PLACA SOLAR TERMOELECTRICA.
Placa solar termoeléctrica del tipo de las utilizadas para la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar,
caracterizada porque comprende en su parte anterior una placa colectora de la energía solar, en su parte intermedia una pluralidad de módulos generadores termoeléctricos de tipo Seebeck, y en su parte posterior un elemento refrigerador, estando todo ello relacionado entre sí por presión mediante los oportunos medios mecánicos de fijación.
Esta invención que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los dispositivos equivalentes disponibles en la actualidad siendo la más importante que la superficie colectora o cara vista de la placa, puede ser de prácticamente cualquier material arquitectónico, pudiendo integrarse directamente en la estructura de un edificio, tanto en cubiertas como en fachadas
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200800194.
Solicitante: CERON PARISI,XAVIER
ABAL CIORDIA,ANGEL MARIA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: GUIPÚZCOA.
Inventor/es: CERON PARISI,XAVIER, ABAL CIORDIA,ANGEL MARIA.
Fecha de Solicitud: 25 de Enero de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 4 de Marzo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/058B
- H01L35/28 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 35/00 Dispositivos termoeléctricos que tienen una unión de materiales diferentes, es decir, que presentan el efecto Seebeck o el efecto Peltier, con o sin otros efectos termoeléctricos o termomagnéticos; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o al tratamiento de estos dispositivos de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › funcionando exclusivamente por efecto Peltier o efecto Seebeck.
Clasificación PCT:
- H01L31/058
- H01L35/28 H01L 35/00 […] › funcionando exclusivamente por efecto Peltier o efecto Seebeck.
Fragmento de la descripción:
Placa solar termoeléctrica.
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un placa solar termoeléctrica del tipo de las utilizadas para la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar, caracterizada porque comprende en su parte anterior una placa colectora de la energía solar, en su parte intermedia una pluralidad de módulos generadores termoeléctricos de tipo Seebeck, y en su parte posterior un elemento refrigerador, estando todo ello relacionado entre sí por presión mediante los oportunos medios mecánicos de fijación.
El efecto de la generación de energía eléctrica en un termopar metálico sometido a una diferencia de temperatura en sus uniones, también conocido como efecto Seebeck, fue descubierto por Thomas Johann Seebeck ya en el siglo XIX. La fórmula que caracteriza este efecto es
donde:
V = Voltaje (en Voltios, V)
a = Coeficiente de Seebeck, característico de cada termopar (v/ºK)
Tc = Temperatura de la unión caliente (grados Kelvin, ºK)
Tf = Temperatura de la unión fría (grados Kelvin, ºK)
Los coeficientes de Seebeck de los termopares metálicos son muy discretos y producen voltajes bajos que limitan su utilización como generadores eléctricos a la existencia de grandes saltos térmicos, del orden de centenares de grados, por lo que tradicionalmente se han utilizado únicamente en aquellos casos en los que existe abundancia de energía calorífica, como por ejemplo pilas nucleares en el caso de las sondas espaciales, quemadores en gaseoductos y oleoductos, gases de escape de maquinaria pesada, etc., o bien en situaciones muy particulares de escasa accesibilidad, como por ejemplo en el espacio profundo o en estaciones remotas o aisladas.
En el campo de las energías renovables, la limitada cantidad de energía eléctrica que se podía obtener ha hecho que se descarte comercialmente la utilización de generadores eléctricos basados en el efecto Seebeck, en beneficio de generadores fotovoltaicos y aerogeneradores, ampliamente conocidos y utilizados en la actualidad.
El desarrollo de los materiales semiconductores ha permitido la fabricación de módulos compactos que agrupan en pequeñas superficies multitud de termopares, cada uno de ellos con un coeficiente de Seebeck notablemente superior al de los metálicos. Estos módulos son capaces de alcanzar voltajes y potencias eléctricas apreciables incluso a diferencia de temperaturas moderadas, del orden de decenas de grados, como las que se obtienen en las superficies expuestas a la radiación solar, lo que permite su utilización como generadores viables.
Los módulos Seebeck aptos para producir energía eléctrica basándose en este efecto son conocidos también como generadores termoeléctricos o termoeléctricos, TEGs, o termopilas.
