MÓDULO DE CONCENTRACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA.

Módulo de concentración solar fotovoltaica formado por una carcasa (1) que en su interior tiene unos receptores fotovoltaicos (2) alineados en filas e interconectados entre sí,

un parquet de lentes concentradoras (18) en la parte superior de la carcasa (1) cerrando ésta de forma estanca, y un elemento óptico secundario (19) sobre la célula fotovoltaica (5) de cada receptor fotovoltaico (2). El módulo tiene un sistema de aislamiento eléctrico de los receptores fotovoltaicos (2) formado por piezas de plástico (8), cada una de las cuales aloja a al menos un receptor fotovoltaico (2), en un alojamiento (9), existiendo una almohadilla térmica (12) en el alojamiento (9), bajo el receptor fotovoltaico (2), que lo aísla eléctricamente y transmite el calor desde éste.

MÓDULO DE CONCENTRACiÓN SOLAR FOTOVOL TAICA

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de los módulos solares fotovoltaicos para el aprovechamiento de la energía solar para la producción de energía eléctrica, concretamente a módulos solares fotovoltaicos de alta concentración, y más concretamente a módulos formados por un parquet de lentes concentradoras, elementos ópticos secundarios, y células fotovoltaicas de alta eficiencia, todos ellos dispuestos en una carcasa, junto con sistemas auxiliares, como sistemas disipadores térmicos, sistemas de aislamiento eléctrico y sistemas de protección.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Numerosos sistemas de concentración solar fotovoltaica (CPV) han sido propuestos y desarrollados ala largo del siglo XX hasta la actualidad. A pesar de este largo historial, estos sistemas no son actualmente competitivos en términos de coste y eficiencia con respecto a las formas tradicionales de producción de energía, y muchos de ellos no han llegado a comercializarse o bien están en las primeras fases de desarrollo. Los principales motivos pueden resumirse en que los costes de las células fotovoltaicas necesarias para esta tecnología han permanecido elevados, que no se ha procedido a una industrialización y automatización de líneas debido principalmente a que todo lo que se ha desarrollado ha sido a escala de prototipos o muy bajos volúmenes, que los diseños y tecnologías empleados no se encontraban tan evolucionados como en la actualidad, y que la fiabilidad de la tecnología no había sido comprobada en el largo plazo, lo cual es una desventaja con respecto a tecnologías más convencionales. Los documentos W02006114457, W02009106648 y WO 2009058603 muestran el típico esquema de funcionamiento de un sistema de concentración solar fotovoltaica. Dicho sistema consiste en lentes concentradoras de luz

sobre receptores fotovoltaicos, y elementos ópticos secundarios que dotan al sistema de mayor concentración. Diversos sistemas que utilizan lentes concentradoras han sido propuestos con y sin óptica secundaria. De forma más particular, existen diversos documentos que describen la configuración y diseño de módulos de concentración solar fotovoltaica. Por ejemplo, el documento US 2009/0126794 muestra un módulo con un marco multifuncional. Los documentos US 2008/0264469, US 7851693 muestran módulos de concentración solar fotovoltaica con elementos reflectivos, vidrios de protección y sistemas de disipación térmica. Asimismo, el documento US 2010/0101625 presenta un módulo rectangular de gran profundidad, así como el sistema de seguimiento solar asociado al mismo. Sin embargo, los sistemas presentados en el estado de la técnica no abordan específicamente algunas de las principales consideraciones que a nivel de diseño un módulo CPV debería abordar, las cuales se describirán en detalle en la descripción de la invención. El hecho de no incluir dichas consideraciones, podría derivar en costes de manufactura más elevados o rendimientos ineficientes e inseguros.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención aporta soluciones para la mejora de las prestaciones funcionales de los módulos fotovoltaicos. El módulo objeto de la presente invención presenta un sistema óptico capaz de proporcionar la concentración suficiente y hacerlo eficientemente. Asimismo tiene células de alta eficiencia, y sistemas de gestión térmicas adecuados, eficientes en costes, además de sistemas de aislamiento eléctricos que eviten fugas de corriente con potencial de originar situaciones peligrosas en el manejo de los mismos. Adicionalmente, el módulo presenta sistemas de ventilación adecuados que eliminen problemas de condensación en el interior del mismo. El módulo de la presente invención consta de una serie de elementos que pueden ser visualizados exteriormente, y otros que se encuentran alojados en el interior del mismo.

