Panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta transparente aislante CTA.

Panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta transparente aislante CTA.

Se presenta un panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta transparente aislante CTA. La presente invención mejora el rendimiento global del panel híbrido plano convencional mediante la incorporación de una cubierta aquí llamada cubierta transparente aislante (cubierta CTA en todo el documento). Dicho panel híbrido plano comprende: cubierta CTA (1), capa intermedia de material o gas (2), sistema de generación fotovoltaico (3), absorbedor (4), aislante posterior (5), carcasa (6), conexiones hidráulicas exteriores (7 y 8) y conexiones eléctricas exteriores (9). La cubierta CTA presenta dos variaciones, la cubierta CTA-TIM (Transparent Insulating Material) (1a) y la cubierta CTA-CVA (cámara de vidrio aislada) (1b). Ambas variaciones comparten un objetivo común, que es el aumento del rendimiento global del panel mediante la disminución de las pérdidas energéticas y/o el incremento del factor solar a través de su superficie principal de captación.

Panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta transparente aislante CTA.

Sector de la técnica La invención se encuadra en el sector técnico de la energía solar fotovoltaica y térmica.

Estado de la técnica La creciente demanda de nuevas tecnologías y materiales en el campo de la construcción energéticamente eficiente ha dado como resultado la aparición de nuevos sistemas de aislamiento térmico en edificios. Dentro de las áreas de investigación y desarrollo de este campo, cabe destacar la de los sistemas de acristalamiento energéticamente eficientes.

En la actualidad existen varios tipos de sistemas de acristalamiento como los que incorporan la tecnología TIM (Transparent Insulating Material) , los de doble o triple capa de vidrio con cámaras intermedias de aire, gases inertes, vacío o sus diversas combinaciones. El objetivo de estas tecnologías es la reducción de la transferencia de calor por conducción y convección, manteniendo un elevado nivel de transmisividad, reduciendo al mínimo sus niveles de transmitancia (U - W/m2C) . Además dichos sistemas integran en algunas de sus superficies recubrimientos metálicos bajo emisivos para reflejar determinadas longitudes de onda (UV - IR) del espectro solar. Los recientes avances en nanotecnología están promoviendo el desarrollo de nuevos nanorecubrimientos con propiedades antireflectantes (AR) para permitir el paso de un mayor porcentaje de la luz visible.

En la actualidad los sistemas de acristalamiento de doble capa de vidrio con cámara de vacío (VIG Vacuum Insulated Glass) en su interior están generando una gran expectación en el campo, como así lo reflejan las numerosas solicitudes de patentes presentadas por Guardian Industries Inc. en la última década (US20120088045 / US20100279038 / US20100107525) . Esto es debido a la gran capacidad de aislamiento térmico que el vacío confiere. Sin embargo la aplicación de estas invenciones se enfoca exclusivamente en sistemas de acristalamiento eficientes para el sector de la construcción.

En el sector de la energía solar se continúa investigando en técnicas de mejora de la eficiencia en el proceso de captación y conversión de la radiación solar en energía, bien sea térmica o fotovoltaica. Varios sistemas de captación y conversión de energía solar han sido desarrollados hasta la fecha. Centrándonos en los dispositivos de captación y conversión solar térmicos y solar híbridos (térmicos y fotovoltaicos) , podemos encontrar los colectores solares térmicos (FR2433163 A1) o híbridos (térmico y fotovoltaico) (GB2214710 A / ES2303456 B1) planos. Existen posibilidades de mejora del rendimiento térmico de dichos dispositivos mediante la reducción de las pérdidas asociadas a la transferencia de calor por conducción, convección y radiación a través de sus cubiertas transparentes o superficies anteriores de captación.

En lo que se refiere el estado de la técnica actual se contemplan cuatro soluciones para mejorar el rendimiento térmico de los dispositivos de captación solar térmica. La primera de ellas se centra en la evacuación del aire del interior de estos dispositivos con ánimo de reducir dichas pérdidas (US3961619 / US4332241 / US7810491 / US4289113 / US4881521, ...) , sin embargo los costes derivados de su singular estructura y de sus procesos de fabricación hacen que estos dispositivos no sean tan atractivos. La segunda solución adoptada se basa en la incorporación, sobre la cubierta o superficie anterior de los dispositivos captadores, de una doble capa plana de vidrio con cámara de aire en su interior (US4278074 / US4094301 / DE2721964 A1) con la finalidad de reducir las pérdidas térmicas a través de dicha superficie. Una tercera solución, con la misma finalidad, es la presentada en las patentes US4184480 / US4141185, en las cuales se emplean cubiertas con varias cavidades al vacío o cubiertas de doble vidrio ondulado con vacío en su interior. La última solución se centra en el acoplamiento de materiales transparentes aislantes (TIM) en la cara posterior de la cubierta transparente (US4949704) . Este tipo de materiales minimizan la convección del aire más cercano a la cubierta reduciendo las pérdidas térmicas a través de la misma, aumentando así el rendimiento de los dispositivos.

