Un sistema fotovoltaico de concentración (800) que comprende: una unidad óptica de concentración (802);

un receptor curvado (804) situado para recibir los rayos de luz reflejados por la unidad óptica de concentración; y un conjunto de células solares fijados a una superficie del receptor curvado, caracterizado por que: el receptor tiene una forma sustancialmente cóncava con un saliente (806) en el centro del receptor (804) que se extiende hacia la unidad óptica de concentración (802); y en el que el saliente (806) en el receptor curvado tiene una forma de modo que parte de los rayos de luz reflejados se reflejan desde una célula solar y se absorben por las células solares adyacentes

La presente invención se refiere a un aparato para la generación de energía usando células solares. Más particularmente, la presente invención se refiere a un aparato para la generación de energía usando células solares en un sistema fotovoltaico de concentración. 5

Antecedentes:

Un tipo de energía solar involucra el uso de células solares para generar electricidad. Este tipo de tecnología de energía solar se denomina también como fotovoltaico. Las células solares usadas son dispositivos semiconductores que convierten los fotones en electricidad. Las células solares individuales se pueden poner en un grupo para formar módulos que, a su vez, se pueden disponer en grupos 10 denominados matrices solares. La fotovoltaica de concentración se considera generalmente como la clave en la realización de una energía solar competitiva en costes con respecto a otras fuentes de energía, tales como la de combustibles fósiles.

Con la fotovoltaica de concentración, la luz solar se recoge en un área grande y se concentra en un área de recepción relativamente pequeña por medio del uso de alguna combinación de óptica de 15 reflexión y/o refracción. El área de recepción se cubre con una o más células solares que convierten la luz solar en electricidad. La concentración de la luz solar en el área de recepción aumenta la eficiencia de las células solares. Adicionalmente, mediante la concentración de la luz solar, se reduce el número de células solares requeridas para producir una potencia dada.

En esta forma, el coste de generación de electricidad se reduce porque el componente de coste 20 de las células solares relativamente caras se disminuye. En los sistemas fotovoltaicos de concentración, se usa un sistema de seguimiento para seguir al sol a través del cielo para mantener el foco de la luz solar sobre las células solares en el área de recepción. Para que funcione adecuadamente un sistema fotovoltaico de concentración, la luz solar se debería enfocar con precisión y uniformidad sobre la célula solar. Actualmente, este enfoque se realiza a través del diseño de la forma de los elementos ópticos de 25 concentración que dirigen la luz sobre el área de recepción.

Los elementos ópticos en la óptica de reflexión y/o refracción se diseñan para producir una iluminación uniforme, de elevada intensidad sobre el plano focal típicamente plano del área de recepción. La obtención de una iluminación uniforme de elevada intensidad sobre un plano focal plano de un receptor es difícil y requiere una óptica de elevada precisión. El sistema de reflexión usa elementos, tales 30 como espejos, para reflejar y concentrar la luz solar sobre las células solares. Los sistemas de refracción usan lentes para concentrar la luz solar sobre las células solares. En cualquier caso, se puede usar un homogeneizador para distribuir uniformemente la luz reflejada/refractada sobre las superficies de las células.

En muchos casos, se requiere una combinación compleja de espejos, lentes y 35 homogeneizadores para maximizar la eficiencia de las células solares en el área de recepción. En la práctica, se realiza a menudo un compromiso entre la obtención de la máxima eficiencia óptica y la producción de elementos ópticos a un coste razonable.

El documento US 5.961.739 describe una planta de generación de foco móvil hemisférico que tiene un reflector solar hemisférico para la reflexión de la energía solar. Se conecta de modo móvil al 40 reflector solar hemisférico un receptor para la recepción de la energía solar reflejada y la producción de energía a partir de ella. El receptor incluye un marco con una parte superior, al que se conectan una pluralidad de células fotovoltaicas y un soporte. Adicionalmente, se conecta un acondicionador de energía al receptor para recibir la energía desde el receptor y acondicionar la energía para su uso.

Adicionalmente, este tipo de sistema requiere un sistema de seguimiento de alta precisión. 45 Típicamente, se usa a menudo un sistema de seguimiento que tenga menos de 0,5 grados de error de seguimiento con respecto al sol para obtener una alta concentración, tal como mayor que 500x.