En la actualidad, los dispositivos conocidos y utilizados para aprovechar la radiación solar en la producción de energía más habituales a nivel doméstico son principalmente de dos tipos:
1.- Paneles fotovoltaicos: Paneles, por lo general de células de silicio, sensibles a la luz del sol y capaces de producir del orden de 100 watios por metro cuadrado. Su utilización es muy común, en buena medida gracias a su relativo abaratamiento, sobre todo en ubicaciones alejadas de la red eléctrica y también en edificios que disponen de una superficie apta suficientemente amplia (viviendas unifamiliares, edificios públicos,...), ya que son difícilmente integrables en la estructura arquitectónica. Se utilizan también en los llamados "huertos solares", instalaciones industriales de generación de energía. Presentan los siguientes problemas e inconvenientes:
- La propia estructura de los paneles, en los que la superficie fotosensible de silicio tiene que estar expuesta a la luz solar, hace que sean frágiles y requieran de un mantenimiento y limpieza periódicos.
- Baja integrabilidad arquitectónica.
- El rendimiento eléctrico del panel fotovoltaico decrece con el aumento de temperatura del mismo. Conforme la radiación solar calienta la superficie fotosensible, la corriente eléctrica decrece.
- La competencia por el silicio con la industria informática hace temer una escasez en la oferta de este material y un eventual encarecimiento de los paneles.
- Únicamente generan energía eléctrica.
2.- Colectores solares: Son paneles diseñados para aprovechar la radiación solar para calentar fluidos, generalmente agua caliente de uso sanitario (ACS) o, en menor medida, para uso industrial. También su uso se ha generalizado particularmente para la obtención de ACS. Tiene como principales inconvenientes:
- Como los paneles fotovoltaicos, también tienen el problema de la fragilidad, el mantenimiento y la baja integrabilidad arquitectónica.
- No producen electricidad.
Se ha intentado buscar otras soluciones. Por ejemplo las patentes ES 542450 "Un generador termoeléctrico con factor de potencia mejorado", ES 432173 "Un dispositivo generador eléctrico perfeccionado junto con un convertidor termoeléctrico y una fuente primaria para el mismo" y US 581506 "Un aparato generador termoeléctrico" describen dispositivos basados en el efecto Seebeck para lograr la generación de electricidad a partir del calor, pero presentan el problema, tal y como se ha descrito anteriormente, de necesitar un elevado gradiente de temperatura, por lo que únicamente son utilizables para obtener electricidad a partir de un regulador nuclear.
También son conocidas otro tipo de realizaciones basadas en el efecto Seebeck. Por ejemplo el Modelo de Utilidad 200501577 "Dispositivo de iluminación con recuperación de energía" presenta un dispositivo para la generación de electricidad a partir del calor generado por un dispositivo de iluminación a LED, aunque presenta el inconveniente de no ser directamente aplicable a la generación a partir de energía solar.
También son conocidas realizaciones como la descrita en el Modelo de Utilidad 230226 "Dispositivo generador de frío", que emplean el mismo principio para el efecto inverso, obteniendo frío a partir de electricidad.
Para solventar la problemática existente en la actualidad en cuanto al problema de la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar se ha ideado la placa solar termoeléctrica objeto de la presente invención, la cual comprende en su parte superior una placa colectora de la energía solar, en su parte intermedia una pluralidad de módulos generadores termoeléctricos de tipo Seebeck, y en su parte inferior un elemento refrigerador, estando todo ello relacionado entre sí por presión mediante los oportunos medios mecánicos de fijación.
La placa colectora de energía solar se puede realizar utilizando cualquiera de los materiales comunes en acabados arquitectónicos, como por ejemplo metal, cemento, hormigón, ladrillo, porcelana, cerámica, o plásticos, lo cual le permite integrarse directamente en la estructura de un edificio, tanto en cubiertas como en fachadas. Esta placa colectora de energía solar incrementa su temperatura mediante la absorción de la radiación solar, transmitiendo ese calor a los módulos generadores termoeléctricos Seebeck que están en contacto directo o por medio de material termoconductor con la placa colectora por su cara caliente.
