1. Concentrador lineal de radiación luminosa, que incorporando fragmentos extendidos de prismas de una lente de Fresnel lineal de forma triangular en la sección transversal y acoplados entre sí,

se caracteriza porque los ángulos de las puntas y bases (4) de las superficies de prismas acopladas son de 90° a l0°.

2. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador está realizado con una silicona transparente a la radiación solar (1) y porque la silicona presenta un coeficiente de refracción k = 1,42 tras la polimerización.

3. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador está incorporado en un módulo de concentración que presenta dos campos receptores de luz en posición paralela, porque en los campos receptores se encuentran conectadas cadenas de células solares de silicio, porque cada cadena de células tiene una longitud de 500 mm y una anchura de 10 mm, porque la distancia entre las líneas medias de los campos receptores de luz (L) es de 100 mm y porque la distancia (H) desde el plano del concentrador hasta el plano del campo receptor es de 100 mm.

4. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 3, caracterizado porque para el cálculo del concentrador se adopta una altura de las contrasuperficies acopladas del relieve como valor constante h = 1.

5. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el grado de transparencia del concentrador se encuentra en un rango de onda de 0,3-1,2 {mi}m y es al menos del 96 %.

6. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las lentes de Fresnel se aplican sobre una placa de vidrio (5) tratada previamente con una capa adhesiva.

7. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la potencia (P) de un módulo es de aproximadamente 0,13 Wt/cm{sup,2} y supera en aproximadamente un 8-12 % al valor obtenido mediante el uso de un concentrador convencional con lentes de Fresnel lineales de ángulos agudos en forma triangular.

8. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la cantidad calculada de superficies de concentración y los ángulos f de las superficies refractivas con los parámetros L, H y h predeterminados presentan, a partir de la línea media del concentrador, valores ascendentes de 99,35° a 126,61º con 14 superficies, y los valores a ambos lados del concentrador muestran una simetría especular

Concentrador lineal de radiación luminosa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un concentrador lineal de radiación luminosa, de especial aplicación en el ámbito de la radiación solar.

La invención es aplicable en el sector de la energía solar, especialmente en el desarrollo de módulos fotovoltaicos con reflectores de la luz (concentradores de radiación solar). Puede ser utilizada en aquellas instalaciones terrestres de energía solar que son aptas para sistemas autónomos de suministro y alimentación interna en distintas zonas climáticas.

Antecedentes de la invención

Se ha demostrado que el uso de colectores de radiación luminosa permite no sólo aumentar la eficiencia energética de los módulos fotovoltaicos, sino también mejorar sus indicadores energéticos y económicos. (Sin embargo, para que esto sea posible es necesario que las características eléctricas de las células solares se ajusten a las características del sistema óptico). Esta mejora puede conseguirse reduciendo el uso de los costosos materiales semiconductores [1].

Para ello, es necesario optimizar la eficiencia en la disposición óptica del concentrador. La construcción de estas instalaciones debe garantizar su buen funcionamiento a largo plazo bajo condiciones terrestres reales y con el menor precio posible de la potencia eléctrica generada. Además, el precio de fabricación de cada componente del módulo y del módulo completo debe ser proporcionado al objetivo comercial y económico final. Esto significa que es necesario optimizar el método de producción y minimizar los costes en todo el proceso de fabricación de los componentes del módulo fotovoltaico, así como en su ensamblaje.

A través de la Patente US 6.528.716 se conoce un concentrador lineal de radiación luminosa que presenta un sistema periódico de los reflectores lineales, con células solares dispuestas en línea en la zona intermedia.

Los reflectores están realizados como espejos lineales con una anchura predeterminada. Se encuentran dispuestos con un determinado ángulo de apertura respecto a la radiación solar incidente en el concentrador. El flujo luminoso reflejado por los reflectores se concentra en la superficie de las células solares. El problema de este sistema es el muy bajo valor K_c (factor de concentración del flujo de emisión de luz en la superficie de las células solares). En este caso, el valor K_c puede ser, como máximo, de 2,5.

Este problema se resuelve mediante un concentrador de radiación luminosa como el que muestra la Patente US 4.022.186. Este concentrador de radiación luminosa concentra la radiación dentro de un campo que se extiende en una sola dirección. La distancia de este campo respecto a la lente de Fresnel principal y dos sistemas ópticos laterales de concentración de luz equivale a la distancia focal.

La lente de Fresnel principal y las paredes laterales de los módulos representan fragmentos extendidos de prismas acoplados entre sí (hasta 80 unidades). En la sección transversal, los prismas presentan una forma triangular. La luz incide en las paredes laterales de los prismas, se refracta en sus superficies y se dirige al campo receptor de luz o campo de trabajo del concentrador. De este modo, aumenta la intensidad luminosa total del campo. El módulo en cuestión presenta una gran superficie colectora de luz y, en consecuencia, convierte más energía solar conduciéndola al campo receptor. Sin embargo, el problema de este sistema radica en una complicada y costosa fabricación de los elementos prismáticos, tanto en lo que respecta a la lente de Fresnel como a las paredes laterales refractivas de los módulos.

