MÓDULO DE CONCENTRACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA Y DISPOSICIÓN MODULAR QUE COMPRENDE DICHO MÓDULO.

Módulo de concentración solar fotovoltaica y disposición modular que comprende dicho módulo.



Permite concentración solar fotovoltaica con altas aceptancia y eficiencia óptica y con protección frente a agentes ambientales, mediante un módulo (1) que incorpora una pluralidad de lentes (2) de concentración y de células (3) fotovoltaicas interconectadas, fijadas a un substrato (4) y sobre las que reposan las lentes (2), y que comprenden una zona de entrada (5) de luz por la que se fijan a un panel frontal (8), y una zona de salida (6) de luz, por la que se disponen sobre las células (3) fotovoltaicas que reposan sobre el sustrato (4). Dicho substrato (4) y dicho panel frontal (8) se cierran, protegiendo las células (3) y las lentes (2) de agentes ambientales. Varios módulos (1) se disponen en una estructura (10) de soporte, con inclinación regulable sin necesidad de emplear elementos activos mecánicamente.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031915.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PÉREZ GARCÍA DE CASTRO,JOSÉ ANTONIO, JIMÉNEZ CAPARROS,SEBASTIÁN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L31/052 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).
MÓDULO DE CONCENTRACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA Y DISPOSICIÓN MODULAR QUE COMPRENDE DICHO MÓDULO.

Fragmento de la descripción:

3 y 10, que además permite emplearse sin dispositi-

Módulo de concentración solar fotovoltaica y disposición modular que comprende dicho módulo. Objeto de la invención

La presente invención se puede englobar dentro del campo técnico de la generación de energía eléctrica empleando el efecto fotovoltaico. Más concretamente, un primer objeto de la invención se refiere a un módulo de concentración solar fotovoltaica. Según un segundo objeto de la invención, se presenta una disposición modular que comprende al menos uno de tales módulos. Antecedentes de la invención

La definición de sistemas solares concentradores está basada en la reducción del uso de materiales receptores fotovoltaicos mediante el empleo de elementos ópticos, capaces de concentrar en el plano donde se localiza el receptor la radiación solar que incide en el concentrador con un determinado ángulo de visión.

Los sistemas de concentración para tecnología fotovoltaica de alta y media concentración, debido al bajo ángulo de visión que los caracteriza, sólo son viables empleando estructuras móviles que producen un seguimiento solar en dos ejes. La complejidad de dichas estructuras móviles, tanto en diseño como en construcción y mantenimiento, aumenta la complejidad y costes del sistema. Al mismo tiempo, este tipo de módulos suelen tener un grosor mucho mayor que los módulos fotovoltaicos convencionales, no siendo posible utilizar los elementos y técnicas convencionales para su instalación, encareciendo igualmente la solución.

Por otro lado, existen sistemas de baja concentración que podrían utilizarse en sistemas seguidores de un eje, menos complicados que los sistemas de dos ejes, y con un grosor comparable a los módulos convencionales. Para poder alcanzar una solución efectiva que llegue a conseguir una producción similar a la de un módulo convencional, es necesario alcanzar una alta eficiencia óptica, al mismo tiempo que un alto ángulo de aceptancia. Generalmente, en estos módulos la óptica se construirá con materiales plásticos

o acrílicos para poder alcanzar una solución económica con las tolerancias requeridas. Estos materiales son muy sensibles a la penetración de humedad o a la abrasión, disminuyendo su eficiencia si están expuestos a este tipo de agentes ambientales externos. Para evitar efectos de degradación, es necesario que tanto los componentes ópticos como la célula fotovoltaica estén protegidos frente a las condiciones ambientales. Existen módulos de baja concentración, como por ejemplo en el módulo que se fabricaría con el método descrito en la patente WO 2010/068902, en los que los elementos ópticos no están protegidos de agentes externos, limitando drásticamente la durabilidad del módulo.

A la luz de lo que se acaba de exponer, el problema técnico que se plantea es la definición de un módulo fotovoltaico de baja concentración (con un factor de concentración de entre 3 y 10) , que incorpore una óptica de alta eficiencia, mayor del 90%, y valores altos de ángulo de aceptancia, preferiblemente mayor de ±8 grados. En este sentido, la solicitud de patente española P201030331, igualmente propiedad del solicitante, describe un módulo de concentración fotovoltaico que comprende lentes de óptica sólida para obvos de seguimiento activos, haciendo uso de elementos estructurales convencionales para conseguir una producción similar a la de un módulo convencional.

