EQUIPO FOTOVOLTAICO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR CONCENTRACIÓN CON REFLECTORES EN FORMA DE MARIPOSA.

Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflectores en forma de mariposa. Objeto de la invención Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa. Campo de la invención La presente invención se refiere a un equipo fotovoltaico para generación de energía eléctrica en el campo de la utilización de la energía solar, en particular un equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa. Antecedentes de la invención La energía constituye un factor importante para el desarrollo de la economía nacional y para la mejora del nivel de vida de la población. Con el continuo y rápido crecimiento de la economía, los recursos limitados de energía procedente de los combustibles fósiles y los problemas medioambientales que conlleva su desarrollo y utilización se están convirtiendo en un factor de restricción cada vez mayor para el desarrollo sostenible de la economía y de la sociedad. La aceleración del desarrollo y de la utilización de las energías renovables constituye una solución importante para los problemas energéticos y medioambientales. La energía solar es una energía limpia inagotable que no contamina, y la generación de energía eléctrica fotovoltaica constituye una de las fuentes de energía renovables que se desarrolla más rápidamente, y constituye también un área importante para el desarrollo en varios países. En los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica convencionales, las células fotovoltaicas solares están montadas normalmente de un modo fijo, y sus precios están a un nivel alto, lo que origina que se dificulte su popularización para amplios ámbitos de aplicación. Para aumentar adicionalmente la relación entre prestaciones y precio de los dispositivos de generación de energía eléctrica fotovoltaicos sobre la base de la característica de que la corriente de salida de la célula solar es proporcional a la intensidad de iluminación recibida en unas condiciones dadas, el personal técnico en varios países ha tratado de aumentar la intensidad de la radiación de la energía solar recibida por las células solares haciendo seguimiento del sol y concentrando la luz solar, de modo que la misma cantidad de material semiconductor puede producir más energía eléctrica, y haciéndolo así, el coste del dispositivo añadido para el seguimiento del sol y para la concentración es mucho menor que el de las células solares ahorradas, lo que significa que se emplean materiales ordinarios para reemplazar a los caros materiales semiconductores, y por consiguiente el coste de los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica se ha reducido en gran medida. Los sistemas fotovoltaicos existentes de generación de energía eléctrica por concentración pueden clasificarse en dos tipos según el modo de concentración de la luz solar: uno es el tipo de concentración por refracción que utiliza lentes Fresnel (tales como el generador solar por concentración y seguimiento, véase la patente número CN97204018.8), con inconvenientes tales como una homogeneidad de la intensidad luminosa bastante deficiente, dificultad pa- 2 ES 2 355 883 B1 2 ra aumentar el factor de transmisión y un alto coste de fabricación; el otro tipo es el de concentración por reflexión con una paraboloide grande, con la ventaja de una alta eficiencia de la reflexión y los inconvenientes de una gran dificultad de fabricación y un alto coste, grandes espejos reflectantes con alta probabilidad de sufrir rotura y poca resistencia al viento del cuerpo global. Se puede constatar fácilmente que, con las tecnologías existentes, es difícil reducir el coste de los concentradores, lo que origina que la mejora de la relación entre las prestaciones y el precio del sistema en su globalidad, sea reducida, haciendo que sea difícil demostrar las ventajas de los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica por concentración. Los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica por concentración actualmente existentes pueden clasificarse también en función del tipo de mecanismo automático de seguimiento del sol, como mecanismo de seguimiento del sol unidimensional con sólo un eje de rotación y como mecanismo de seguimiento del sol bidimensional con dos ejes de rotación que interseccionan. El primero precisa solamente un dispositivo motor de seguimiento controlado por un circuito de control, y por tanto con un coste relativamente bajo, pero que sólo se puede alinear con el sol en una dirección, siendo incapaz de asegurar que las células solares se alineen con el sol en unas posiciones óptimas en todas las estaciones del año, y por consiguiente siempre hay algo de pérdida de energía solar; este último requiere dos dispositivos motores de seguimiento, haciendo así posible que las células solares se alineen con el sol adecuadamente en todo momento, sin embargo, en la presente versión técnica, la estructura de columna simple se utiliza ampliamente, siendo el coste bastante alto y por consiguiente su popularización queda bastante restringida. Las instalaciones de grupos de células solares operan en condiciones de luz intensa y de corriente alta, y el aumento de su temperatura de funcionamiento origina una reducción de sus prestaciones, y por consiguiente, la estructura de los disipadores juega un papel clave en la reducción de temperatura de las células por concentración. Hay disipadores de tipo activo y de tipo pasivo. Un disipador activo refrigera los conjuntos de células solares evacuando el calor producido durante su funcionamiento con un ventilador, haciendo circular agua u otro fluido, mientras que en la refrigeración pasiva, el disipador disipa directamente el calor producido, desde el conjunto de células solares a la atmósfera. En la investigación y comparaciones, el solicitante ha constatado que la tecnología actualmente existente presenta los problemas siguientes: la tecnología de disipación de calor no es muy fiable, o el