora.

2. Instalación eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el valor de temperatura latente dentro de la instalación se puede impulsar hacia los puntos de calor latente respectivos prefijados mediante los medios de almacenamiento, de modo que se puede generar y desviaruna cantidad de energía máxima.

3. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-2, caracterizada por el hecho de que el módulo consiste en cascadas de dos o más elementos Peltier y respectivos acumuladores de calor latente subordinados.

4. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-3 caracterizada por el hecho de que el módulo presenta una construcción cerrada o abierta.

5. Instalación eléctrica según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que en la construcción abierta el módulo presenta en el extremo del último acumulador de calor latente otro elemento Peltier terminal (10) .

6. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-5, caracterizada por el hecho de que como elementos Peltier se usan Peltiers de silicio o Peltiers de otrosmateriales semiconductores.

7. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-6, caracterizada por el hecho de que cada uno de los elementos Peltier están conectados con un acumulador de calor latente.

8. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-7, caracterizada por el hecho de que sobre la parte frontal de la célula en vez de una rejilla conductora eléctrica se monta una capa conductora transparente de óxido de titanio u óxido de cinc.

9. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-8, caracterizada por el hecho de que los elementos Peltier se ponen en contacto con los componentes adyacentes mediante una pasta termoconductora u otros compuestos conductores.

10. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-9, caracterizada por el hecho de que como material portador para los acumuladores de calor latente se puede usar yeso, mezclas de cemento o materiales sintéticos, en cuyos planos de reticulación se almacenan los acumuladores de calor latente.

11. Instalación eléctricasegún la reivindicación 1-10, caracterizada por el hecho de que los acumuladores de calor latente están compuestossegún el punto de calor latente necesario por aceites, mezclas de agua y/o sales.

12. Instalación eléctrica según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que el primer acumulador de calor latente con el elemento Peltier conectado está dimensionado de forma diferente respecto al segundo acumulador de calor latente.

13. Instalación eléctrica según la reivindicación 1-12, caracterizada por el hecho de que para los elementos Peltier con los acumuladores de calor latente subordinados se realiza un circuito externo.

14. Instalación eléctricasegún la reivindicación 1-13, caracterizada por el hecho de que como capa de aislamiento se usan espumas de poliuretano, revestimientos de gas inerte o revestimientos de vacío.