MÓDULO SOLAR DE LÁMINAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS.

Módulo solar de láminas de células fotovoltaicas caracterizado porque está formado por varias láminas de la inclinación adecuada y unidas entre sí mediante unos soportes estructurales,

que están compuestas por varias capas de diversos materiales a modo de "sándwich" entre las que se encuentran una capa de células solares fotovoltaicas y una capa de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico, que haga de barrera física al agua, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos y que irá situada en una posición más exterior que la capa de células, que irán dispuestas en una o más filas e interconectadas eléctricamente entre sí mediante un conductor; cada lámina "sandwich" puede incluir otras capas necesarias para el correcto funcionamiento y durabilidad del módulo; asimismo el "sandwich" de cada lámina puede ir reforzado mediante el sellado de su borde y por el pinzamiento de este borde recurriendo a un marco perimetral continuo o a unas cuñas discontinuas también perimetrales; el módulo puede incluir diodos de paso.

MÓDULO SOLAR DE LÁMINAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

La presente Patente de Invención tiene por objeto un módulo solar fotovoltaico (10) compuesto por láminas (2) separadas entre sí e integradas a su vez por células solares fotovoltaicas (1) .

La energía solar fotovoltaica tiene por objeto la producción de electricidad a partir de un sistema generador compuesto principalmente por módulos o paneles solares fotovoltaicos (FV) que toman como fuente la energía proveniente del sol. Esta electricidad puede ser destinada al consumo autónomo (sistemas autónomos) , a la venta a la compañía propietaria de la red eléctrica (sistema conectado a la red) o bien un sistema mixto de los anteriores.

Los módulos FV están compuestos a su vez por células solares FV que pueden ser de diferentes tecnologías: Silicio monocristalino o e-Si, Silicio multi o policristalino (p-Si) , monocristalinas de alta eficiencia (contactos enterrados, contacto posterior, HIT -heterounión con capa fina intrínseca-) , células EFG -de crecimiento en cinta sustentado por el borde-, células cuánticas o "quantum dot solar cells" -si bien estas últimas se encuentran aún en investigación-, células "thin film" o capa de fina (Silicio amorfo o a-Si -que consigue un grado de transmitancia lumínica desde opaco hasta transparente, propiedad que proporciona una gran versatilidad en cubiertas u otras aplicaciones arquitectónicas-, Silicio amorfo hidrogenado o a-Si:H, Silicio microcristalino o c-Si, Silicio microcristalino hidrogenado c-Si:H, Siliciomicromorfo o a-Si+c-Si -que constituye un tándem de los dos tipos de células anteriores-, Silicio micromorfo hidrogenado o a-Si:H+c-Si:H, Silicio nanocristalino o nc-Si, tintas o "inks" de Silicio amorfo o "dye cells", GdTe, GIS, GIGS, etc ... ) , células orgánicas, células flexibles, células multiunión (AsGa, AsGaln, etc ... ) y células bifaciales. A su vez podemos disponer de células de diferentes formas (cuadradas, rectangulares, circulares, biseladas, semicirculares, ... ) y de diferentes tipos de colores, dependiendo del tipo de célula y de la composición y los espesores de la película antirreflectante de las células. El color de la célula marcará la tendencia en el diseño arquitectónico que se lleve a cabo con módulos FV. Para ello existe un amplio abanico de colores para elegir. Así mismo podemos lograr diferentes grados de transparencia en función del tipo de célula empleada: opacas (e-Si, p-Si,

micromorfo-Si, ... ) , semitransparentes (a-Si, que puede alcanzar hasta un 15% de transparencia; e-Si perforadas, ... ) . También es posible conseguir células solares que formen un dibujo o patrón determinado con las que hacer carteles informativos o publicitarios, pudiendo incluso sustituir algunas células activas por serigrafías que imiten la forma o el color de la célula a la que sustituyen.

Además, la energía solar foto voltaica resulta un medio excelente para ayudar a alcanzar un modelo energético respetuoso con el medio ambiente, en una sociedad preocupada por el cambio climático.

En la actualidad los módulos solares FV convencionales están formados por una superficie horizontal en la que las células solares están dispuestas en el mismo plano horizontal citado y van cubiertas de una lámina encapsulante de EVA (Etil-vinilacetato) transparente que las envuelve. En su parte posterior están recubiertas de una lámina de Fluoruro de polivinilo (Tediar) de color claro, que refleja parte de la radiación que ha logrado atravesar las células de nuevo hacia ellas. En la parte frontal del módulo se coloca un vidrio tratado térmicamente que incrementa su resistencia a la rotura por choque térmico (templado o termoendurecido) de bajo contenido en hierro y elevada transmisividad óptica, que aísla mejor el conjunto ante la humedad, y que además da rigidez y evita roturas ante posibles impactos de cuerpos sólidos como el granizo. Las células solares quedan por tanto embutidas entre las capas citadas a modo de "sandwich". En la mayoría de los módulos se incorpora un marco de aluminio anodizado que sujeta y da rigidez al conjunto, rodeándolo en todo su perímetro, embutiendo el conjunto vidrio-EVA-células-EVAFluoruro de polivinilo por medio de una goma. El marco lleva preparados taladros para la fijación del módulo al bastidor de hierro forjado, aluminio o acero, que proporciona la inclinación necesaria y óptima a los paneles, ya que estos son planos en el estado actual de la técnica. Actualmente las células de cada módulo van agrupadas en series de filas y columnas y están todas en el mismo plano.

El aspecto final del módulo o panel fotovoltaico estará directamente relacionado con la célula empleada para la realización del mismo. La amplia gama 30 de tecnologías, colores y formas de las células permite una gran libertad para los arquitectos en el diseño individual del edificio. Este es el campo de la Energía Solar Fotovoltaica Integrada en la Edificación (Building Integrated Photovoltaics o BIPV) . Debido a sus características de producción silenciosa y no contaminante, hoy en día

la BIPV es la más conveniente fuente de energía eléctrica renovable para las ciudades. A la luz de estas premisas y teniendo en cuenta el crecimiento de la conciencia ambiental, BIPV es un verdadero futuro prometedor.

Una variante a la configuración en "sandwich" vidrio-EVA-Células-EVA-tedlar de los módulos ya citados anteriormente, y que es ampliamente utilizada en BIPV, es la configuración de doble vidrio sin marco, también en "sandwich": vidrio-resina encapsulante-células-resina encapsulante-vidrio. El vidrio de la cara frontal es un vidrio tratado térmicamente que incrementa su resistencia a la rotura por choque térmico (templado, que incrementa su resistencia cinco veces respecto al vidrio recocido convencional; o termoendurecido, que dobla la resistencia respecto al convencional) de bajo contenido en hierro y de alta transmisividad óptica, y a su vez debe ser resistente y con los cantos pulidos. El encapsulante o resina puede ser EVA

o PVB (Poli vinil butiral) transparente, donde el sellado de los bordes debe realizarse correctamente (el PVB es comúnmente utilizado para el vidrio laminado de seguridad por sus ventajas de resistencia y robustez) . Las células de nuevo pueden ser de alguna de las tecnologías citadas. El vidrio posterior también será templado o termoendurecido con los cantos pulidos, que mejoran las prestaciones del módulo solar en su aplicación arquitectónica. Este vidrio posterior también puede ser opaco, limitando la radiación solar que atraviesa el módulo, y/o de colores cuando las necesidades arquitectónicas así lo requieran. El conjunto del "sandwich" puede incorporar grapas o cuñas de aluminio anodizado que pinzan el conjunto mediante una goma y le dan mayor cohesión mecánica.

Las características funcionales de los módulos FV permiten que se puedan utilizar en multitud de aplicaciones donde se requiera función y belleza para una arquitectura individual y moderna, por ejemplo en: suelos o azoteas de edificios (tanto planos como inclinados) , requiriendo en casi todos los casos de una estructura de soporte que de la inclinación a los módulos FV, para optimizar la conversión y obtención de electricidad a lo largo de todo el año; techos acristalados; lucernarios; atrios; pérgolas; muros cortina; fachadas de doble piel; revestimientos de fachadas; protección con voladizos en fachadas; marquesinas; y otras aplicaciones (mobiliario urbano, barandillas de balcones y escaleras) .