Exteriormente el módulo está formado por un parquet de lentes que concentran la luz sobre unos receptores fotovoltaicos, todo ello sostenido por un marco que puede ser metálico o polimérico. En la parte posterior del módulo existen unos disipadores térmicos lineales. En el interior del módulo existen una serie de elementos que tales como elementos ópticos secundarios, receptores fotovoltaicos, conectados eléctricamente, y piezas de plástico para el aislamiento eléctrico de los receptores así como piezas de clipado. Adicionalmente, el módulo presenta un sistema de válvulas para la ventilación externa, y sistemas de protección off focus, es decir, sistemas para evitar daños a elementos internos por desviaciones de rayos de luz. Los receptores fotovoltaicos están formados por una superficie de cobre u otro material conductor sobre la que están dispuestos al menos una célula fotovoltaica, un diodo de protección, y los correspondientes conectores del receptor fotovoltaico. El módulo tiene un parquet de lentes concentradoras que están dispuestas en la parte superior de la carcasa y cierran ésta de forma estanca, en un plano paralelo al de la base en la que están los receptores fotovoltaicos. El parquet de lentes está realizado mediante silicona adherida sobre vidrio. El número de lentes concentradoras es igual al de receptores fotovoltaicos, y cada una de las lentes concentradoras está dispuesta sobre el eje de uno de los receptores fotovoltaicos. Para mejorar la eficiencia óptica y el ángulo de aceptancia del módulo, cada una de las piezas contiene el espacio necesario para alojar a al menos un receptor fotovoltaico, y existe un elemento óptico secundario adherido mediante una silicona sobre cada una de las células fotovoltaicas de cada receptor fotovoltaico. Así, las lentes focalizan la luz sobre los elementos ópticos secundarios, que la transfieren a las células de los receptores fotovoltaicos. El módulo de concentración solar fotovoltaica objeto de la presente invención tiene un sistema de aislamiento eléctrico de los receptores fotovoltaicos, con el objeto de evitar corrientes de fuga.

Este sistema de aislamiento eléctrico está formado por unas piezas de plástico, preferentemente realizadas por moldeo. Estas piezas de plástico son elementos no conductores de la electricidad, por lo que constituyen una barrera para la fuga de corriente. El sistema de aislamiento eléctrico de los receptores fotovoltaicos presenta además una almohadilla o pasta térmica dispuesta en el alojamiento de cada una de las piezas de plástico, bajo el receptor fotovoltaico, la cual aisla eléctricamente dicho receptor fotovoltaico evitando fugas de corriente. Asimismo, dicha almohadilla o pasta transmite el calor generado en el receptor fotovoltaico hacia los disipadores térmicos, ello evita el sobrecalentamiento de la célula. Si esta almohadilla o pasta es adhesiva, actuará como medio de sujeción del receptor fotovoltaico. Particularmente, el receptor fotovoltaico puede quedar sujeto a la pieza de plástico mediante al menos una pieza de clipado. Dicha pieza de clipado es una pieza complementaria al cuerpo principal que puede deslizar internamente sobre él hasta situarse encima del receptor fotovoltaico, ejerciendo una presión uniforme sobre el mismo. De forma preferente, el sistema de aislamiento eléctrico del módulo de concentración solar fotovoltaica tiene dos piezas por cada pieza de plástico ubicadas en dos laterales opuestos del cuerpo. Estas piezas de clipado deslizan a través de unas cavidades practicadas en la pieza de plástico quedando a su vez fijadas a ésta. De esta forma, las piezas de clipado ejercen sobre los receptores fotovoltaicos una presión uniforme pero no excesiva, lo que evita sobretensiones sobre los receptores, que a su vez podrían originar torsiones en dichos receptores, causando la rotura de éstos. Adicionalmente, el módulo de concentración solar fotovoltaica objeto de la presente invención puede disponer de elementos disipadores de calor para evacuar el calor generado en los receptores fotovoltaicos, mejorando la eficiencia de éstos. Las células fotovoltaicas de los receptores son menos eficientes a mayor temperatura, por lo que un sistema para mantenerla lo más fría posible incrementa enormemente su rendimiento y vida útil.

Estos elementos disipadores de calor son longitudinales y están situados en la cara externa de la base de la carcasa, cada uno de ellos dispuesto bajo una fila de receptores fotovoltaicos. Según una realización particular de la invención, el módulo de concentración solar fotovoltaica tiene medios de protección contra la radiación solar fuera de foco, también llamada "off focus". Este concepto hace referencia a situaciones en las que las lentes no focalizan en los elementos secundarios correspondientes, sino que lo hacen en...