coste es muy alto, lo que da como resultado una baja relación entre prestaciones y precio del sistema, lo que hace impracticable la introducción temprana de la fase de producción en escala. A causa de los inconvenientes anteriormente mencionados con los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica por concentración, hasta la fecha sólo hay un pequeño número de sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica por concentración experimentales y de demostración en funcionamiento. Estos inconvenientes constituyen restricciones importantes para la popularización y aplicación de este tipo de sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica. 3 Sumario de la invención Un primer objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa utilizando un reflector de concentración que sea fácil de fabricar a bajo coste, para aumentar la relación entre prestaciones y coste del dispositivo en su globalidad. Un segundo objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa con una buena estructura de protección contra el viento, para mejorar las prestaciones antiviento de la estructura global. Un tercer objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa que pueda asegurar el alineamiento del conjunto de células solares por concentración con el sol a través de la mejora del mecanismo de seguimiento del sol, que presente una buena eficiencia de costes con una buena aplicabilidad. Un cuarto objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa con un sistema de disipación de calor que tenga un coste bajo y una alta capacidad de disipación del calor a través del diseño optimizado del sistema de disipación de calor, para asegurar la demanda de disipación de calor de las células solares bajo múltiples condiciones de concentración. Para hacer realidad los objetivos anteriormente mencionados, el plan técnico de la presente invención es: un dispositivo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa, consistente en el conjunto de células solares, el soporte para el montaje del conjunto de células solares y el mecanismo de seguimiento automático del sol, comprendiendo el conjunto de células solares un cierto número de células solares,...

1. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa, que consiste en conjuntos de células solares (1) comprendiendo un número de células solares, soportes (2) para el montaje de los conjuntos de células solares (1), un mecanismo de seguimiento del sol automático, conjuntos de reflectores (4) y sus bastidores (5), estando dispuestos dichos conjuntos de reflectores en dos grupos situados a ambos lados de la línea del eje (12) de dicho bastidor (5) según una configuración simétrica, consistiendo cada grupo de reflectores (4) en por lo menos dos filas de reflectores, cuyos bastidores (5) están conectados sólidamente con dicho soporte (2), y estando dispuestos dichos conjuntos de células solares (1) en dos grupos de células solares situados a ambos lados de la línea del eje (12) de dicho soporte (5) según una configuración simétrica en ángulos dados, y estando enfrentados los conjuntos de células solares (1) a los conjuntos de reflectores (4), proyectándose la luz reflejada desde cada fila de reflectores (4) sobre las células solares (1) del lado correspondiente, caracterizado porque dicha célula solar (1) es una célula solar refrigerada por aire activo, consistiendo dicha célula solar refrigerada por aire en el conducto de aire (34), placas (41) provistas próximas al conjunto de células solares, y un ventilador (35) montado en el extremo del conducto de aire, formando dichas placas y superficies adyacentes del conjunto de células solares una salida de aire (39), siendo dicha salida de aire en forma de sección de reducción. 2. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 1, caracterizado porque las placas (41) superior e inferior están provistas respectivamente en la parte trasera y el borde exterior del frente de dicho conjunto de células solares, formando dicha placa superior y la parte trasera del conjunto de células solares la salida de aire superior, y dicha placa inferior y el frente del conjunto de células solares la salida de aire inferior, siendo dichas salidas de aire superior e inferior en forma de sección de reducción y el conducto de aire (34) en forma cilíndrica, consistente en las paredes interior y exterior y la capa de aislamiento intermedio, y siendo dicha capa de aislamiento de aire o de materiales aislantes. 3. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 2, caracterizado porque la entrada (44) y el extremo distante (45) de dicho conducto de aire (34) están provistos de dispositivos de rociado (44). 4. Equipo de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios disipadores de calor que están previstos en los elementos (8) de las células solares (1) que consisten en placas (9) metálicas o de aletas metálicas en su parte trasera (figura 6). 5. Equipo de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios disipadores de calor que están previstos en los elementos (8) de las células solares (1) que consisten en un disipador de calor del tipo ES 2 355 883 B1 18 de caja de refrigeración (10) en su parte trasera, cuya caja está provista de entrada y salida para el fluido refrigerante (figura 7). 6. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos conjuntos de células solares (1) refrigeradas por aire están montados en un patrón en forma de V, estando situado dicho conducto de aire (34) en el frente del conjunto de células solares (1) y es de sección trapezoidal, con su base superior como frente de la célula solar, su lateral por el eje central como una placa con superficie de reflexión (36a) y el otro lado como una placa altamente permeable a la luz (36b). 7. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos conjuntos de células solares (1) refrigeradas por aire están montados en un patrón en forma de V, y las células solares refrigeradas por aire están provistas de conductos de aire (34) con sección de sector en su parte trasera. 8. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho equipo de generación de energía eléctrica fotovoltaico también comprende soportes (2), dicho conjunto de células solares (1) y sus soportes, el conjunto de reflectores (4) y su bastidor (5) que comprende el equipo de células solares (1) por concentración, y este equipo de células solares por concentración puede girar sobre los soportes (2) a través de un eje principal (12). 9. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho mecanismo de seguimiento del sol automático es un mecanismo de seguimiento del sol automático bidimensional, consistente en un mecanismo de accionamiento bidimensional, el circuito de control del seguimiento para controlar el movimiento de este mecanismo de movimiento bidimensional y el sensor de luz solar para detectar la dirección de la luz solar y transmitir señales al circuito de control del seguimiento, entre ellos, el mecanismo de accionamiento bidimensional consiste en el dispositivo (19) de accionamiento del ángulo de elevación que acciona dicho equipo de células solares (1) por concentración (100) para que gire alrededor de la línea axial del eje principal (12) y el mecanismo de seguimiento del ángulo azimutal que acciona el soporte y el equipo de células solares por concentración (100) encima del mismo para que giren conjuntamente alrededor de una línea axial vertical. 10. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho mecanismo (19) de accionamiento del ángulo de elevación se compone del motor (20), del reductor (21) de tornillo sinfín (22) y rueda helicoidal conectado con el eje de salida del motor, y del reductor de engranajes conectado con el eje de salida del reductor de tornillo sinfín y rueda helicoidal, y dicho reductor de engranajes puede hacer girar el eje principal en por lo menos 150º. 11. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en 19 forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho mecanismo de accionamiento del ángulo de elevación es un mecanismo de tornillo y tuerca, que está montado sobre un soporte, y su eje principal gira al ser accionado a través de una varilla de unión montada sobre el eje principal. 12. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque el bastidor de vigas (14) está fijado en el fondo de dicho soporte (13), comprendiendo dicho mecanismo de seguimiento del ángulo azimutal el motor (27) controlado por el circuito de control del seguimiento que está fijado al bastidor de vigas (14), y estando conectado el reductor (17) con el eje de salida del motor (27) y el piñón (29) conectado con el extremo de salida del reductor (26), así como la corona dentada (28) o engranaje de mando fijado en el suelo y acoplada mutuamente con el piñón (29). 13. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque un bastidor de vigas (14) está sujeto en el fondo del soporte (13), y dicho mecanismo de seguimiento del ángulo azimutal comprende un cierto número de rodillos montados en el fondo de dicho bastidor de vigas, con por lo menos una rueda motriz de accionamiento (15) entre dichos rodillos, y dicha rueda de accionamiento está conectada, a través del reductor (17), con el motor (18) controlado por el circuito de control del seguimiento. 14. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho bastidor de vigas (14) es de forma en cruz, consistente en dos vigas de acero, su eje central (31) está conectado de forma articulada con la corona dentada (38) o engranaje de mando en forma de anillo, y en dicho bastidor de vigas hay montados dos equipos de células solares por concentración (100) a través de soportes y los dos equipos de células solares por concentración (100) mencionados ES 2 355 883 B1 20 están montados respectivamente en dos extremos adyacentes del bastidor de vigas (14) en forma de cruz. 15. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 14, caracterizado porque una columna extraíble (32) está montada en el centro de las dos vigas en forma de cruz, y dos cables de acero (33) de suspensión se prolongan hacia fuera desde la parte superior de cada columna, para sostener respectivamente los extremos de ambas vigas. 16. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque dos o más grupos de dichos equipos de células solares por concentración (100) forman un solo grupo, y están conectados en serie en la dirección axial del eje principal mediante soportes, y los ejes principales de equipos de células solares por concentración (100) en cada grupo están conectados entre sí para formar un eje principal común, de tal modo que un mecanismo de accionamiento del ángulo de elevación puede compartirse accionando el eje principal. 17. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 16, caracterizado porque dichos equipos de células solares por concentración (100) están en dos o más grupos, que están montados en paralelo con los soportes, estando fijados dichos soportes en el mismo bastidor, compartiendo un mecanismo de seguimiento del ángulo azimutal que acciona este bastidor para que gire, de modo que el ángulo azimutal de estos dos o más grupos de equipos de células solares por concentración (100) puede ajustarse simultáneamente. 18. Equipo fotovoltaico de generación de energía eléctrica por concentración con reflector dispuesto en forma de mariposa según la reivindicación 9, caracterizado porque el ángulo oí de la parte trasera de los dos conjuntos de equipos de células solares (1), que asegura que la anchura iluminante es igual o ligeramente mayor que la anchura iluminada, está dentro del rango de 0º<<180º. 11 12 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 13 14 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 16 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 17 18 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 19 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 21 22 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 23 24 ES 2 355 883 B1 ES 2 355 883 B1 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA