Planta fotovoltaica que comprende medios fotovoltaicos (11) que pueden exponerse a los rayos solares con el fin de recibir la energía de radiación solar relativa y convertir al menos una parte de dicha energía de radiación en energía eléctrica,

y medios para recuperar la energía térmica (15) asociada con dicho medio fotovoltaico (11) con el fin de recuperar al menos una parte de dicha energía de radiación no convertida en energía eléctrica por dicho medio fotovoltaico (11), en el que el medio de interfaz está interpuesto entre dicho medio fotovoltaico (11) y dicho medio de recuperación de energía térmica (15) con el fin de optimizar la conducción de calor entre dicho medio fotovoltaico (11) y dicho medio de recuperación de energía térmica (15), y en el que dicho medio de interfaz comprende al menos una primera capa (19) del material conductor de calor que se caracteriza por tener una composición química con base acrílica

Planta fotovoltaica.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una planta fotovoltaica proporcionada con al menos un panel fotovoltaico para convertir la energía de radiación solar en energía eléctrica y calorífica. En particular, la planta de acuerdo con la presente invención se aplica preferentemente, aunque no exclusivamente, a instalaciones en edificios residenciales o terciarios, o a instalaciones sobre el suelo, con el fin de suministrar energía eléctrica y, además, posiblemente, energía calorífica para la producción de agua caliente, procesar calor y/o para el acondicionamiento térmico de ambientes internos.

Antecedentes de la invención

Se conocen plantas fotovoltaicas, que constan, sustancialmente, de una pluralidad de paneles fotovoltaicos cristalinos (silicio policristalino y monocristalino) o amorfos (silicio amorfo en película fina), capaces de transformar la energía de la radiación solar en energía eléctrica.

Se conocen plantas solares de calentamiento, que constan sustancialmente de una superficie metálica oscura capaces de absorber radiación solar, capaces de transformar la energía de la radiación en energía calorífica transportada por un fluido termovector.

Las plantas fotovoltaicas conocidas proporcionan, por medio de aparatos específicos asociados con ellas, tales como calderas, convectores de calor u otros, para proporcionar energía eléctrica para producir agua caliente y/o integrar el acondicionamiento térmico de los edificios, así como para suministrar energía eléctrica a los diversos usuarios de electricidad en el edificio y las plantas.

Las plantas solares de calentamiento conocidas proporcionan, por medio de aparatos específicos asociados con ellas, tales como calderas, acumuladores, convectores térmicos u otros, para usar la energía térmica generada para la producción de agua caliente y/o integrar el calentamiento y acondicionamiento de los edificios.

Como primera desventaja de las plantas conocidas es que usan la energía solar incidente para la producción directa de únicamente la energía térmica, o sólo la energía eléctrica, sin satisfacer completamente todas las necesidades de energía de un usuario doméstico o terciario.

Los paneles fotovoltaicos conocidos tienen una eficiencia de conversión declarada que varía, hoy, de aproximadamente 5% a aproximadamente 25%, con respecto a la cantidad global de las radiaciones solares recibidas, en función de los materiales y tecnologías presentes en el panel. En realidad, los paneles fotovoltaicos comercialmente disponibles tratan de convertir en energía eléctrica no más del 18% de la energía solar que incide sobre ellos.

Esta eficiencia de los paneles normalmente se detecta en condiciones de transformación estándar (CTE) medida a una temperatura ideal de aproximadamente 25ºC.

No obstante, estos paneles fotovoltaicos en la práctica tiene desventajas debido a las pérdidas de eficiencia durante la transformación de la energía, puesto que, debido a la física de la conversión fotovoltaica, la parte de la radiación solar incidente no transformada en energía eléctrica, que es de aproximadamente 80-90%, produce un incremento de la temperatura en los propios paneles fotovoltaicos, que, de hecho, tienen que funcionar a temperaturas de trabajo reales que varían, de acuerdo con el periodo solar, de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 120ºC.

No obstante, estas temperaturas de trabajo real conllevan pérdidas de potencia nominal, cuantificables en una disminución del rendimiento de entre aproximadamente el 0,30% y aproximadamente el 0,60% por cada grado de desviación con respecto a la temperatura ideal de 25ºC.

