Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos.

1. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos caracterizados por ser usados en el cubrimiento de superficies arquitectónicas tales como tejados o fachadas,

particularmente en invernaderos, que comprende una capa de material conductor de la luz hacia los bordes gracias a su pigmentación fotoluminiscente que le confiere la característica de guía de ondas.

2. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según la reivindicación 1, caracterizados por tener una forma que facilite la yuxtaposición permitiendo añadir paneles de forma modular a la hora de cubrir una superficie.

3. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener forma rectangular para su uso en el cubrimiento de fachadas de edificios y en el cubrimiento de jardines verticales.

4. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener forma hexagonal para la formación de mallas en invernaderos.

5. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener un pigmento fotoluminiscente que posee algún ion de elevado rendimiento cuántico, con gran absorbancia para las longitudes de onda que no usadas por las clorofilas vegetales.

6. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener una densidad óptica superior a 2 en su máximo de absorción y de absorbancia inferior a 0,3 para los intervalos de longitudes de onda 380-490 nm y 590-700 nm.

7. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener un espectro de emisión comprendido entre los 510 y 650 nm.

8. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener células fotovoltaicas que se ajustan, mediante medios convencionales, a la longitud de onda de emisión del panel.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a la aplicación de paneles concentradores solares luminiscentes en el ámbito de la producción vegetal.

Al ser paneles que concentran en una superficie reducida las bandas del espectro de luz que no son utilizadas por las plantas, se consigue un aumento de intensidad de emisión que es aprovechada mediante el uso de células fotovoltaicas para la obtención de electricidad. Al no concentrar la luz fotosintéticamente activa, ésta pasa a través del panel, permitiendo cultivar bajo él, sin afectar negativamente al crecimiento de los cultivos.

ANTECEDENTES:

El coste de la energía solar por vatio unitario es aproximadamente 5-10 veces superior al de la energía de otras fuentes, que incluyen carbón, petróleo, eólica, biomasa y nuclear. Con el fin de reducir el coste de la obtención de electricidad a partir de energía solar en sistemas fotovoltaicos, es deseable hacer un uso eficaz de la parte más cara del sistema, concretamente la célula fotovoltaica. Convencionalmente, esto se realiza usando grandes concentradores solares que concentran la luz (platos parabólicos o cóncavos). Estos dispositivos tienen diversas desventajas, incluyendo un alto coste de inversión, alto coste de

mantenimiento, formas difíciles de manejar, y la necesidad de seguir al Sol a medida que cruza el cielo.

Una alternativa que ha sido objeto de investigaciones consiste en el uso de una guía de ondas capaz de recoger la luz y transportarla hasta una celda fotovoltaica.

Hay alternativas que utilizan medios holográficos (documento US5877874) o métodos ópticos geométricos para redirigir la luz (véase por ejemplo T. Uematsu et al. Sol Energ Mater Sol C 67, 415 (2001) y el documento US 4.505.264). Pero ambas alternativas presentaban una baja eficacia.

Los concentradores solares luminiscentes (LSC) representan otra alternativa que ha sido objeto de investigaciones, predominantemente porque estos sistemas son fáciles de producir a bajo coste y porque no requieren el seguimiento del Sol.

Los LSC consisten básicamente en una gran placa, lámina, película, fibra, cinta, tejido o recubrimiento poliméricos o de vidrio que se dopan con moléculas de colorantes fluorescentes. Los colorantes absorben luz de longitudes de onda específicas de la luz solar que incide sobre los mismos, y vuelven a emitir la luz en todas direcciones a una longitud de onda más larga. Una parte de esa luz se emite dentro del ángulo crítico de la guía de ondas de soporte, se refleja totalmente de manera interna y se transporta hasta la celda fotovoltaica.

El LSC tiene la ventaja de combinar materiales menos caros con flexibilidad (especialmente cuando se usa una guía de ondas de plástico) sin la necesidad de mecanismo de disipación de calor o un sistema de seguimiento del Sol. Se describe un sistema de muestra con un fin diferente (iluminación de salas) en Earp et al. Sol Energ Mat Sol C 84, 411 (2004).

Esta baja eficacia global se origina por una alta reabsorción de la luz emitida (desplazamiento de Stokes limitado del colorante), una mala eficacia de acoplamiento de luz en la guía de ondas y una mala eficacia de mantenimiento de la luz dentro de la guía de ondas.

El documento DE2737847 describe un dispositivo para la conversión de energía luminosa en energía eléctrica o calor, en el que la luz se recibe en una capa transparente, cuyo índice de refracción es mayor que el del entorno de la capa, y que contiene centros

fluorescentes, y se alimenta a una celda solar. Esta capa también se denomina colector o concentrador. Se combinan entre sí más de una combinación de concentrador/celda solar, con acoplamiento intermedio, en las que cada concentrador convierte parte del espectro en luz fluorescente y alimenta esta luz a una celda solar.