Además, el módulo de la invención debe ser capaz de resistir las condiciones ambientales con el fin de evitar la degradación de los elementos ópticos que integra. Al igual que los módulos convencionales, dicho módulo debe ser susceptible de ser utilizado en plantas fotovoltaicas haciendo uso de elementos estructurales convencionales para conseguir una producción similar a la de un módulo convencional, obteniéndose una reducción de costes en este nuevo módulo gracias al uso de concentración. Descripción de la invención

La presente invención resuelve los inconvenientes planteados, mediante, según un primer objeto de la invención, un módulo de concentración solar fotovoltaica que comprende una pluralidad de lentes de concentración; y una pluralidad de células fotovoltaicas interconectadas, fijadas a un substrato y sobre las que reposan las lentes.

Las lentes son de óptica sólida con reflexión total interna y pueden estar fabricadas en diversos materiales, como por ejemplo vidrio, si bien se prefieren materiales acrílicos, tales como, por ejemplo, PMMA, debido a condicionantes económicosyasu bajo peso. Las lentes de concentración comprenden una zona de entrada, por la que la luz solar accede a cada lente, así como una zona de salida, por la que la luz solar abandona cada lente. Las lentes presentan una dimensión longitudinal sustancialmente mayor a las dimensiones de su sección transversal, y se encuentran dispuestas paralelamente unas a otras, según una alineación de lentes con la dimensión longitudinal en común o según una matriz de lentes, mediante disposición contigua de lentes en dirección longitudinal y en dirección transversal.

Las lentes se encuentran fijadas por su zona de entrada a un panel frontal, por medio de una película de un producto adhesivo de alta transparencia, por ejemplo, EVA (etil-acetato de vinilo) , silicona, adhesivo acrílico, adhesivo de curado ultravioleta, o similares. El panel frontal sirve de soporte estructural del módulo, ofreciendo al mismo tiempo protección a las lentes frente agentes medioambientales externos y está fabricado de manera preferente de vidrio o de un material acrílico. El panel frontal puede incorporar un tratamiento para disminuir la penetración de la humedad, aumentar la resistencia a la abrasión, o aumentar la transmisión de luz a las lentes (capa antirreflectante) .

La zona de salida de las lentes se encuentra, asimismo, dispuesta sobre las células fotovoltaicas interconectadas, reposando a su vez dichas células sobre el sustrato. Las células tienen un espesor reducido respecto de su anchura, así como una longitud sustancialmente mayor que la anchura. El ancho de las células y la separación entre dichas celdas dependen de cada diseño específico. Las células pueden ser de capa fina o estar fabricadas en silicio de alta eficiencia o silicio convencional. Las células se interconectan mediante uniones en paralelo y serie, formando una o más cadenas, que se conectan en paralelo en una única salida común del módulo, pudiendo incorporar diodos de paso. Dichos diodos se conectan en paralelo, con polaridad inversa, a una o más células conectadas entre sí en serie, con objeto de proteger a las células y minimizar las pérdidas en situaciones de sombreados parciales en el módulo.

El sustrato actúa como soporte estructural y facilita, por conducción, la disipación del calor generado en las células. El sustrato puede estar fabricado en metal, o bien en metal recubierto de una capa de aislante eléctrico o, alternativamente, puede estar fabricado en vidrio.

El sustrato y el panel frontal se cierran y se sellan, encerrando en su interior el conjunto de lentes y de células interconectadas, para protegerlas del exterior. El cierre y sellado se puede llevar a cabo, preferentemente, mediante tecnología de doble acristalamiento o mediante el uso de un marco exterior, junto con un sellante, por ejemplo, silicona que evite la penetración de humedad en el módulo. El marco exterior puede estar fabricado en aluminio o en plástico extruido, para facilitar el sellado del módulo, proporcionar rigidez estructural y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte.