Sin embargo en todos y cada uno de los casos anteriormente descritos, las soluciones adoptadas son implementadas única y exclusivamente sobre dispositivos de captación solar térmicos, que no híbridos (térmico y fotovoltaico) .

Existe por tanto la necesidad de mejorar las propiedades aislantes térmicas de la cubierta transparente de los dispositivos de captación y conversión solar híbridos (térmico y fotovoltaico) , manteniendo una elevada transmisividad a través de ella, con objeto de mantener la irradiación incidente, mejorando el rendimiento global de los mismos. Adaptando tecnologías ya existentes en el sector de la construcción, más específicamente, en sistemas

de acristalamiento de edificios o viviendas, se puede dar solución al problema anteriormente citado, mejorando de forma sustancial el rendimiento global de los dispositivos.

Descripción de los dibujos Para una mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria se acompañan unos dibujos de representaciones esquemáticas del panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta CTA.

Fig. 1: Panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta CTA.

Fig. 2: Sección transversal del panel solar híbrido plano de la Fig. 1 con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta CTA.

Fig. 3: Detalle de la sección transversal de la Fig. 2 para el caso un panel solar híbrido plano con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta CTA que incorpora tecnología TIM.

Fig. 4: Detalle de la sección transversal de la Fig. 2 para el caso un panel solar híbrido plano con sistema de mejora del rendimiento global mediante cubierta CTA-CVA que incorpora doble capa de material transparente con cámara intermedia de vacío o gas.

Fig. 5: Rendimiento térmico de varios modelos de paneles solares híbridos PVT. Comparación de PVT convencional, PVT con cubierta transparente aislante tipo TIM (Transparent Insulating Material) y PVT con cubierta transparente aislante tipo VIG (Vacuum Insulated Glass) .

Fig. 6: Rendimiento fotovoltaico de varios modelos de paneles solares híbridos PVT. Comparación de PVT convencional, PVT con cubierta transparente aislante tipo TIM (Transparent Insulating Material) y PVT con cubierta transparente aislante tipo VIG (Vacuum Insulated Glass) .

Fig. 7: Rendimiento global de varios modelos de paneles solares híbridos PVT. Comparación de PVT convencional, PVT con cubierta transparente aislante tipo TIM (Transparent Insulating Material) y PVT con cubierta transparente aislante tipo VIG (Vacuum Insulated Glass) .

1. Cubierta CTA (TIM/CVA) 1a. Cubierta CTA-TIM 1b. Cubierta CTA-CVA

2. Capa intermedia de material o gas

3. Sistema de generación fotovoltaico

4. Absorbedor

5. Aislante posterior

6. Carcasa

7. Conexiones hidráulicas exteriores (entrada o salida)

8. Conexiones hidráulicas exteriores (entrada o salida)

9. Conexiones eléctricas exteriores

10. Canal del absorbedor

11. Capa superior de material transparente

12. Membrana TIM

13. Cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA

14. Capa inferior de material transparente

15. Separadores intermedios

16. Placa del absorbedor

Explicación de la invención

El objetivo principal de la invención es aumentar el rendimiento de los dispositivos de captación solar híbridos, mediante la disminución de las pérdidas energéticas que se producen en forma de calor a través de la cubierta transparente.

La presente invención consiste en un panel solar híbrido plano para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global mediante incorporación de una cubierta transparente aislante aquí llamada CTA compuesto por: cubierta CTA (1) , capa intermedia de material o gas (2) , sistema de generación fotovoltaico (3) , absorbedor (4) , aislante posterior (5) , carcasa (6) , conexiones hidráulicas exteriores (7 y 8) y conexiones eléctricas exteriores (9) .

La cubierta CTA (1) podrá tener diferentes configuraciones y utilizar diferentes tecnologías...

