Un sistema de conversión de energía luminosa (LEC) para generar energía eléctrica y térmica,

de tal manera que el sistema comprende: un circuito (110) de fluido, que incluye un fluido de trabajo que fluye a su través; y está caracterizado por: una pluralidad de módulos (102) de concentración de luz (LC) de enfoque de punto, o puntual, destinados a convertir energía luminosa en energía eléctrica y a transformar la energía luminosa en energía térmica, de tal manera que los módulos de LC de enfoque puntual incluyen un primer módulo de LC, acoplado o conectado en serie, en comunicación de fluido, con un segundo módulo de LC a lo largo del circuito (110) de fluido, de tal modo que el fluido de trabajo absorbe energía térmica mientras fluye a través de los primer y segundo módulos de LC, de tal manera que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo aumenta a medida que el fluido de trabajo fluye a través del segundo módulo de LC; de tal modo que el primer módulo de LC comprende un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal puntual, y un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal manera que el miembro de conversión de energía del primer módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del primer módulo de LC en energía eléctrica y térmica; y el segundo módulo de LC comprende un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal puntual, así como un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal modo que el miembro de conversión de energía del segundo módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del segundo módulo de LC en al menos energía térmica; de tal forma que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del segundo módulo de LC es mayor que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del primer módulo de LC

Sistemas y métodos de conversión de energía luminosa.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere, generalmente, a sistemas de conversión de energía luminosa y, más particularmente, a sistemas de conversión de energía luminosa que tienen módulos de concentración de la luz que transforman la energía luminosa en energía eléctrica y/o térmica.

Existen hoy en día sistemas de concentración de la luz (por ejemplo, colectores de concentración solares) para generar electricidad con una célula fotovoltaica (PV-"photovoltaic"). Hay en la actualidad sistemas de concentración de luz independientes para captar energía térmica por medio de la transferencia de calor a un fluido de trabajo. En ambos tipos de sistemas, una parte sustancial de la energía disponible procedente del sol no es captada y, por tanto, no se aprovecha. Por ejemplo, en el caso de colectores que generan únicamente electricidad, una cantidad sustancial de energía térmica se disipa hacia el entorno. Si se captasen y aplicasen estas pérdidas de calor, sería posible aumentar la eficiencia o rendimiento global de conversión de la energía lumínica del sistema, incrementar la producción de energía por metro cuadrado del sistema instalado, y hacer posibles aplicaciones tales como el calentamiento de agua para la obtención de agua caliente, el caldeo de espacios, calentamiento para procesos industriales, así como aire acondicionado, además de generación de electricidad.

Hay al menos algunos sistemas de cogeneración conocidos que generan energía tanto eléctrica como térmica. Sin embargo, se han venido dando muestras limitadas de sistemas de concentración de luz que generan tanto electricidad como energía térmica basándose en una pluralidad de módulos de concentración de luz. En general, estos sistemas se ven limitados tanto en la cantidad como en la calidad de la energía térmica que se puede obtener. Por otra parte, el desafío fundamental sigue siendo mantener la célula PV fría mientras se genera energía eléctrica, y, con todo, seguir extrayendo suficiente energía térmica en un intervalo lo suficientemente amplio de temperaturas como para hacer posibles diversas aplicaciones.

Existe, por tanto, la necesidad de sistemas y métodos de conversión de energía luminosa para cogeneración que funcionen con rendimientos de conversión PV suficientes, a la vez que proporcionan también una captación y conservación de la energía térmica eficaz.

El documento US-A-6.080.927 divulga las características expuestas en la parte del preámbulo de las reivindicaciones independientes. En el documento US-A-4.768.345 se divulga un mecanismo alternativo para generar energía térmica continua a partir de una fuente de energía periódicamente activa.

Breve descripción de la invención

De acuerdo con la presente invención, un sistema de conversión de energía luminosa para generar energía eléctrica y térmica, y un método para fabricar un sistema de conversión de energía luminosa destinado a generar energía eléctrica y térmica, se caracterizan por las características establecidas en las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes.

En una realización, se proporciona un sistema de conversión de energía luminosa (LEC-"light energy conversión") para generar energía eléctrica y térmica. El sistema incluye un circuito de fluido que tiene un fluido de trabajo que fluye a su través, así como una pluralidad de módulos de concentración de luz (LC-"light concentrating"), destinados a convertir energía luminosa en energía eléctrica y a transformar la energía luminosa en energía térmica. Los módulos de LC incluyen un primer módulo de LC, conectado en serie con un segundo módulo de LC a lo largo del circuito de fluido. El fluido de trabajo absorbe energía térmica mientras fluye a través de los primer y segundo módulos de LC, de tal manera que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo se incrementa a medida que el fluido de trabajo fluye a través del segundo módulo de LC. Al menos el primer módulo de LC incluye un elemento óptico lumínico que se ha configurado para dirigir la energía luminosa hacia una región focal, y un receptor que se mantiene en la región focal. El receptor incluye un alojamiento que tiene una cámara que contiene un miembro de conversión de energía. El miembro de conversión de energía transforma la energía luminosa recibida desde el elemento óptico en energía eléctrica y térmica.

