Conjunto solar terrestre.Un conjunto de células solares fotovoltaicas concentradoras para su uso terrestre para la generación de energía eléctrica a partir de la radiación solar incluyendo un soporte central que puede girar alrededor de su eje longitudinal central,

una estructura de soporte que es llevada por soporte central y que puede girar con respecto al mismo alrededor de un eje ortogonal al eje longitudinal central, y un conjunto solar montado sobre la estructura de soporte. El conjunto de células solares incluye una pluralidad de lentes concentradoras de Fresnel y células solares de semiconductores compuestos de los grupos III - V multiunión cada una de las cuales produce más de 10 vatios de energía eléctrica CC. Se proporciona un actuador para girar el soporte central y la estructura de soporte de forma que el conjunto de células solares se mantenga sustancialmente ortogonal a los rayos del Sol a medida que el Sol atraviesa el cielo

Conjunto solar terrestre.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere por lo general a un sistema terrestre de energía eléctrica solar para la conversión de la luz solar en energía eléctrica y, de manera más particular, a un conjunto de células solares que usa células solares de semiconductores compuestos III-V para el movimiento unitario para seguir al Sol.

Las células solares de silicio que se encuentran comercialmente disponibles para aplicaciones terrestres de energía solar tienen eficiencias que oscilan desde el 8% al 15%. Las células solares de semiconductores compuestos, basadas en los compuestos III-V tienen una eficiencia del 28% en condiciones operativas normales. Además, es bien conocido que el concentrar la energía solar sobre una célula solar fotovoltaica de semiconductores compuestos de los grupos III-V aumenta la eficiencia de la célula por encima del 37% de la eficiencia bajo concentración.

Los sistemas terrestres de energía solar en la actualidad usan células solares de silicio en vista de su bajo coste y su amplia disponibilidad. Aunque las células solares de semiconductores compuestos de los grupos III-V se han usado ampliamente en aplicaciones de satélite, en las que sus eficiencias de energía respecto a peso son más importantes que las consideraciones de coste por vatio al seleccionar dichos dispositivos, tales células solares no han sido diseñadas aún para una cobertura óptima del espectro solar y aún no han sido configuradas u optimizadas para su uso en sistemas terrestres de seguimiento del Sol, ni han existido sistemas comerciales terrestres de energía eléctrica solar que se hayan configurado y optimizado para utilizar células solares de semiconductores compuestos.

En el diseño de células solares tanto de silicio como de semiconductores compuestos III-V, se coloca un contacto eléctrico típicamente sobre un lado absorbedor de la luz o sobre un lado frontal de la célula solar y se coloca un segundo contacto sobre el lado trasero de la célula. Se dispone un semiconductor fotoactivo sobre un lado del sustrato absorbedor de la luz e incluye una o más uniones p-n que crean un flujo de electrones a medida que se absorbe luz dentro de la célula. Se extienden líneas de rejilla sobre la superficie superior de la célula para capturar este flujo de electrones que se conectan después dentro del contacto frontal o zona de soldadura.

Un aspecto importante del sistema de células solares es la estructura física de las placas de material semiconductor que constituyen la célula solar. Las células solares a menudo se fabrican en estructuras multiunión verticales para utilizar materiales con diferentes bandas prohibidas y convertir tanto espectro solar como sea posible.

Otro aspecto adicional de un sistema de células solares es la especificación del número de celdas usadas para constituir un conjunto y la forma, la relación entre dimensiones y la configuración del conjunto.

Las células solares independientes se disponen de manera típica en conjuntos horizontales con las células solares independientes conectadas juntas en serie eléctricamente. La forma y la estructura de un conjunto así como el número de células que contiene y la secuencia de las conexiones eléctricas entre células se determinan en parte por la tensión y la corriente de salida deseadas del sistema.

Otro aspecto del sistema terrestre de energía eléctrica solar es el uso de concentradores de haces de luz (tales como lentes y espejos) para focalizar los rayos solares entrantes sobre la superficie de una célula solar o una formación de células solares. Dichos sistemas requieren también un mecanismo apropiado de seguimiento del Sol, que permitirá que el plano de las células solares esté de frente de manera continua al Sol a medida que el Sol atraviesa el cielo durante el día, optimizando por lo tanto la cantidad de luz del Sol que incide sobre la célula.

