Sistema de iluminación diurno y recolección solar de tipo concentración dentro de cerramientos de edificios en vidrio.

Una estructura que comprende: un cerramiento fachada de edificación y módulos solares adyacentes (200)distribuidos entre los paneles de ventana del cerramiento fachada de edificación,

los módulos solares adyacentes(200), comprenden:

unos lentes Fresnel (100)

una celda fotovoltaica (202); y

unos primeros medios que soportan dicha celda fotovoltaica (202) a una distancia predeterminada desde los lentesFresnel (100) de tal manera que se enfoca la radiación solar sobre la celda fotovoltaica (202), en donde los primerosmedios comprenden una estructura de soporte posterior (206) que tiene una primer área de sección transversal enuna primea porción conectada a los lentes Fresnel (100) y una segunda área de sección transversal más pequeñaque la primer área de sección transversal en una segunda porción que soporta la celda fotovoltaica (202),caracterizada por que

la estructura de soporte posterior (206) comprende una estructura de soporte sustancialmente piramidal osustancialmente cónica de las paredes laterales las cuales se hacen de una superficie de material de difusión o unmaterial divergente Fresnel y segundos medios para mover los módulos solares adyacentes (200) en por lo menosdos dimensiones para seguir al sol.

Sistema de iluminación diurno y recolección solar de tipo concentración dentro de cerramientos de edificios en vidrio Esta solicitud reivindica la prioridad para la solicitud estadounidense provisional No. de serie 60/475, 002, presentada el 3 de junio de 2003, y la solicitud estadounidense provisional No. de serie 10/816, 933, presentada el 5 de abril de5 2004, tituladas “SISTEMA DE ILUMINACIÓN DIURNO Y RECOLECCIÓN SOLAR DE TIPO CONCENTRACIÓN DENTRO DE CERRAMIENTOS DE EDIFICIOS EN VIDRIO”.

Campo de la invención La presente invención se dirige de manera general a la generación de energía solar y específicamente a un sistema multifuncional para la generación de energía utilizando recolección de energía solar concentrada Antecedente de la invención Las tecnologías convencionales utilizadas para la generación de energía solar incluyen (1) sistemas energizados por el sol fotovoltaicos (PV) de ‘placa plana’ integrados en los edificios y (2) sistemas PV concentrados ‘independientes’ que se retiran de la ubicación de la aplicación de energía. Aunque estas tecnologías funcionan, la amplia adopción de estos sistemas energizados por el sol para uso general ha sido obstaculizada por una serie de impedimentos.

La viabilidad de la tecnología de placa plana se obstaculiza por la gran cantidad de silicio requerido en la fabricación del sistema. Un sistema de panel plano típico se ilustra en la Figura 1. El techo del edificio se cubre con grandes paneles solares 14, cada uno de los cuales contienen una gran serie de celdas fotovoltaicas 41. Esto resulta en un sistema muy costoso. Dentro de la estructura actual del mercado, estos sistemas son dependientes de los descartes de desechos de la industria de los semiconductores, así como también de grandes subsidios gubernamentales para su implementación – ambas circunstancias constituyen impedimentos económicos para una industria en crecimiento. Adicionalmente, incluso con los subsidios sustanciales ha sido difícil comercializar paneles PV de silicio de placa plana grandes debido a que han sido percibidos por los consumidores como inadecuados y/o antiestéticos para la mayoría de tipos de edificios. Reducir el gran contenido de silicio permitiría la implementación de más materiales arquitectónicamente viables.

La disponibilidad de los sistemas PV concentrados ‘independientes’ ha estado obstaculizado por el costo y la apariencia de grandes estructuras de seguimiento 2 (ver Figura 2) requeridas para su implementación. Esto no solo aumenta el periodo de amortización de costes, que los excluye de aplicación a los sitios que más se beneficiarían de su producción de energía, es decir, la apariencia enorme y antiestética de las estructuras limita sustancialmente su potencial de aplicación amplia a propiedades como edificios. Adicionalmente, los sistemas PV concentrados independientes sufren de efectos de carga de viento debido a su gran tamaño.

Adicionalmente, ambos sistemas convencionales sufren de eficiencias de conversión operativa ‘solar a eléctrica’ relativamente débil. La mejor eficiencia operativa demostrada por cualquier placa plana o sistemas energizados por el sol concentrados actualmente en el mercado es del orden de una conversión eléctrica del 12.5%- 20% de ingreso de energía solar. Adicionalmente, el restante 80%-87.5% de energía se pierde de manera general como calor

desperdiciado. Por lo tanto, sería ventajoso tener un sistema nuevo que no solo tenga una mayor conversión solar a electricidad, sino también convertir la mayor parte de la energía calórica restante hacia aplicaciones directas.

El documento US 4, 326, 012 (A) describe un dispositivo para formar estructuras estáticas tal como paredes o similares expuestas a luz solar que comprenden, en combinación, un bloque de edificio que tiene un cuerpo moldeado de forma de sección cruzada rectangular y fuerza compresiva para uso como una unidad de edificación que tiene caras laterales internas y externas opuestas, dichas caras laterales externas del cuerpo tienen una cavidad allí, dicha cavidad tienen paredes laterales y un extremo interno, un techo solar dispuesto en dicho cuerpo dentro del extremo interno de dicha cavidad, dicha cavidad tiene una abertura de extremo externa dentro de dicha cara de lado externo del cuerpo para exposición a luz solar en una construcción de pared, medios de almacenamiento de energía eléctrica dispuestos dentro de dicho cuerpo y medios de circuito para conectar dicha celda solar a dichos medios de 45 almacenamiento de energía eléctrica con lo cual la energía eléctrica generada por dicha celda solar luego de la incidencia de la luz solar sobre dicha celda solar que pasa a través de la abertura de extremo externa de dicha cavidad se almacena en dichos medios de almacenamiento, y medios para conectar dichos medios de almacenamiento de energía eléctrica a un dispositivo de utilización de energía asociado.