1. Módulo de concentración solar fotovoltaica que comprende una carcasa (1) , en cuyo interior están alojados

una pluralidad de receptores fotovoltaicos (2) dispuestos en la base (3) de dicha carcasa (1) alineados en filas, e interconectados entre sí, comprendiendo cada uno de ellos una superficie conductora de receptor (4) , sobre la que están dispuestos al menos una célula fotovoltaica (5) , 10 al menos un diodo de protección (6) ,

y los correspondientes conectores del receptor fotovoltaico (2) un parquet de lentes concentradoras (18) , dispuestas en la parte superior de la carcasa (1) , cerrando ésta de forma estanca, en un plano paralelo al de la base (3) con los receptores fotovoltaicos 15 (2) ,

iguales en número a los receptores fotovoltaicos (2) , cada una de las lentes concentradoras (18) dispuesta sobre uno de dichos receptores fotovoltaicos (2) ,

y una pluralidad de elementos ópticos secundarios (19) , dispuestos cada uno de ellos sobre la célula fotovoltaica (5) de cada receptor fotovoltaico (2) , dicho módulo de concentración solar fotovoltaica caracterizado porque comprende un sistema de aislamiento eléctrico de los receptores fotovoltaicos (2) que comprende a su vez, una pluralidad de piezas de plástico (8) , cada una de las cuales aloja a al 25 menos un receptor fotovoltaico (2) , que comprenden un alojamiento (9) para dicho receptor fotovoltaico (2) ,

y una almohadilla térmica (12) dispuesta en el alojamiento (9) de cada una de las piezas de plástico (8) , bajo el receptor fotovoltaico (2) que aisla eléctricamente dicho receptor fotovoltaico (2) y actúa de transmisor de calor.

2. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor fotovoltaico (2) queda sujeto a la pieza de

plástico (8) mediante al menos una pieza de clipado (10) que se fija a dicha pieza de plástico (8) y sujeta de forma elástica el receptor fotovoltaico (2) ejerciendo presión uniforme sobre éste.

3. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según la reivindicación anterior, caracterizado porque el sistema de aislamiento eléctrico comprende dos piezas de clipado (10) que se fijan a cada pieza de plástico (8) y sujetan al receptor fotovoltaico (2) en dos laterales opuestos de éste.

4. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las piezas de clipado (10) deslizan a través de unas cavidades (11) de la pieza de plástico (8) .

5. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pluralidad de elementos disipadores de calor (13) longitudinales, dispuestos en la cara externa de la base (3) de la carcasa, cada uno de ellos dispuesto bajo una fila de receptores fotovoltaicos (2) , comprendiendo cada elemento disipador de calor (13) a su vez una pluralidad de aletas paralelas a las filas de receptores fotovoltaicos (2) .

6. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios de protección contra la radiación solar fuera de foco, que comprenden a su vez 25 una pluralidad de piezas metálicas longitudinales (14) con forma de "U" invertida, dispuestas cada una de ellas sobre una fila de elementos ópticos secundarios (19) , teniendo estas piezas metálicas longitudinales (14) una pluralidad de orificios (15) dispuestos cada uno de ellos sobre cada uno de los elementos ópticos secundarios (19) de la fila, permitiendo el paso de la radiación solar únicamente a los elementos secundarios (19) e impidiendo su paso al resto de partes del módulo.

7. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos un soporte vertical (16) del parquet de lentes concentradoras (18) que tiene una altura igual a la del módulo de concentración solar fotovoltaica, y que se fija a la base (3) de la carcasa (1) en la parte central del módulo, apoyando sobre dicho soporte vertical (16) el parquet de lentes concentradoras (18) .

8. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende dos válvulas de ventilación (17) dispuestas en paredes opuestas de la carcasa (1) que impiden la condensación de agua en el interior del módulo, e igualan las presiones existentes en el interior y el exterior de dicho módulo.

9. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa (1) comprende una pluralidad de caras metálicas plegadas, cortadas y soldadas entre sí.

10. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la carcasa (1) es una pieza de 20 plástico integral.

11. Módulo de concentración solar fotovoltaica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la carcasa (1) es una pieza de aluminio estampado integral.

Fig.1

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Fig.2

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Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Fig.9

Fig. 10a

01_04-2011