Gracias al empleo de lentes de óptica sólida con reflexión total interna, el módulo fotovoltaico de baja concentración de la invención presenta un factor de concentración comprendido entre 3 y 10, así como incorpora una óptica de alta eficiencia, mayor del 90%, y ángulo de aceptancia preferiblemente mayor de ±8 grados, aunque no se descarta al uso del módulo para rangos de ángulos de aceptancia menores. Adicionalmente el módulo de la invención proporciona protección a los elementos ópticos frente a agentes ambientales, y es susceptible de ser utilizado en plantas fotovoltaicas haciendo uso de elementos estructurales convencionales, tanto carentes de seguimiento solar como dotados de seguimiento en un eje o en dos ejes. Debido a todas estas características es posible conseguir una producción similar a la de un módulo convencional, obteniéndose una reducción de costes en el módulo gracias al...

 


Reivindicaciones:

1. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica caracterizado porque comprende:

- una pluralidad de lentes (2) de concentración, del tipo de óptica sólida con reflexión total interna, para dotar al módulo (1) de un factor de concentración comprendido entre 3 y 10, que comprenden una zona de entrada (5) de luz solar, así como una zona de salida (6) de la luz solar, dichas lentes (2) dispuestas paralelamente unas a otras, con su dimensión longitudinal en común, donde las lentes (2) se encuentran fijadas por su zona de entrada (5) , mediante un producto adhesivo (7) de alta transparencia, a un panel frontal (8) a modo de soporte estructural y protección frente a agentes medioambientales, y

- una pluralidad de células (3) fotovoltaicas interconectadas, fijadas a un substrato (4) y sobre las que reposa la zona de salida (6) de las lentes (2) , y donde el substrato (4) y el panel frontal (8) están cerrados y sellados para encerrar las lentes (2) y las células (3) , protegiendo dichas lentes (2) y dichas células (3) de las condiciones ambientales para evitar su degradación.

2. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes (2) tienen una eficiencia superior al 90%.

3. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes (2) están fabricadas en material acrílico.

4. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes (2) están fabricadas en PMMA.

5. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes (2) están fabricadas en vidrio.

6. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el producto adhesivo (7) se selecciona entre:

- EVA (etil-acetato de vinilo) ,

- silicona,

- adhesivo acrílico, o

- adhesivo de curado ultravioleta.

7. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el panel frontal (8) incorpora un tratamiento para disminuir la penetración de la humedad, para aumentar la resistencia a la abrasión, o para aumentar la transmisión de luz.

8. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado

porque las células (3) están fabricadas en silicio de alta eficiencia, silicio convencional o células de capa fina.

9. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica, de acuerdo la reivindicación 1, caracterizado porque las células (3) están interconectadas mediante uniones en paralelo y serie, formando una o más cadenas, conectables en paralelo en una única salida común del módulo (1) ; y porque las células (3) incorporan diodos de paso conectados en paralelo con polaridad inversa a una o más células (3) conectadas entre sí en serie, para proteger las células (3) y minimizar las pérdidas en situaciones de sombreados parciales en el módulo (1) .

10. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato (4) está fabricado en metal, o en metal recubierto de una capa de aislante eléctrico, o en vidrio.

11. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 7 ó 10, caracterizado porque el substrato (4) y el panel frontal (8) están fabricados en vidrio y están cerrados y sellados mediante tecnología de doble acristalamiento empleando un espaciador (11) , para mantener la separación de dicho panel frontal (8) y dicho substrato (4) , y uno o varios sellantes (12) para ofrecer cohesión y adherencia del espaciador (11) con el panel frontal (8) y el substrato (4) .

12. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 7 ó 10, caracterizado porque el substrato (4) y el panel frontal (8) están cerrados y sellados mediante un marco (9) exterior, junto con un sellante (12) para evitar la penetración de humedad en el módulo (1) .

13. Módulo (1) de concentración solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el marco (9) exterior está fabricado en aluminio o en plástico extruido, para facilitar el sellado del módulo (1) , proporcionar rigidez estructural y facilitar el anclaje del módulo (1) en unas estructuras de soporte (10) .

14. Disposición modular que comprende al menos uno de los módulos (1) de concentración solar fotovoltaica descritos en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende adicionalmente una estructura (10) de soporte sobre la que están dispuestos los módulos.

15. Disposición modular, de acuerdo con la reivindicación 14 caracterizada porque la estructura modular (10) presenta una inclinación regulable mediante la permutación selectiva entre una posición de verano, con menor inclinación respecto de un plano vertical, y una posición de invierno, con mayor inclinación respecto de un plano vertical, sin elementos activos mecánicamente.


 

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