Desde el punto de vista del procedimiento, resulta difícil fabricar una gran cantidad de prismas triangulares extendidos, con superficies en ángulos agudos (<90º) dispuestas de forma oblicua: Siempre hay un radio de redondeo de la superficie, cuya magnitud depende del ángulo de las aristas. Cuanto más agudo es el ángulo de las aristas, mayor es el radio de redondeo de la superficie. En consecuencia, la eficiencia del sistema de concentración de luz disminuye a causa de una dispersión adicional en las partes redondeadas.

El estado de la técnica más próximo a la invención es, por su naturaleza técnica y el resultado alcanzado, un concentrador lineal de radiación luminosa en forma de una lente de Fresnel convexa lineal, en cuyo foco se encuentra un receptor del flujo luminoso, como el que muestra la Patente US 5.344.497.

Este sistema óptico de concentración de luz permite garantizar un alto grado de concentración del flujo de luz solar en un determinado objeto. Para ello es necesario que exista una alta calidad en la fabricación de las lentes de Fresnel. La alta calidad de fabricación depende, sobre todo, de trabajar con una gran precisión al realizar las superficies de refracción de las lentes de Fresnel. Cuanto más agudos son los ángulos de las superficies de la lente, más difícil resulta respetar en el proceso de fabricación el radio de redondeo mínimo requerido para las aristas de los prismas. Dado que en esta versión de la lente de Fresnel los ángulos de los prismas siempre son agudos (<45º), la parte redondeada de las superficies representa una parte esencial en la superficie total de la lente. Esto se observa en una pérdida de eficiencia del sistema óptico en cuanto a la capacidad de concentración.

El problema del concentrador descrito radica en que es imposible garantizar un alto grado de concentración de la radiación solar debido a la baja eficiencia de la lente de Fresnel.

Descripción de la invención

El objetivo de la invención es mejorar las propiedades ópticas del concentrador lineal de radiación luminosa.

El concentrador lineal de radiación luminosa representa fragmentos extendidos de prismas de una lente de Fresnel lineal. Los prismas tienen forma triangular en la sección transversal y están acoplados entre sí, y los ángulos de las puntas y bases de las respectivas superficies acopladas son de 90º a 180º.

Este concentrador lineal de radiación luminosa asegura una alta efectividad de la recolección de luz en los campos de trabajo. Ello ocurre porque, en los ángulos de las puntas y bases de las superficies acopladas pertenecientes a los prismas refractivos, los radios de redondeo son muy inferiores a los de un concentrador con prismas de ángulos agudos.

En este caso, una radiación luminosa concentrada se proyecta en al menos dos focos, que se encuentran dispuestos simétricamente con respecto al plano longitudinal del concentrador.

La invención se explica en detalle mediante un ejemplo de realización representado en los diagramas.

Descripción de los dibujos

El objeto de la invención se desarrolla, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica, en base a las siguientes figuras:

La figura 1.- Representa esquemáticamente la formación de irregularidades del sistema óptico, cuando la lente de Fresnel normal se confecciona con fragmentos ópticos de forma triangular en la sección transversal, correspondiendo la figura 1a de dicha figura, a la conformación del concentrador en forma de lentes de Fresnel lineales de ángulos agudos acopladas entre si, y la figura 1b a la conformación del concentrador en forma de lentes de Fresnel lineales de ángulos ópticos acopladas entre si.

La figura 2.- Representa la conformación del nuevo concentrador.

Realización preferente de la invención

En la figura 1 se utilizan las siguientes referencias numéricas:

1. Concentrador lineal de radiación luminosa, que incorporando fragmentos extendidos de prismas de una lente de Fresnel lineal de forma triangular en la sección transversal y acoplados entre sí, se caracteriza porque los ángulos de las puntas y bases (4) de las superficies de prismas acopladas son de 90º a 180º.

2. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador está realizado con una silicona transparente a la radiación solar (1) y porque la silicona presenta un coeficiente de refracción k = 1,42 tras la polimerización.

3. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrador está incorporado en un módulo de concentración que presenta dos campos receptores de luz en posición paralela, porque en los campos receptores se encuentran conectadas cadenas de células solares de silicio, porque cada cadena de células tiene una longitud de 500 mm y una anchura de 10 mm, porque la distancia entre las líneas medias de los campos receptores de luz (L) es de 100 mm y porque la distancia (H) desde el plano del concentrador hasta el plano del campo receptor es de 100 mm.

4. Concentrador lineal de radiación luminosa según la reivindicación 3, caracterizado porque para el cálculo del concentrador se adopta una altura de las contrasuperficies acopladas del relieve como valor constante h = 1.

5. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el grado de transparencia del concentrador se encuentra en un rango de onda de 0,3-1,2 µm y es al menos del 96%.

6. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las lentes de Fresnel se aplican sobre una placa de vidrio (5) tratada previamente con una capa adhesiva.

7. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la potencia (P) de un módulo es de aproximadamente 0,13 Wt/cm² y supera en aproximadamente un 8-12% al valor obtenido mediante el uso de un concentrador convencional con lentes de Fresnel lineales de ángulos agudos en forma triangular.

8. Concentrador lineal de radiación luminosa según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la cantidad calculada de superficies de concentración y los ángulos f de las superficies refractivas con los parámetros L, H y h predeterminados presentan, a partir de la línea media del concentrador, valores ascendentes de 99,35º a 126,61º con 14 superficies, y los valores a ambos lados del concentrador muestran una simetría especular.