En caso de que sean más de un módulo, estos están conectados eléctricamente entre ellos en serie, en paralelo o en la combinación serie/paralelo más oportuna al objeto de obtener una corriente eléctrica de características adecuadas.
La cara fría de los módulos generadores termoeléctricos Seebeck se encuentra en contacto directo o mediante material termoconductor con el elemento refrigerador, el cual puede estar constituido por un radiador de calor directamente "al aire" (con aletas u otro diseño difusor de calor) o bien de forma alternativa por unas conducciones apropiadas, a través de las cuales circula un fluido refrigerador, que propicia la utilización del calor retirado de la placa termoeléctrica para otros usos, como por ejemplo agua caliente sanitaria.
Para provocar el efecto invernadero y potenciar el aumento de temperatura, la placa colectora puede estar dotada...
Reivindicaciones:
1. Placa solar termoeléctrica del tipo de las utilizadas para la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar, caracterizada porque comprende en su parte anterior una placa colectora (1) de la energía solar, en su parte intermedia una pluralidad de generadores termoeléctricos (2) de tipo Seebeck, y en su parte posterior un elemento refrigerador (3,4), estando todo ello relacionado entre sí por presión mediante los oportunos medios mecánicos de fijación (5).
2. Placa solar termoeléctrica, según la anterior reivindicación, caracterizada porque el espacio entre la placa colectora (1) y el difusor (3,4) que no queda ocupado por los generadores termoeléctricos (2) de tipo Seebeck está relleno de material termoaislante (6).
3. Placa solar termoeléctrica, según las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque la placa colectora (1) de energía solar es una superficie plana.
4. Placa solar termoeléctrica, según las anteriores reivindicaciones 1 a la 2, caracterizada porque la placa colectora (1) de energía solar adopta una forma inclinada en un oportuno ángulo (8) calculado en función de la orientación de la placa y/o latitud.
5. Placa solar termoeléctrica, según las anteriores reivindicaciones 1 a la 2, caracterizada porque la placa colectora (1) de energía solar adopta una forma escalonada en un oportuno ángulo (8) calculado en función de la orientación de la placa y/o latitud.
6. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque entre la placa colectora (1) de energía solar y los generadores termoeléctricos (2) de tipo Seebeck se intercala una lámina de material termoconductor intermedio.
7. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los módulos semiconductores (2) están conectados eléctricamente entre ellos en serie, en paralelo o en la combinación serie/paralelo más oportuna al objeto de obtener una corriente eléctrica de características adecuadas, que se entrega mediante los oportunos cables de conexión a un circuito externo.
8. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque entre la cara fría de los generadores termoeléctricos (2) de tipo Seebeck y el elemento refrigerador (3,4) se intercala una lámina de material termoconductor intermedio.
9. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el elemento refrigerador está constituido por un radiador (3) de calor directamente al aire, del tipo de aletas u otro diseño difusor de calor equivalente.
10. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 8, caracterizada porque el elemento refrigerador está constituido por unas conducciones (4) a través de las cuales circula un fluido (9) refrigerador.
11. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 8 y 10, caracterizada porque el caudal de fluido (9) refrigerador por las conducciones (4) es variable mediante un grifo o válvula reguladora.
12. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque la placa colectora (1) está dotada de una cubierta traslucida (10) a la radiación solar y termoaislante, fijada mediante los oportunos perfiles de sujeción (11).
13. Placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los medios mecánicos de fijación (5) son cualesquiera de los elementos mecánicos convencionalmente utilizados que aseguren la ruptura del efecto puente térmico y que la transferencia de calor entre ambas superficies se realiza exclusivamente a través los módulos Seebeck.
14. Uso de una placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, como parte integrante, y utilizando sus mismos materiales, de la estructura de un edificio, tanto en cubiertas como en fachadas.
15. Uso de una placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 8, 10, 11, y 13, para la obtención de agua caliente para calefacción.
16. Uso de una placa solar termoeléctrica, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 a la 8, 10, 11, y 13, para la obtención de agua caliente sanitaria de temperatura variable.
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