Además, se debería producir una iluminación uniforme de alta intensidad sobre el área de recepción que está cubierta con las células solares. Esta densidad de potencia de la iluminación de alta intensidad puede ser, por ejemplo, 50-100 W/cm2. Estos tipos de densidades de potencia pueden producir 50 eficiencias del sistema muy elevadas, pero también pueden crear grandes diferencias de potencial dentro de una célula solar y entre las células solares conectadas en un circuito. Si la iluminación no es uniforme, se desarrollan diferencias en la intensidad producida en las células solares. Estas diferencias pueden conducir a pérdidas de potencia resistivas y a campos eléctricos impredecibles dentro de las células solares, que producen una degradación y conducen al fallo de la célula solar. 55

Se realiza típicamente un compromiso entre los gastos de la óptica de concentración, el rendimiento y/o el nivel de fiabilidad que se considera aceptable para un sistema fotovoltaico de concentración. En este tipo de sistema, la luz cae sobre las células en el área de recepción en un ángulo que está separado de la normal (menos de 90 grados). Para una iluminación separada de la normal, la célula presenta una sección transversal más pequeña a la luz incidente. Como resultado, a menudo se reduce la iluminación efectiva. Por ejemplo, para sistemas típicos que usan una concentración de aproximadamente 500 veces, el ángulo de desviación de la normal es a menudo tan grande como 30 5 grados. Con este tipo de ángulo, la intensidad de la iluminación se puede reducir en más del 15 por ciento. Con tal iluminación fuera de ángulo, ligeras desviaciones en la trayectoria óptica del haz de iluminación concentrado pueden hacer que partes del haz se pierdan en el área de recepción de la célula. Estas desviaciones pueden estar causadas por errores de seguimiento, imperfecciones en la óptica, deformación de la óptica debido a la expansión térmica o carga del viento u otras similares. 10

Un efecto secundario se produce por el recubrimiento antirreflectante sobre las células solares que se optimiza para una iluminación incidente normal. Como resultado, se tiende a que la iluminación separada de la normal se refleje fuera de la célula solar en lugar de ser absorbida y convertida en energía por la célula solar. Se pueden usar homogeneizadores para mitigar este efecto. Este tipo de elemento, sin embargo, contribuye a las pérdidas ópticas y se añade a los costes de un sistema fotovoltaico de 15 concentración.

Por ello, la creación de sistemas fotovoltaicos de concentración a un coste razonable para producir energía es difícil. Por lo tanto, sería ventajoso tener un método y un aparato mejorados para la concentración de luz sobre células solares.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN 20

De acuerdo con la presente invención se proporciona un sistema fotovoltaico de concentración como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.

Una realización de la presente invención proporciona un aparato que tiene un elemento óptico de concentración, en el que el elemento óptico de concentración redirige la luz para formar una iluminación concentrada. El aparato también tiene una estructura con una superficie curvada situada para recibir la luz 25 redirigida y un conjunto de células solares conectadas a la superficie curvada de la estructura, en la que la superficie curvada es sustancialmente cóncava con un saliente en el centro que se extiende hacia el elemento óptico de concentración de forma que algunos de los rayos de luz reflejados se reflejen desde una célula solar y se absorban por parte de las células solares adyacentes.

Las características, funciones y ventajas se pueden conseguir independientemente en diversas 30 realizaciones de la presente invención o incluso se pueden combinar en otras realizaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las características novedosas que se creen características de la invención se exponen en las reivindicaciones adjuntas. La invención en sí, sin embargo, así como un modo preferido de uso, los objetivos adicionales y las ventajas de los mismos, se comprenderán mejor con referencia a la descripción 35 detallada a continuación de una realización ventajosa de la presente invención cuando se lea en conjunto con los dibujos...

1. Un sistema fotovoltaico de concentración (800) que comprende:

una unidad óptica de concentración (802);

un receptor curvado (804) situado para recibir los rayos de luz reflejados por la unidad óptica de concentración; y

un conjunto de células solares fijados a una superficie del receptor curvado, 5 caracterizado por que:

el receptor tiene una forma sustancialmente cóncava con un saliente (806) en el centro del receptor (804) que se extiende hacia la unidad óptica de concentración (802); y

en el que el saliente (806) en el receptor curvado tiene una forma de modo que 10 parte de los rayos de luz reflejados se reflejan desde una célula solar y se absorben por las células solares adyacentes.

2. El sistema fotovoltaico de concentración de la reivindicación 1, que comprende además:

un conjunto de montaje, en el que el conjunto de montaje fija el receptor curvado a la unidad óptica de concentración. 15

3. El sistema fotovoltaico de concentración de la reivindicación 1, en el que el elemento óptico de concentración (802) es una unidad óptica reflectora de concentración.

4. El sistema fotovoltaico de concentración de la reivindicación 1, en el que el elemento óptico de concentración es una unidad óptica de refracción de concentración.

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