Planta de baja concentración solar y método para maximizar la producción de energía eléctrica de sus módulos fotovoltaicos,

que emplea una combinación de las tecnologías de seguimiento y baja concentración solar para la maximización de la producción de energía eléctrica de los módulos fotovoltaicos convencionales, usándose como sistema de protección de los mismos cualquier procedimiento que esté encaminado a proteger los módulos fotovoltaicos de los daños que puedan sufrir cuando estén sometidos a eventuales radiaciones solares de muy elevada intensidad. Preferentemente, para evitar estos posibles daños, la invención propone un sistema de medida y/o control de la temperatura que asista a un mecanismo de desenfoque de los módulos fotovoltaicos cuando dicha radiación alcance un nivel previamente determinado. Aplicable, todo ello, a la producción de energía eléctrica de carácter fotovoltaico y de origen solar

Planta de baja concentración solar y método para maximizar la producción de energía eléctrica de sus módulos fotovoltaicos.

Objeto y campo de la invención

La invención que se describe y reivindica a continuación se basa en el uso combinado de sistemas de baja concentración y sistemas de seguimiento solar según dos ejes. El objetivo final que se persigue es el de maximizar la energía eléctrica producida por módulos fotovoltaicos, consiguiéndose por este método combinado un coste más competitivo de la energía eléctrica generada.

Antecedentes de la invención

La demanda energética crece rápidamente y los precios de los combustibles fósiles también lo hacen; además, no parece que esta situación sea reversible, sino que por el contrario irá a peor, dado que las reservas de tales combustibles cada vez son más escasas. Es en este marco donde está la gran oportunidad para las energías renovables como fuente de energía limpia e inagotable.

Desde hace cinco años, la industria de producción de energía de origen fotovoltaico ha crecido con una tasa cercana al 40%. Este crecimiento, particularmente sugestivo, ha atraído a muy diferentes sectores industriales, que se han dedicado decididamente a explorar las posibilidades de negocio que pueda ofrecer este interesante campo tecnológico.

En el año 2006 continuó este espectacular crecimiento, aportando al mercado unos 2.400 MW. Según algunos analistas, este crecimiento se mantendrá en los próximos años, con lo que el sector de la energía fotovoltaica podría contar con una capacidad de producción de 10 GW en el año 2010 (lo que supondría unas cifras de negocio en torno a 72 billones de dólares).

Datos del año 2005 constataban que el mercado fotovoltaico mundial creció en ese año más de un 45%, alcanzando una producción de 1.759 MW. Las estimaciones de 2006 situaban esta cifra en 2.400 MW, lo que indica que el sector sigue su espectacular ritmo de crecimiento.

En el año 2005, al igual que en años anteriores, el mercado con más crecimiento fue el alemán, con 603 MW, seguido del japonés, con 291 MW, y del estadounidense, con 108 MW. A este respecto, España se situó como el segundo país europeo, después de Alemania, en instalaciones fotovoltaicas.

En lo relativo a fabricación de células y módulos fotovoltaicos, Europa experimentó un crecimiento del 50%, alcanzándose una producción para 470 MW. Sin embargo, y a pesar de este hecho, el gran crecimiento del mercado alemán ha hecho que Europa siga siendo un importador neto de células y módulos. No obstante, esta situación puede cambiar en un futuro próximo.

Uno de los principales problemas que ha condicionado el sector en los últimos años ha sido la escasez de silicio, y consecuentemente el encarecimiento de las obleas de este material. Esto ha llevado a las empresas fabricantes de células y módulos a firmar contratos a muy largo plazo. De este modo, los fabricantes de módulos buscan asegurarse el suministro de cara a los próximos años.

Asimismo, como consecuencia de esta escasez de silicio, han aparecido en el mercado empresas fabricantes de células basadas en el empleo de láminas delgadas, y otras que han desarrollado productos de concentración solar, introduciéndose poco a poco en el mercado, y haciendo que las empresas que tradicionalmente habían trabajado con tecnologías basadas en silicio diversifiquen sus desarrollos.

La situación actual de la comercialización de concentradores fotovoltaicos se desenvuelve tras esperanzas y expectativas. Hay un gran número de tecnologías diferentes, que intentan obtener adecuadas soluciones técnicas y económicas. Se ha llevado a cabo programas de I + D, para concentradores fotovoltaicos, durante décadas. Ya, en las de los años setenta y ochenta varios sistemas de concentración fotovoltaica habían sido desarrollados. Estos desarrollos han continuado hasta hoy con células mejoradas, con altos ratios de concentración, usando a tal interesante efecto una gran variedad de soluciones técnicas.