Con anterioridad a la presente invención, no ha existido una combinación óptima de características relacionadas con el diseño de conjuntos, módulos receptores de células solares y características de dispositivo semiconductor adecuadas para aplicaciones terrestres.

Resumen de la invención

La invención está definida en la reivindicación 1. Las reivindicaciones 2-10 definen algunas realizaciones de la invención.

La presente invención proporciona un conjunto de células solares para producir energía a partir del Sol, incluyendo un soporte central que se monta sobre el terreno y que es capaz de girar alrededor de su eje central longitudinal; una estructura de soporte llevada por el soporte central y que puede girar con respecto al mismo alrededor de un eje ortogonal al mencionado eje central longitudinal; un conjunto de células solares, de manera preferible una pluralidad de subconjuntos de células solares montadas en la estructura de soporte; y un actuador para girar el soporte central y la estructura de soporte de manera que el conjunto de células solares se mantenga sustancialmente ortogonal a los rayos provenientes del Sol a medida que el Sol atraviesa el cielo.

De manera preferible, los subconjuntos de células solares incluyen una pluralidad de módulos o submontajes, cada módulo incluyendo una única lente de Fresnel dispuesta sobre una única célula solar para concentrar la luz del Sol entrante sobre la célula solar.

En una realización preferida, el conjunto de células solares comprende la pluralidad de subconjuntos solares dispuestos en una matriz rectangular con diez subconjuntos dispuestos en la dirección X paralela a la superficie del suelo. Cada subconjunto está montado verticalmente sobre el soporte en la dirección Y ortogonal a la dirección X.

De manera ventajosa, el soporte central está constituido por un primer miembro dotado de un medio para montar el soporte central sobre el suelo, y un segundo miembro soportado de manera giratoria por el primer miembro y extendiéndose hacia arriba desde el mismo.

De manera preferible, la estructura de soporte se monta sobre un miembro de cruceta que está montado de una manera que puede girar con respecto al segundo miembro del soporte central alrededor de un eje ortogonal al mencionado eje longitudinal central.

En una realización preferida, la estructura de soporte está constituida por un miembro de estructura generalmente rectangular que está dotado de una pluralidad de puntales de soporte paralelos que son paralelos a los lados más cortos del miembro de estructura rectangular. En este caso, el panel puede comprender de manera adicional brazos de soporte, cada uno de los cuales se extiende entre un respectivo de los mencionados puntales de soporte y el mencionado segundo miembro.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema terrestre de células solares construido de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es una vista en perspectiva del sistema terrestre de células solares de la figura 1 visto desde el lado opuesto del mismo;

La figura 3 es una vista en perspectiva aumentada de una parte de un subconjunto de células solares utilizado en el sistema de la figura 1;

La figura 4 es una vista en planta superior de un único subconjunto de células solares;

La figura 5 es un diagrama que ilustra el trayecto del Sol sobre la Tierra como una función de la elevación y del acimut;

La figura 6 es un gráfico que muestra el uso de terreno para un conjunto de diferentes relaciones entre dimensiones;

La figura 7 y la figura 8 son diagramas que ilustran el espaciado de postes óptimo o las posiciones de celosía para la colocación de los conjuntos sobre un área de terreno; y

La figura 9 es una vista en planta superior de las células solares de acuerdo con la presente invención describiendo un patrón de cuadrícula.

Descripción de la realización preferida

La presente invención se refiere en general a un sistema terrestre de energía eléctrica solar para la conversión de la luz del Sol en energía eléctrica utilizando una pluralidad de conjuntos montados espaciados en una cuadrícula sobre el suelo, al tamaño óptimo y a la relación entre dimensiones del conjunto de células solares montadas para el movimiento unitario sobre...