Benemann et al. al. (“Building-integrated PV modules”, Solar Energy Materials & Solar Cells 67 (2001) , 345-354) describen módulos fotovoltaicos (PV) integrado a edificaciones que comprenden celdas solares entre paneles de ventana transparentes (véase por ejemplo Figura 4) .

El documento US 5, 221, 363 describe un accesorio de ventana que comprende: a) una estructura de marco con un tamaño que se ajusta a una abertura de ventana de un edificio; b) un par de paneles transparentes soportados por dicha estructura de marco en una disposición sustancialmente en paralelo con respecto a cada una para definir un espacio entre ellas; una persiana asegurada a dicha estructura de marco con el fin de ubicarse en dicho espacio 5 entre dichos paneles transparente, dicha persiana comprende una pluralidad de listones montados en disposición generalmente paralela con respecto a la otra para rotación sustancialmente simultánea de dichos listones de tal manera que cada uno de dichos listones se mueva a través de un rango angular desde una configuración CERRADA en la que dichos listones se sobreponen entre sí de tal manera que bloquean el paso de la luz solar a través de dicha abertura de ventana hasta una configuración completamente ABIERTA en la que una cantidad máxima de luz solar puede pasar a través de dicha abertura de ventana; d) una pluralidad de baterías que se pueden cargar con el sol para almacenar energía eléctrica, dichas baterías se montan en dichos listones; e) una pluralidad de celdas solares montadas sobre dichas baterías con el fin de ser expuesto a la luz solar incidente sobre dichos listones, por lo tanto dichas baterías se intercalan entre dichas celdas solares y dichos listones, dichas celdas solares se conectan eléctricamente a dichas baterías de tal manera que dichas baterías se pueden cargar

eléctricamente mediante dichas celdas solares; y f) medios para retirar de dichas baterías la energía eléctrica almacenada que ha sido generada por dichas celdas solares.

El documento JP 10 173 214 A describe una estructura 12 que comprende un lente de condensación 10 y una celda solar 12 (véase resumen y Figura 1) . La estructura comprende un dispositivo de impulsión 24 para cambiar la posición de la estructura de acuerdo con un cambio en el ángulo del rayo solar 30.

El documento US 5, 169, 456 A describe un mecanismo de rastreo solar que incorpora una serie de características prácticas que le da superior resistencia ambiental y excepcional precisión de seguimiento. El mecanismo comprende un ensamble de marco ligero que soporta una matriz de lentes Fresnel de foco puntual en una estructura de seguimiento de dos ejes. El sistema está incluido bajo una cubierta de vidrio que lo aísla de la exposición ambiental y mejora la precisión de seguimiento al eliminar la carga del viento. La precisión de seguimiento también se mejora por el soporte de seguimiento de base amplia del sistema. La aplicación propuesta principal del sistema sería enfocar en gran medida la luz solar concentrada en las fibras ópticas para transmisión a las zonas de iluminación claves del edificio, y el sistema también puede tener potencial para conversión de energía solar fototérmica o fotovoltaica.

Resumen de la invención Una primera realización de la invención como se define en las reivindicaciones incluye unos lentes Fresnel que comprenden una porción de enfoque sustancialmente poligonal adaptada para enforcar radiación polar hacia un área poligonal.

Otra realización de la invención como se define en las reivindicaciones incluye unos lentes Fresnel que comprenden una porción de enfoque sustancialmente poligonal adaptada para enfocar radiación solar hacia un área poligonal, y

una estructura de soporte posterior... [Seguir leyendo]

1. Una estructura que comprende: un cerramiento fachada de edificación y módulos solares adyacentes (200) distribuidos entre los paneles de ventana del cerramiento fachada de edificación, los módulos solares adyacentes (200) , comprenden:

unos lentes Fresnel (100)

una celda fotovoltaica (202) ; y

unos primeros medios que soportan dicha celda fotovoltaica (202) a una distancia predeterminada desde los lentes Fresnel (100) de tal manera que se enfoca la radiación solar sobre la celda fotovoltaica (202) , en donde los primeros medios comprenden una estructura de soporte posterior (206) que tiene una primer área de sección transversal en una primea porción conectada a los lentes Fresnel (100) y una segunda área de sección transversal más pequeña que la primer área de sección transversal en una segunda porción que soporta la celda fotovoltaica (202) ,

caracterizada por que la estructura de soporte posterior (206) comprende una estructura de soporte sustancialmente piramidal o sustancialmente cónica de las paredes laterales las cuales se hacen de una superficie de material de difusión o un material divergente Fresnel y segundos medios para mover los módulos solares adyacentes (200) en por lo menos dos dimensiones para seguir al sol.

2. El módulo solar de la reivindicación 1, en donde:

la estructura de soporte posterior (206) comprende una disposición sustancialmente piramidal o sustancialmente cónica cables o varillas que se adaptan para ser interaseguradas o ajustadas por presión sobre los lentes Fresnel

(100) y que contienen elementos de conexión adaptados para soportar la celda fotovoltaica (202) ; y

los lentes Fresnel (100) tienen un área de 0.2 m2 o menos, la segunda área de la estructura de soporte comprende un área de 2 cm2 o menos y la longitud de la estructura de soporte desde la primer área hasta la segunda área es de 30 cm o menos.

3. Un método para operar una estructura de la reivindicación 1 al mover os módulos solares adyacentes (200) en por lo menos dos dimensiones para seguir el sol.