El documento US2002/074035 describe un generador fotovoltaico que incluye ai menos una celda fotovoltaica, y una matriz transparente colocada con, al menos, un material ópticamente activo con una longitud de onda de absorción XI y una longitud de onda de reemisión X2 seleccionándose el material ópticamente activo de tal manera que Xl corresponde a un intervalo de la celda fotovoltaica con una menor sensibilidad que X2 teniendo la matriz una superficie de entrada y una superficie opuesta y comprende un recubrimiento reflector y un filtro dicroico sobre la superficie de entrada que refleja sustancialmente longitudes de onda más largas de aproximadamente 950 nm y es sustancial mente transparente para longitudes de onda inferiores a aproximadamente 950 nm; y sobre la superficie opuesta, la matriz tiene un recubrimiento reflector que refleja longitudes de onda superiores a aproximadamente 400 nm, y en el que la celda fotovoltaica está incluida en la matriz, pero no contempla la idea de utilizar el espectro no absorbido.

El documento EP0933655 describe polarizadores PL que se caracterizan por un bajo grado de polarización en su absorción y un alto grado de polarización en su emisión. La invención también da a conocer métodos para producir tales polarizadores PL. Además, el documento EP0933655 describe dispositivos de visualización de alto brillo y contraste que comprenden al menos un polarizador fotoluminiscente que se caracterizan por un bajo grado de polarización en su absorción y un alto grado de polarización en su emisión.

La presente invención pretende remediar esos inconvenientes de los sistemas de LSC, en particular proporcionando medios para aumentar la eficacia con la que se mantiene la luz emitida en el sistema de LSC.

El documento ES0281801 U hace referencia al uso de este tipo de paneles concentradores solares homogéneos pero con objetivo único de obtener energía eléctrica sin el aprovechamiento de la luz que no es absorbida por el panel a diferencia de lo expuesto en este modelo de utilidad.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Esta invención se centra en la aplicación de LSC, que al tener una baja absorción para la radiación fotosintéticamente activa pueden ser utilizados en el área de la agricultura para 5 crear invernaderos sostenibles.

El dispositivo de la invención está compuesto de un material de baja densidad óptica mezclado durante el proceso de fabricación, con un pigmento que confiere las características ópticas de reflectancia y refractancia de un intervalo determinado de longitud de onda de luz y de transmitancia óptica para el intervalo de longitud de onda que es 10 utilizado por las plantas. La emisión de luz del colorante, al ser iluminado por la radiación solar, es guiada al borde del panel pudiéndose llegar a una ganancia óptica 8 veces superior.

Este dispositivo se utilizará para obtener un aprovechamiento de parte de la luz que es absorbida por el panel para obtener energía y de la que no para otros usos, siendo preferentemente el destinado al crecimiento vegetal, al estar fabricado con un pigmento que 15 únicamente absorbe el espectro solar que no es utilizado por las clorofilas de las plantas.

Este dispositivo de bajo coste de producción, permite abaratar los gastos asociados a la producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar, sumados a una reducción de la necesidad de uso de las células fotovoltaicas, que como se ha explicado anteriormente, es el mayor gasto económico de la energía fotovoltaica.

Es preferible utilizar células fotovoltaicas especiales, que utilizan distintas

combinaciones de elementos en su fabricación que permitan un ajuste de la producción eléctrica máxima a la banda de emisión del panel, y como consecuencia, aumentar rendimiento del uso del concentrador de forma significativa.

Utilizado en la construcción de cámaras de cultivo, favorece la creación del efecto 25 invernadero junto con el aprovechamiento de la luz para obtener electricidad, que se puede acumular y utilizar en iluminación, regulación térmica del interior de la cámara de cultivo, bombeo de agua y otros requerimientos eléctricos asociados al cultivo en invernadero, reduciendo el gasto económico empleado en electricidad.

El crecimiento de plantas bajo el panel es similar en lo que se refiere al tamaño, valores de la biomasa y contenido de clorofila, lo que implica que las condiciones de cultivo son adecuadas.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Muestra el panel [1] y de forma esquemática el funcionamiento del LSC.

Figura 2.- Esquema de una cámara de cultivo básica con el LSC en la parte superior para filtrar la luz y obtener energía eléctrica.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras descritas anteriormente puede observarse como el dispositivo...

1. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos caracterizados por ser usados en el cubrimiento de superficies arquitectónicas tales como tejados o fachadas, particularmente en invernaderos, que comprende una capa de material conductor de la luz hacia los bordes gracias a su pigmentación fotoluminiscente que le confiere la característica de guía de ondas.

2. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según la reivindicación 1, caracterizados por tener una forma que facilite la yuxtaposición permitiendo añadir paneles de forma modular a la hora de cubrir una superficie.

3. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener forma rectangular para su uso en el cubrimiento de fachadas de edificios y en el cubrimiento de jardines verticales.

4. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener forma hexagonal para la formación de mallas en invernaderos.

5. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener un pigmento fotoluminiscente que posee algún ion de elevado rendimiento cuántico, con gran absorbancia para las longitudes de onda que no usadas por las clorofilas vegetales.

6. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener una densidad óptica superior a 2 en su máximo de absorción y de absorbancia inferior a 0,3 para los intervalos de longitudes de onda 380-490 nm y 590-700 nm.

7. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener un espectro de emisión comprendido entre los 510 y 650 nm.

8. Aplicación de concentradores solares luminiscentes para la obtención de energía eléctrica durante el crecimiento de organismos fotosintéticos según las reivindicaciones anteriores, caracterizados por tener células fotovoltaicas que se ajustan, mediante medios convencionales, a la longitud de onda de emisión del panel.