1. Un sistema de conjuntos de células solares fotovoltaicas concentradoras para producir energía a partir del Sol usando una pluralidad de conjuntos de células solares seguidoras del Sol, comprendiendo cada uno de los conjuntos:

una pluralidad de receptores de células solares compuestas de semiconductores de los grupos III-V de triple unión;

caracterizado porque además comprende:

un soporte central que se puede montar sobre el suelo, y que es capaz de rotar alrededor de su eje longitudinal central;

una estructura de soporte que es soportada por el soporte central de manera que puede girar con respecto a él alrededor de un eje ortogonal al mencionado eje longitudinal central;

un conjunto de células solares para producir más de 18 kW de energía CC con una iluminación al completo incluyendo dicha pluralidad de receptores de células solares compuestas de semiconductores de los grupos III-V de triple unión montados sobre la estructura de soporte; y

un actuador para girar el soporte central y la estructura de soporte de forma que el conjunto de células solares se mantenga sustancialmente ortogonal a los rayos provenientes del Sol a medida que el Sol atraviesa el cielo.

2. Un sistema como el que se reivindica en la reivindicación 1, en el que el conjunto de células solares comprende una pluralidad de submontajes de receptores de células solares, incluyendo cada submontaje una única lente de Fresnel dispuesta sobre una única célula solar para producir una concentración de más de 500X de la luz solar entrante sobre la célula solar y producir más de 10 vatios de potencia CC a una irradiación solar AM1.5 con una eficiencia de conversión superior al 37%.

3. Un sistema como el que se reivindica en la reivindicación 2, en el que el conjunto de células solares comprende una pluralidad de subconjuntos, consistiendo cada subconjunto en la pluralidad de módulos solares dispuestos en una matriz rectangular con trece módulos en la dirección Y ortogonal a la superficie del suelo y diez módulos en la dirección X ortogonal a la dirección Y, estando comprendido cada módulo de veintiséis submontajes de receptor de células solares.

4. Un sistema como se reivindica en la reivindicación 3, en el que el soporte central está constituido por un primer miembro provisto de un medio para montar el soporte central sobre el suelo y un segundo miembro soportado de manera giratoria por el primer miembro y que se extiende hacia arriba desde el primer miembro.

5. Un sistema como se reivindica en la reivindicación 4, en el que la estructura de soporte está montada sobre un miembro de cruceta que está montado de manera que puede girar, con respecto al segundo miembro del soporte central alrededor de un eje ortogonal al mencionado eje longitudinal central.

6. Un sistema como se reivindica en la reivindicación 5, en el que la estructura de soporte está constituida por un miembro de estructura generalmente rectangular que está provisto de una pluralidad de puntales de soporte paralelos que son paralelos a los lados más cortos del miembro de estructura rectangular para soportar una pluralidad de subconjuntos.

7. Un sistema como se reivindica en la reivindicación 6, comprendiendo de manera adicional brazos de soporte, cada uno de los cuales se extiende entre uno de los respectivos puntales de soporte mencionados y el mencionado segundo miembro.

8. Un sistema como se define en la reivindicación 1, en el que una pluralidad de los mencionados soportes centrales están montados sobre el suelo siguiendo un patrón de celosía para optimizar la cantidad de células solares del conjunto en un terreno dado, siendo cada uno de los soportes capaz de girar alrededor de su eje longitudinal central; y el mencionado conjunto de células solares es un rectángulo que tiene una relación entre dimensiones entre 1:3 y 1:5, con el eje longitudinal del conjunto paralelo al suelo.

9. Un sistema como el que se reivindica en la reivindicación 1, en el que el receptor de células solares comprende (i) una célula solar que consiste en una célula en la parte inferior de germanio, una célula en la parte media de arseniuro de galio y una célula en la parte superior de fosfuro de indio-galio; (ii) un diodo de puenteo aislado conectado en paralelo con la célula solar; y (iii) un conector para permitir que los receptores sean conectados unos con otros en un circuito eléctrico.

10. Un sistema como se define en la reivindicación 9, en el que la célula superior de fosfuro de indio-galio tiene una banda prohibida para maximizar la absorción en la región espectral AM1.5, y se proporciona un patrón de rejilla de superficie sobre la célula superior para la conducción de la corriente relativamente alta creada por la célula.