Los documentos DE 199 03 650 y US-A- 4186033 divulgan plantas fotovoltaicas que combinan partes solares fotovoltaicas y térmicas.

De hecho, se ha verificado que en el espacio de un año solar, la disminución de la energía producida con respecto a la cantidad máxima producible con referencia a las condiciones de transformación estándar CTE, es de aproximadamente 12-40%.

Un propósito de la presente invención es conseguir una planta fotovoltaica que es capaz de usar de forma eficaz la energía solar incidente sobre sus paneles con el fin de suministrar tanto energía eléctrica como también energía térmica para usos industriales y para acondicionamiento.

Otro propósito de la presente de la presente invención es conseguir una planta fotovoltaica que, en condiciones de trabajo reales, tiene un mejor rendimiento con respecto a las plantas conocidas.

Otro propósito de la presente invención es encontrar una solución tecnológica que es aplicable a todos los módulos fotovoltaicas comerciales, tanto cristalinos como también aquéllos con películas finas en las versiones con CdTe (telururo de cadmio) y CIS (diseleniuro de cobre indio).

Otro propósito de la presente invención es permitir mejorar los módulos fotovoltaicos ya existentes, en términos de rendimiento eléctrico, integrando la función de eliminación de calor o de recuperación de calor y ocupando el mismo espacio dedicados a una planta fotovoltaica tradicional.

El solicitante ha concebido, probado y plasmado la presente invención para superar los inconvenientes del estado de la técnica y obtener estos y otros propósitos y ventajas.

Sumario de la invención

La presente invención se expone y caracteriza en la reivindicación independiente, mientras que las reivindicaciones adjuntas describen otras características de la invención o variantes de la idea principal de la invención.

De acuerdo con el propósito anterior, una planta fotovoltaica de acuerdo con la presente invención comprende medios fotovoltaicos, tales como, por ejemplo, uno o más paneles con células fotovoltaicas, que tienen una superficie externa que puede exponerse a los rayos del sol con el fin de recibir la energía de la radiación solar relativa y de convertir al menos una parte de tal energía en energía eléctrica.

La planta de acuerdo con la presente invención también comprende un medio para recuperar la energía térmica, asociado con dicho medio fotovoltaico, que puede recuperar al menos una parte de la energía de radiación recibida y no convertida por los medios fotovoltaicos en energía eléctrica. Como se conoce, el medio fotovoltaico convierte en energía eléctrica sólo una parte relativamente baja (aproximadamente 10%-20%) de la energía de radiación recibida del sol sobre la superficie externa del panel, mientras que la parte restante conlleva la generación de una determinada cantidad de calor sobre la propia superficie, con un consiguiente sobrecalentamiento del medio fotovoltaico.

De acuerdo con un rasgo característico de la presente invención, se interpone un medio interfaz entre el medio fotovoltaico y el medio de recuperación de energía térmica, con el fin de optimizar la conducción de calor entre el medio fotovoltaico y el medio de recuperación de energía térmica. De forma ventajosa, el medio interfaz comprende al menos una primera capa de material conductor de calor.

El material conductor de calor tiene una composición química con base acrílica y, de forma ventajosa, está cargado con grafito TiO₂, SiC y Al₂O₃ con el fin de presentar buenas características de conducción de calor.

De forma ventajosa, el material conductor de calor es biadhesivo, de forma que se puede adherir tanto al medio fotovoltaico como también al medio de recuperación de energía térmica.

El material conductor de calor debe funcionar como buen aislamiento eléctrico para que pueda ponerse en contacto el medio fotovoltaico con tensiones de trabajo altas e intercambiadores de calor localizados en tensión equipotencial (tierra).

Por tanto, con la presente invención es posible, por un lado, recuperar el calor que se desarrolla sobre la superficie del medio fotovoltaico para suministrar la energía térmica útil para calentar, acondicionar y el uso normal, y, por otro lado, para generar directamente la energía eléctrica transformada por el medio fotovoltaico con una eficiencia de conversión mejor en 0-40%.

De este modo, dada la misma superficie de la planta fotovoltaica, los inventores tienen el suministro simultáneo tanto de energía térmica como de energía eléctrica.