El coste depende de muchos factores, como por ejemplo, de la cantidad de células por módulo (que ya de por sí actúan como protector solar) . En cualquier caso es una inversión que se amortiza a corto-medio plazo, al contrario de elementos

constructivos convencionales que no son económicamente activos. Se amortiza, sobre todo, conectando el sistema a red.

Es de reseñar la falta de estética que introducen el conjunto del módulo y la estructura de soporte convencionales (estructuras de aluminio anodizado, hierro forjado o acero) en el caso de los tejados o azoteas en el ámbito de la edificación (especialmente los tejados planos, de menos de un 5% de inclinación) , pues el conjunto sobresale excesivamente de la línea superior de la cubierta, rompiendo frecuentemente la armonía de la edificación. También supone un incremento del coste tanto en las cubiertas, tejados o pérgolas horizontales, y fuera del ámbito de la BIPV, en las instalaciones en...

1 a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , caracterizado porque está formado por varias láminas (2) de la inclinación adecuada y unidas entre si mediante unos soportes estructurales (11) , que están compuestas por varias capas de diversos materiales a modo de "sandwich" entre las que se encuentran una capa de células solares fotovoltaicas (1) Y una capa de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5) , que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos y que irá situada en una posición más exterior que la capa de células (9) , que irán dispuestas en una o más filas e interconectadas eléctricamente entre sí mediante un conductor (3) , incluyendo cada lámina "sandwich" otras capas necesarias para el correcto funcionamiento y durabilidad del módulo, estando asímismo reforzado el "sandwich"

de cada lámina (2) mediante el sellado de su borde y por el pinzamiento de este borde recurriendo a un marco perimetral continuo (7) o a unas cuñas discontinuas (12) también perimetrales -en ambos casos pudiendo emplear una goma (8) que actúe de atenuador de la tensión mecánica en la lámina -y pudiendo incluir el módulo diodos de paso.

2a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según la reivindicación 1 a, caracterizado, además, porque las láminas (2) del módulo solar son transversales y van unidas al soporte estructural (11) del módulo.

3a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según la reivindicación 1 a, caracterizado, además, porque las láminas del módulo solar son 25 longitudinales y van unidas al soporte estructural del módulo.

4a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 3a, caracterizado porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa de células solares fotovoltaicas (1) , que van encapsuladas mediante una doble capa de resina aislante transparente (4) que embute la capa de células solares, que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; por una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5) , que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; y por una capa posterior de Fluoruro de polivinilo (6) .

5a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5) , que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina (4) de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; una capa de células solares fotovoltaicas (1) de cualquiera de las tecnologías existentes; una capa de resina laminada con Fluoruro de polivinilo; una capa de poliester; y por último una capa de Fluoruro de polivinilo blanco.

6a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5) , que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de resina encapsulante (4) de elevada transparencia y que aísla de la humedad y aísla eléctricamente; una capa de células solares fotovoltaicas (1) ; una capa de resina encapsulante (4) ; y por último una capa de material adecuado de sustrato (15) .

7a._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1a a 3a, caracterizado, además, porque las láminas (2) "sandwich" están compuestas por capas entre las que se encuentran: una capa frontal superior de material de elevada transmisividad óptica y gran resistencia a la rotura por choque térmico (5) , que haga de barrera física al agua, pudiendo presentar la cara más exterior de esta capa diferentes texturas, capa que a su vez dé rigidez al conjunto de la lámina (2) al tiempo que evite roturas en caso de

impacto de ciertos cuerpos sólidos; una capa de pasivante de la superficie frontal de las células solares, de elevada transparencia; una capa de células solares fotovoltaicas (g) ; una capa de resina (4) ; y por último una capa de material adecuado de sustrato (15) .

S. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 7a, caracterizado, además, porque la cara posterior (14) de cada lámina solar (2) va adherida a unas piezas sólidas que van unidas a los soportes bien directamente, bien a través de unas costillas y barras.

ga._ Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 7a, caracterizado, además, porque la cara posterior (14) de cada lámina solar (2) va unida mediante un pegamento adecuado o por medios mecánicos a una chapa de cualquier material adecuado y que a su vez va fijada al soporte estructural (11) .

10a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según la reivindicación ga, caracterizado, además, porque las chapas unidas a la caras posteriores de cada lámina solar están unidas entre sí, constituyendo un cerramiento y sustentación de las láminas, lo que permite prescindir de los soportes estructurales (11 ) .

11a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 7a, caracterizado, además, porque los laterales de cada lámina (2) van unidos a una chapa de cualquier material adecuado, quedando en la parte posterior (14) de cada lámina una cámara de aire entre la lámina y la chapa, constituyendo la chapa un cerramiento y sustentación de las láminas, lo que permite prescindir de los soportes estructurales (11) .

2.

12. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según . cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a sa, caracterizado, además, porque incorpora una chapa de cualquier material adecuado unida a la parte inferior (13) de los soportes estructurales (11) , a modo de cerramiento.

13a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a ga, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas dentro del módulo solar, habilitando un eje de rotación de orientación Norte-Sur en cada lámina del módulo solar, entre los puntos

de unión de las láminas (2) con los soportes (11) de la estructura modular, posibilitando el giro de las láminas diariamente y a lo largo del año.

14a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 12a, caracterizado, además, porque se 5 dota de movilidad al módulo solar mediante un eje de rotación de orientación Norte

Sur.

15a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas dentro del módulo solar, habilitando un eje de rotación de orientación Este-Oeste en cada lámina del módulo solar, entre los puntos de unión de las láminas (2) con los soportes (11) de la estructura modular, posibilitando el giro de las láminas diariamente y a lo largo del año.

16a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 12a, caracterizado, además, porque se 15 dota de movilidad al módulo solar mediante un eje de rotación de orientación Este

Oeste.

17a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 12a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad al módulo solar mediante un eje vertical (16) de rotación azimutal (17) .

18a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1a o 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas solares (2) y/o al módulo solar (10) habilitando dos ejes de rotación de orientación, uno Norte-Sur y otro Este-Oeste.

19a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a O 4a a 9a, caracterizado, además, porque se dota de movilidad a las láminas solares (2) y/o al módulo solar (10) habilitando dos ejes de rotación, uno azimutal y otro de orientación Este-Oeste.

20a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según 30 cualquiera de las reivindicaciones 13a a 19a, caracterizado, además, porque se incorpora un anemómetro digitalizado que lleva al módulo solar (10) o a las láminas (2) más expuestas a una posición de seguridad en caso de vientos fuertes.

21a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones ga a 20a, caracterizado, además, porque la chapa es de cualquier material especular, y porque las células solares fotovoltaicas pueden ser bifaciales.

22a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 21 a, caracterizado, además, porque incorpora cualquier sistema de concentración solar.

23a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según la reivindicación 22a, caracterizado, además, porque el sistema de concentración consiste en lentes de Fresnel lineales que enfocan la radiación solar sobre las láminas (2) , quedando el eje focal de cada lente sobre la lámina (2) correspondiente uniformemente iluminada.

24a. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a a 23a, caracterizado, además, porque incorpora un sistema de monitorización telemática y un sistema de gestión de la energía producida mediante cajas de conexiones inteligentes convenientemente ubicadas en el módulo solar (10) , realizándose la monitorización en tiempo real vía telemática desde un centro de control automatizado que genera una alarma en caso de que algún elemento del sistema solar produzca menos energía que la esperada.

2Sa. Módulo solar (10) de láminas (2) de células fotovoltaicas (1) , según la reivindicación 24a, caracterizado, además, porque la caja de conexiones inteligente incorpora un microinversor que convierte in-situ la corriente continua que genera cada módulo (10) o lámina solar (2) en corriente alterna.