Opcionalmente, el miembro de conversión de energía incluye una célula fotovoltaica (PV-"photovoltaic") para la generación de energía. El fluido de trabajo puede absorber la energía térmica generada en tomo a la célula PV. Asimismo, el primer módulo de LC puede ser de un primer tipo de módulo de LC y el segundo módulo de LC puede ser de un segundo tipo de módulo de LC. El segundo módulo de LC puede contener un miembro de conversión de energía que convierte la energía luminosa únicamente en energía térmica.

En otra realización se proporciona un método para fabricar un sistema de LEC destinado a generar energía eléctrica y térmica. El método incluye acoplar o conectar un primer módulo de LC a un circuito de fluido. El primer módulo de LC incluye un elemento óptico de concentración de luz que se ha configurado para dirigir la energía luminosa hacia una región focal, y un receptor que se mantiene en la región focal. El receptor incluye un alojamiento que tiene una cámara que alberga un miembro de conversión de energía. El miembro de conversión de energía transforma la energía luminosa recibida desde el elemento óptico en energía eléctrica y térmica. El método también incluye conectar un segundo módulo de LC al circuito de fluido, en serie con el primer módulo de LC. El circuito de fluido tiene un fluido de trabajo que fluye a su través, de tal manera que el fluido de trabajo absorbe energía térmica al tiempo que fluye a través de los primer y segundo módulos de LC. La cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo se incrementa a medida que el fluido de trabajo fluye a través del segundo módulo de LC.

Opcionalmente, el fluido de trabajo puede fluir en su totalidad a través del primer módulo de LC y, a continuación, a través del segundo módulo de LC. También, la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del segundo módulo de LC puede ser mayor que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del primer módulo de LC.

En otra realización se proporciona un sistema de LEC para generar energía eléctrica y térmica. El sistema incluye un circuito de fluido que tiene un fluido de trabajo que fluye a su través y una pluralidad de conjuntos geométricamente ordenados de módulos de LC que están conectados al circuito de fluido. Cada conjunto geométricamente ordenado incluye un primer módulo de LC y un segundo módulo de LC, que están conectados en serie a lo largo del circuito de fluido de manera tal, que el fluido de trabajo absorbe energía térmica al tiempo que fluye a través de los primer y segundo módulos de LC. El primer módulo de LC está asociado con una primera temperatura de funcionamiento y el segundo módulo de LC está asociado con una segunda temperatura de funcionamiento. El sistema también incluye un circuito eléctrico para transportar una corriente eléctrica a su través. Los primeros módulos de LC están conectados eléctricamente entre sí en una primera serie, a lo largo del circuito eléctrico, y los segundos módulos de LC están conectados eléctricamente entre sí en una segunda serie, a lo largo del circuito eléctrico.

Opcionalmente, los primeros módulos de LC pueden estar configurados para funcionar en una salida de corriente de funcionamiento común unos con respecto a otros, y los segundos módulos de LC pueden estar configurados para funcionar en una salida de corriente de funcionamiento común unos con respecto a otros. También, los primeros módulos de LC y los segundos módulos de LC pueden ser de un mismo tipo de módulo de LC.

En aún otra realización, se proporciona un método para la fabricación de un sistema de LC destinado a generar energía eléctrica y térmica. El método incluye proporcionar una pluralidad de módulos de LC que se han configurado para convertir la energía luminosa en energía eléctrica y para transformar la energía luminosa en energía térmica. Cada módulo de LC incluye al menos una célula fotovoltaica (PV) que tiene una salida de corriente de funcionamiento... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de conversión de energía luminosa (LEC) para generar energía eléctrica y térmica, de tal manera que el sistema comprende:

un circuito (110) de fluido, que incluye un fluido de trabajo que fluye a su través; y está caracterizado por:

una pluralidad de módulos (102) de concentración de luz (LC) de enfoque de punto, o puntual, destinados a convertir energía luminosa en energía eléctrica y a transformar la energía luminosa en energía térmica, de tal manera que los módulos de LC de enfoque puntual incluyen un primer módulo de LC, acoplado o conectado en serie, en comunicación de fluido, con un segundo módulo de LC a lo largo del circuito (110) de fluido, de tal modo que el fluido de trabajo absorbe energía térmica mientras fluye a través de los primer y segundo módulos de LC, de tal manera que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo aumenta a medida que el fluido de trabajo fluye a través del segundo módulo de LC;

de tal modo que el primer módulo de LC comprende un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal puntual, y un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal manera que el miembro de conversión de energía del primer módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del primer módulo de LC en energía eléctrica y térmica; y

el segundo módulo de LC comprende un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal puntual, así como un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal modo que el miembro de conversión de energía del segundo módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del segundo módulo de LC en al menos energía térmica;

de tal forma que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del segundo módulo de LC es mayor que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del primer módulo de LC.

2. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el miembro de conversión de energía del primer módulo de LC incluye una célula fotovoltaica (PV) para generar energía eléctrica.

3. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual el fluido de trabajo absorbe energía térmica generada en tomo a la célula PV.

4. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer módulo de LC es un primer tipo de módulo de LC y el segundo módulo de LC es un segundo tipo de módulo de LC, de tal manera que los primer y segundo tipos de módulos de LC tienen al menos una posibilidad de entre estructuras diferentes y salidas de energía diferentes, de tal modo que el segundo módulo de LC convierte energía luminosa únicamente en energía térmica.

5. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer módulo de LC es un primer tipo de módulo de LC y el segundo módulo de LC es un segundo tipo de módulo de LC, de tal manera que los primer y segundo tipos de módulos de LC tienen al menos una posibilidad de entre estructuras diferentes y salidas de energía diferentes, de tal modo que el primer módulo de LC comprende una pluralidad de primeros módulos de LC conectados o acoplados en serie a lo largo del circuito (110) de fluido.

6. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer módulo de LC es un primer tipo de módulo de LC y el segundo módulo de LC es un segundo tipo de módulo de LC, de tal manera que los primer y segundo tipos de módulos de LC tienen al menos una posibilidad de entre estructuras diferentes y salidas de energía diferentes, de tal modo que el segundo módulo de LC comprende una pluralidad de segundos módulos de LC conectados o acoplados en serie a lo largo del circuito de fluido.

7. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los módulos de LC están acoplados o conectados a una estructura de montaje para alinear los módulos de LC (102) con una fuente de luz.

8. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual al menos uno de entre el primer módulo de LC y el segundo módulo de LC está conectado de forma extraíble o desmontable al circuito de fluido de manera tal, que dicho al menos uno de entre el primer módulo de LC y el segundo módulo de LC es fácilmente separable del sistema de LEC sin destruir el módulo de LC ni el sistema de LEC.

9. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el fluido de trabajo fluye enteramente a través del primer módulo de LC y, a continuación, enteramente a través del segundo módulo de LC.

10. Un método para fabricar un sistema de conversión de energía luminosa (LEC), destinado a generar energía eléctrica y térmica, de manera que el método está caracterizado por:

acoplar o conectar un primer módulo (102) de concentración de luz a un circuito (110) de fluido, de tal manera que el primer módulo de LC incluye un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal de punto, o puntual, y un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal manera que el miembro de conversión de energía del primer módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del primer módulo de LC en energía eléctrica y térmica; y

acoplar o conectar un segundo módulo de LC al circuito (110) de fluido, en serie con el primer módulo de LC, de tal manera que el circuito de fluido tiene un fluido de trabajo que fluye a su través, de forma que el fluido de trabajo absorbe energía térmica mientras fluye a través de los primer y segundo módulos de LC, de tal modo que el segundo módulo de LC comprende un elemento óptico (104) de concentración de luz, configurado para dirigir energía luminosa hacia una región focal puntual, y un receptor que sustenta un miembro de conversión de energía, de tal manera que el miembro de conversión de energía del segundo módulo de LC transforma energía luminosa recibida desde el elemento óptico del segundo módulo de LC en al menos energía térmica, de forma que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del segundo módulo de LC es mayor que la cantidad de energía térmica contenida en el fluido de trabajo que sale del primer módulo de LC.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual el primer módulo de LC es un primer tipo de módulo de LC y el segundo módulo de LC es un segundo tipo de módulo de LC, de tal manera que los primer y segundo tipos de módulos de LC tienen al menos una posibilidad de entre estructuras diferentes y salidas de energía diferentes, de tal modo que conectar un primer módulo de LC comprende conectar una pluralidad de primeros módulos de LC al circuito (110) de fluido.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual el miembro de conversión de energía incluye una célula fotovoltaica (PV) para generar energía eléctrica.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual el fluido de trabajo fluye enteramente a través del primer módulo de LC y, a continuación, a través del segundo módulo de LC.

14. El sistema de LEC de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los primer y segundo módulos de LC son de un tipo común, de tal manera que los primer y segundo módulos de LC son estructuralmente similares y tienen una salida de energía sustancialmente común.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual los primer y segundo módulos de LC son de un tipo común, de tal manera que los primer y segundo módulos de LC son estructuralmente similares y tienen una salida de energía sustancialmente común.