Desde los estudios pioneros de Hollands y Stacey, numerosos trabajos han sido publicados acerca de sistemas fotovoltaicos operando con concentradores V-Through, siendo de especial relevancia el realizado por Fraindenraich. No obstante, ninguna de éstas ha alcanzado aún niveles de comercialización importantes ni el aumento en más del 100% de la producción eléctrica anual, tal y como se plantea en la presente invención, ello motivado en parte, por el riesgo que supone el aumento de temperatura en una célula de silicio convencional.

Descripción de la invención

Los dispositivos fotovoltaicos se basan en la producción de electricidad a partir del recurso solar. Éste es variable y depende de multitud de parámetros, tales como la situación geográfica, el día y la hora, las condiciones atmosféricas, etc. La producción energética de los módulos fotovoltaicos depende directamente de las características de este recurso, pero también depende de la forma en la que se haga uso de él.

Para maximizar la producción eléctrica anual de los módulos fotovoltaicos será necesario maximizar la cantidad de radiación solar que reciban en cada momento.

Para ello, en la presente invención, se han adoptado las siguientes medidas:

a) Se han añadido espejos adyacentes para incrementar la radiación solar recibida por los módulos fotovoltaicos, lo que permite aumentar aún más la producción energética anual. La tecnología de concentración que se ha usado es la tecnología V-Through, que permite concentraciones geométricas entre 1 y 3x (definiéndose x como el número equivalente de soles que reciben los módulos fotovoltaicos. Es decir, suponiendo que un módulo plano convencional expuesto a la radicación solar recibe un sol, una concentración de 3x equivale a decir que el módulo recibe una radiación solar 3 veces mayor ó equivalentemente 3 soles). Esto implica un aumento de la producción de módulos convencionales de más del 50%.

b) Se ha provisto a los módulos fotovoltaicos de un sistema de seguimiento solar según dos ejes. De esta manera, se puede aumentar la energía producida anualmente hasta en un 42% en función de la localización geográfica.

Uniendo ambas mejoras es posible incrementar la energía eléctrica producida anualmente en más de un 100%.

c) Se ha dotado a los módulos fotovoltaicos, para evitar que sufran daños debido a un aumento excesivo de temperatura en las horas de máxima radiación solar, de un sensor de temperatura, que actúa sobre el sistema de seguimiento, llevando a éste a una posición de "no seguimiento solar o desenfoque", en caso de que sea alcanzada una cierta elevada temperatura previamente establecida.

La tecnología de concentración solar V-Through ha sido ampliamente analizada en los últimos años. No obstante, no se había planteado hasta la fecha su uso conjunto con el seguimiento solar según dos ejes debido, principalmente, por dos motivos:

Resulta necesario destacar en este punto el alto grado de importancia que alcanza en dicho planteamiento el sistema de desenfoque por temperatura. No se podría hablar de tecnología V-Through, con seguimiento según dos ejes, haciendo uso de módulos convencionales de silicio, sin un sistema de desenfoque que proteja al módulo frente a subidas extremas de temperatura.

La concentración fotovoltaica consiste en sustituir parte de las células solares (elemento más costoso de los sistemas fotovoltaicos) por sistemas ópticos (llamados concentradores), que dirijan la luz sobre células de un menor tamaño. Los sistemas de concentración fotovoltaica hacen uso, para ello, de un elemento óptico, como una lente...

1. Planta de baja concentración solar para maximizar la producción de energía eléctrica de sus módulos fotovoltaicos caracterizado por el uso combinado de tres elementos: espejos adyacentes en el concentrador solar, seguidor solar en dos ejes y sistema de protección de los módulos fotovoltaicos ante los daños que puedan sufrir cuando alcancen temperaturas extremas.

2. Planta de baja concentración solar para maximizar la producción de energía eléctrica de sus módulos fotovoltaicos según reivindicación 1 caracterizado porque el sistema de protección de los módulos fotovoltaicos consiste en un sistema de desenfoque del seguidor solar que cuenta con un elemento de monitorización de la temperatura el cual realiza las mediciones directamente sobre la superficie del módulo fotovoltaico.

3. Método para maximizar la producción de energía eléctrica de los módulos fotovoltaicos de una planta de baja concentración solar como la descrita en las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el sistema de protección de los módulos fotovoltaicos realiza las siguientes operaciones: