Deshumidificador de módulos fotovoltaicos de una serie de módulos de concentración fotovoltaica formado por una vía común de entrada y salida de aire que comunica todos los módulos y que atraviesa un lecho de material absorbente de humedad,

con una resistencia eléctrica regulable instalada en su interior. El circuito se completa con una electroválvula (13), un flujostato (19), una válvula antirretorno (12), un presostato (16) y un relé temporizador (20). El proceso se basa en las diferencias de presión existentes en el interior de los módulos fotovoltaicos a lo largo del día y consta de dos etapas: el secado del aire al pasar por el lecho de material absorbente antes de que se introduzca en los módulos fotovoltaicos y la regeneración del sistema de secado, que puede realizarse de forma automática o de forma manual conectando un compresor o ventilador

Deshumidificador de módulos fotovoltaicos.

Sector técnico de la invención

La presente invención describe un sistema que permite mantener el nivel de humedad en el interior de un módulo de concentración fotovoltaica por debajo de unos límites admisibles.

Antecedentes de la invención

El principio de funcionamiento de la tecnología de concentración fotovoltaica (CPV) consiste en concentrar altos niveles de radiación solar sobre un receptor de un tamaño reducido. Empleando un sistema óptico de mucho menor coste que el del propio material fotosensible, se convierte en una de las principales tecnologías fotovoltaicas para disminuir el coste total de la energía generada.

La mayor parte de los módulos concentradores fotovoltaicos (CPV) en el mercado se basan en una matriz de pequeños concentradores de foco puntual. Consisten en estructuras de tipo cerrado que cuentan en su superficie externa frontal con una serie de lentes. Estas lentes focalizan la luz solar sobre los elementos activos o células. Junto a las células se sitúan componentes de adaptación electrónica: diodos de protección y cableado. El espacio situado entre estos componentes y las lentes está relleno de aire.

Los elementos electrónicos citados son muy sensibles a la humedad y la exposición a ella de forma prolongada podría producir una degradación acelerada, que puede limitar su tiempo de vida. Aunque estos elementos suelen recubrirse con materiales encapsulantes, es muy importante que el recipiente mantenga niveles de humedad bajos.

Podría pensarse en una solución basada en el cierre estanco del módulo, de forma que se impidiera la entrada de aire procedente del exterior, no obstante este planteamiento podría presentar ciertos problemas, ya que las variaciones de temperatura y presión ambiental inducirían tensiones que podrían llegar a dañar el módulo. Es necesario por tanto dotar al sistema de una vía de salida que permita el paso de aire al exterior cuando exista una sobrepresión y la entrada del mismo en el proceso contrario, es decir, cuando la presión interior disminuya. Concretamente, este segundo caso provocaría la entrada de aire húmedo en el interior.

Los módulos existentes en el mercado no han resuelto de forma satisfactoria este inconveniente y el hecho de que penetre humedad genera dos problemas principales: el proceso de degradación progresivo, principalmente por oxidación, debido a la humedad tanto de la célula como de los demás elementos y la condensación del vapor, pues la humedad relativa, presión y temperatura existentes dentro del módulo pueden llegar a provocar que se condense agua en la superficie de las lentes impidiendo el paso de la luz y disminuyendo drásticamente el rendimiento del sistema.

Para resolver este problema se encuentran muchas soluciones en el estado de la técnica, aunque pocas de ellas aplicadas a módulos de concentración fotovoltaica. Estas soluciones están basadas principalmente en el secado interior del módulo mediante inyección de aire seco.

El método de secado del aire puede variar de unos sistemas a otros. Se pueden encontrar desde soluciones que hacen uso de materiales absorbentes de humedad hasta algunos basados en absorción por punto frío. En estos últimos, en un punto del circuito de aire situado antes de la entrada del recipiente a secar, se provoca una bajada de temperatura que hace condensarse el vapor de agua contenido en el aire. Este vapor es eliminado posteriormente, en un funcionamiento similar al de los aires acondicionados.

No obstante, en estas soluciones no se evita la entrada de aire húmedo del exterior, puesto que sigue siendo necesario dotar al módulo de una vía de salida para el aire inyectado que evite sobrepresiones que pudieran dañar la propia estructura. Como se ha comentado con anterioridad, la inclusión de dicha vía de salida o válvula de venteo permitiría la entrada de aire húmedo del exterior. Una vez que el aire húmedo ha penetrado y se ha condensado con las bajas temperaturas de la noche, su eliminación posterior supondrá un gran esfuerzo energético.

La invención que aquí se presenta tiene como objetivo anticiparse al problema, es decir, evitar la entrada de humedad en el módulo de concentración para evitar así los problemas de oxidación y condensación y el gasto energético originado para su eliminación. De la misma forma se pretende que sea un sistema que se autoregenere diariamente y con un consumo diario de energía mínimo.

Descripción de la invención

Como se ha comentado anteriormente, la premisa principal de diseño del deshumidificador para módulos de concentración solar fotovoltaica radica en la aportación de una solución orientada a evitar la aparición del problema y basada en la reducción del consumo energético al máximo. Por esta razón, el sistema deshumidificador aprovechará las características del propio sistema de captación solar para evitar el problema.

En general, un sistema fotovoltaico de concentración está formado por una serie de módulos individuales conectados eléctricamente entre sí. Cada uno de ellos dispone a su vez de un conjunto de células igualmente interconectadas. Los módulos contienen aire en su interior y están fabricados de forma estanca, siendo su comunicación con la atmósfera únicamente a través de una válvula de escape para venteo. Esta válvula evita el paso de agua líquida pero no de aire húmedo.

Dichos módulos se encuentran toda su vida útil a la intemperie, expuestos a la acción de las condiciones meteorológicas, radiación solar, lluvia y viento. Por tanto, están sometidos a una variación térmica interior y exterior con periodo diario.

Esas variaciones diarias de temperatura suponen que varíe también la presión dentro del módulo y en consecuencia, entre y salga diariamente una cantidad de aire de cada uno de ellos.

Interconectando los módulos entre sí, mediante un conducto con conexiones neumáticas al cuerpo de cada modulo, se obtiene una única vía de "respiración" de todos ellos, con cadencia diaria. La invención por tanto se diseña para realizar la protección frente a la humedad de varios módulos de forma conjunta.

Para conseguir secar el aire antes de que se introduzca en los módulos de concentración solar, el sistema de desecado estará formado por la vía común de entrada y salida de aire que comunica todos los módulos y que atravesará un lecho de material absorbente de humedad, preferentemente sílica gel, con una resistencia eléctrica regulable instalada en su interior.

Conocido el número de módulos conectados es posible calcular la cantidad de aire que entra y sale en función de los cambios de temperatura que se prevean entre el día y la noche. En función de las características del material absorbente empleado se podrá llevar a cabo el dimensionamiento del sistema para asegurar que no se alcance en ningún momento el punto de saturación del material absorbente. En el caso del gel de sílice por ejemplo, es conocido que tiene capacidad de absorber un 35% de su peso en agua.

De acuerdo a este esquema, se puede distinguir por tanto entre dos fases de funcionamiento:

Fase 1: entrada de aire

El aire entra en los módulos con muy baja humedad, tras atravesar el lecho de sílica gel.

Fase 2: salida de aire

Un sensor de caudal o presión en el conducto común detecta cuando comienza a salir aire de los módulos. Este momento tendrá lugar cuando se produzca una subida de la temperatura y por tanto de la presión en el interior del módulo.

Este sensor, cuando detecte la salida del aire, conectará la resistencia del interior del lecho de gel de sílice. Haciendo uso del calor generado por la resistencia y del aire seco que sale del módulo (puesto que entró sin humedad) se regenerará el lecho de gel expulsando la humedad de nuevo hacia el exterior. Al tratarse de una resistencia autorregulada, el consumo energético será mínimo pues disminuye automáticamente su potencia al aumentar la temperatura.

De esta manera el sistema actúa cíclicamente evitando la entrada de humedad y autoregenerándose con un mínimo consumo de energía, al tratarse de un sistema totalmente autónomo que aprovecha la propia "respiración" del módulo para regenerar el filtro en su proceso de salida y para secar el aire en su camino de entrada, de forma totalmente automática y sin precisar...

1. Deshumidificador de módulos fotovoltaicos que mantiene el nivel de humedad en el interior de una serie de módulos de concentración fotovoltaica por debajo de unos límites admisibles caracterizado porque comprende un circuito neumático común (2) que conecta todos los módulos fotovoltaicos (1) entre sí y se conecta al sistema de secado (3) mediante una entrada común (6). El sistema de secado (3) cuenta con un circuito que comprende un filtro (14), en cuyo interior se encuentra un material absorbente de humedad y una resistencia autorregulable (15) así como una electroválvula (13), un flujostato (19), una válvula antirretorno (12), un presostato (16) y un relé temporizador (20). Además dispone de una entrada auxiliar (5) a la que se podrán conectar una serie de equipos pero que en funcionamiento normal se encuentra desconectada.

2. Deshumidificador de módulos fotovoltaicos según reivindicación 1 caracterizado porque se conecta a la entrada auxiliar (5) del sistema de secado (3) un pequeño compresor o ventilador para regenerar el filtro de forma manual.

3. Deshumidificador de módulos fotovoltaicos según reivindicación 1 caracterizado porque en una realización alternativa se incluye de forma permanente en el sistema de secado (3) un pequeño compresor (18) y un temporizador (17) que permiten prescindir del flujostato (19), del presostato (16) y de la entrada auxiliar (5).

4. Procedimiento de deshumidificación de un conjunto de módulos fotovoltaicos (1) conectados entre sí mediante un circuito neumático común (2) caracterizado porque conlleva una etapa de regeneración del sistema de secado y otra etapa de secado del aire que se va a introducir en los módulos fotovoltaicos (1) donde:

- La etapa de regeneración del sistema de secado tiene lugar durante el proceso de salida de aire de los módulos (1), que aparecerá debido a un aumento de la temperatura y de la presión interior de los módulos (1), donde todo el flujo de aire resultante entrará al sistema de secado (3) por su entrada común (6). En su estado de reposo, la electroválvula (13) permitirá su paso al exterior (4) a través de la salida (7) y tras haber atravesado el interior del filtro (14) que contiene un material absorbente de humedad. Un medidor de caudal o flujostato (19) detectará un caudal de salida por encima de un determinado umbral previamente programado y activará la resistencia autorregulada (15) situada en el interior del filtro (14). En su proceso de salida y debido a la temperatura que en cuestión de segundos alcanza el interior del filtro (14), el aire es capaz de arrastrar la humedad que hubiese acumulada en el material absorbente de humedad hasta el exterior (4) por la salida (7) del sistema de secado (3).

- La etapa de secado de aire que entra desde el exterior (4) debido a una bajada de la temperatura y de la presión interna de los módulos (1) donde el flujo de aire recorrerá el camino inverso entrando por la salida (7) del sistema de secado (3). En su paso por el filtro (14), al aire proveniente del exterior (4) es secado pasando su contenido en vapor de agua al propio material absorbente. En este caso, la resistencia autorregulable (15) permanecerá apagada puesto que el flujostato (19) permite distinguir el sentido del flujo. El aire una vez seco, entrará en cada uno de los módulos a través del circuito de conexión neumática común (2).

5. Procedimiento de deshumidificación según reivindicación 4 caracterizado porque se incluye la posibilidad de regenerar de forma manual el filtro (14). Para ello, tan sólo será necesario conectar un pequeño compresor o ventilador a la entrada auxiliar (5) del sistema de secado (3). El aumento de presión resultante será detectado por el presostato (16) que actuará sobre la electroválvula (13) dando paso al flujo de entrada hacia el interior del circuito a través de una válvula antirretorno de protección (12). El flujo de aire inyectado será guiado hacia el exterior (4) a través de su salida (7) y tras haber pasado previamente por el filtro (14). La misma señal procedente del presostato (16) que actúa sobre la electroválvula (13), activará la resistencia autorregulada (15) permitiendo de esta forma la regeneración del filtro (14). La válvula antirretorno de protección (12) provocará una pequeña caída de presión entre su entrada y su salida, de forma que a pesar de conmutar la electroválvula (13) y dar paso libre al aire, se mantiene un nivel mínimo de presión que permite mantener activa la señal del presostato (16).

6. Procedimiento de deshumidificación según reivindicación 4 caracterizado porque durante la etapa de regeneración y con objeto de evitar el encendido y apagado de la resistencia por cambios transitorios en la presión, a la señal eléctrica de salida del flujostato (19) podrá aplicársele un retardo mediante un relé temporizador (20) del tiempo que se desee. De esta forma, la resistencia autorregulada (15) sólo se encenderá cuando el caudal de salida se mantenga por encima del valor programado en el flujostato (19) durante un determinado tiempo superior al establecido mediante el relé temporizador.

7. Procedimiento de deshumidificación según reivindicación 4 caracterizado porque según un procedimiento alternativo la etapa de regeneración se lleva a cabo de manera programada y periódica mediante un temporizador (17) que se encarga de activar un compresor o ventilador (18), la electroválvula (13) y la resistencia autorregulable (15) dando lugar a una regeneración automática y periódica del filtro (14). Deberá calcularse el período de regeneración en función del tiempo que tarde el material absorbente de humedad en llegar a niveles de saturación.