El solicitante ha encontrado que con la presente invención existe un incremento de la eficiencia en la transformación fotovoltaica...

1. Planta fotovoltaica que comprende medios fotovoltaicos (11) que pueden exponerse a los rayos solares con el fin de recibir la energía de radiación solar relativa y convertir al menos una parte de dicha energía de radiación en energía eléctrica, y medios para recuperar la energía térmica (15) asociada con dicho medio fotovoltaico (11) con el fin de recuperar al menos una parte de dicha energía de radiación no convertida en energía eléctrica por dicho medio fotovoltaico (11), en el que el medio de interfaz está interpuesto entre dicho medio fotovoltaico (11) y dicho medio de recuperación de energía térmica (15) con el fin de optimizar la conducción de calor entre dicho medio fotovoltaico (11) y dicho medio de recuperación de energía térmica (15), y en el que dicho medio de interfaz comprende al menos una primera capa (19) del material conductor de calor que se caracteriza por tener una composición química con base acrílica.

2. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 1, caracterizada porque dicho material conductor de calor es biadhesivo.

3. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque dicho material conductor de calor tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 150 micrómetros y aproximadamente 300 micrómetros.

4. Planta fotovoltaica como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho material conductor térmico está cargado con TiO₂, grafito, SiC y Al₂O₃, con el fin de tener buenas características de conducción de calor.

5. Planta fotovoltaica como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho medio fotovoltaico comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (13) ensambladas sobre un panel (11) que tiene una capa formada por cristal solar (14) con una superficie externa (12) que se puede exponer a los rayos solares.

6. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 5, que se caracteriza porque entre dicho cristal solar (14) y dichas células fotovoltaicas (13) se dispone una segunda capa (25) de acetato de etil-vinilo (EVA) y porque sobre la superficie interna de dichas células fotovoltaicas (13) se dispone una tercera capa (26) de acetato de etil-vinilo (EVA).

7. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 6, que se caracteriza porque una cuarta capa (27), formada por una película con base de fluoruro de polivinilo, se dispone sobre una tercera capa (26).

8. Planta fotovoltaica como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho medio de recuperación de energía térmica comprende un intercambiador de calor (15) dispuesto adyacente a dicho medio fotovoltaico (11).

9. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 8, caracterizada porque dicho intercambiador de calor (15) comprende una pluralidad de tubos metálicos (30, 35) que se adhieren a la lámina de metal hecha de aluminio o de acero inoxidable (41) por medio de una resina epoxi conductora de calor (31) y en la que el fluido termovector puede fluir.

10. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 9, caracterizada porque dichos tubos metálicos (30, 35) están fabricados de cobre o de acero inoxidable.

11. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque dichos tubos metálicos (30) tienen una sección transversal oval.

12. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 9, caracterizada porque dichos tubos metálicos (35) tienen una sección transversal circular y están acomodados en una estructura (36), fabricada con aluminio o acero inoxidable, que determina la conducción de calor con la superficie externa del tubo metálico correspondiente (35) a través de una resina epoxi conductora de calor localizada en los intersticios.

13. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 8, caracterizada porque dicho intercambiador de calor (15) está fabricado completamente con material polimérico moldeado, hecho conductor, en el que se fabrican tuberías (40), en las que el fluido termovector puede fluir.

14. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 8, caracterizada porque la parte inferior de dicho intercambiador de calor (15) está fabricada con material polimérico moldeado, hecho conductor, en el que se fabrican las tuberías (40), en las que el fluido fabricado puede fluir, y la parte superior está fabricada con una lámina metálica (41) pegada a dicha parte inferior.

15. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque dicho material polimérico está fabricado de grafito, fibras de carbono, TiO₂, Al₂O₃, SiC.

16. Planta fotovoltaica como en la reivindicación 14, caracterizada porque dicha lámina metálica (41) está fabricada de aluminio o de acero inoxidable.

17. Planta fotovoltaica como en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 16, caracterizada porque dicho intercambiador de calor (15) comprende una tubería de entrada (20) a través de la cual se introduce un fluido termovector, y una tubería de salida (21) a través de la cual dicho fluido termovector sale tras haber efectuado un intercambio de calor con dicho medio fotovoltaico (11).