1. Panel solar hibrido para la producción de energía eléctrica y energía térmica con sistema de mejora del rendimiento global, formado por: un sistema de generación eléctrica fotovoltaico (3) ; un absorbedor de calor (4) ; una capa de material aislante posterior (5) ; una carcasa (6) ; donde el absorbedor (4) evacúa el calor del sistema de generación fotovoltaico (3) aumentando el rendimiento eléctrico, trasfiriendo el calor un fluido caloportador; caracterizado por contar con una capa intermedia de material o gas (2) situada sobre el sistema de generación eléctrica fotovoltaico (3) y una cubierta transparente aislante (CTA) (1) situada sobre dicha capa intermedia de material o gas (2) y sellada perimetralmente al sistema de generación eléctrica fotovoltaico (3) , que mejora el rendimiento global del panel.

2. Panel solar hibrido según la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema de generación eléctrica fotovoltaico (3) , con las conexiones eléctricas (9) necesarias, está unido al absorbedor (4) mediante un adhesivo conductor o cualquier tipo de sistema de unión que permita el intercambio de calor por conducción entre ambos; un absorbedor (4) de temperatura de alta conductividad térmica formado por un sistema hidráulico que permita la circulación de un fluido caloportador y una chapa absorbedora (16) , unidos entre si mediante cualquier sistema de unión que permita la transferencia de calor entre ellos; una capa de material o sistema aislante posterior (5) con baja conductividad térmica que disminuya las pérdidas de calor en la parte posterior del panel; una carcasa (6) que sirve como soporte y protección de todos los componentes del panel, compuesta por un marco y una tapa posterior o por un cajón de una o varias piezas, de aluminio, plástico o cualquier otro tipo de material; donde el absorbedor (4) contiene dos o mas conexiones hidráulicas (7 y 8) para su conexionado con otros paneles y/o para su integración en instalaciones de poligeneración.

3. Panel solar hibrido según la reivindicación 1, caracterizado por que la cubierta transparente aislante CTA (1) es de tipo CTA-TIM (1a) y está comprendida por: una capa superior de material transparente plano de vidrio laminado, templado o cualquier otro material de similares características (11) y una membrana TIM (12) compuesta por pequeñas celdas contiguas de sección hexagonal, pentagonal, cuadrada, triangular o cualquier otra geometría, fabricada con cualquier tipo de material transparente; donde la sección de las celdas es constante a lo largo del espesor de la membrana TIM (12) y perpendicular a la capa superior de material transparente (11) ; donde la membrana TIM (12) está adherida a la superficie o cara posterior de la capa superior de material transparente (11) , cualquiera que sea el método de adhesión; donde la cubierta CTA-TIM (1a) está separada del sistema de generación fotovoltaico (3) por una capa intermedia de gas (2) ; y donde las superficies o caras anteriores y/o posteriores de la capa superior de material transparente (11) podrán incorporar cualquier tipo de tratamiento superficial, nano recubrimiento, láminas o películas adhesivas de cualquier material.

4. Panel solar híbrido según la reivindicación 1, caracterizado por que la cubierta CTA es de tipo CTA-CV A (cámara de vidrio aislada) (1 b) y está comprendida por: una capa superior (11) de material transparente plano de vidrio laminado, templado o cualquier otro material de similares características; una cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA (13) ; una capa inferior (14) de material transparente plano de vidrio laminado, templado o cualquier otro material de similares características; y una junta perimetral; donde la cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA

(13) contiene gas; donde la cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA (13) queda sellada entre la capa superior

(11) e inferior (14) mediante la junta perimetral de cualquier material adecuado para cumplir dicha función, cualquiera que sea su método de fabricación; donde la junta de sellado perimetral podrá o no incorporar un separador estructural; donde las superficies o caras anteriores y/o posteriores de la capa superior (11) e inferior (14) de material transparente podrán incorporar cualquier tipo de tratamiento superficial, nano recubrimiento, láminas o películas adhesivas de cualquier material; donde la cubierta CTA-CVA (1b) está separada del sistema de generación fotovoltaico (3) por una capa intermedia de material o gas (2) ; donde la cubierta CTA-CVA (1b) podrá o no incorporar un sistema de llenado, vaciado o mantenimiento de la cámara intermedia (13) .

5. Panel solar híbrido según la reivindicación 1, caracterizado por que la cubierta CTA es de tipo CTA-CVA (cámara de vidrio aislada) (1b) y está comprendida por: una capa superior (11) de material transparente plano de vidrio laminado, templado o cualquier otro material de similares características; una cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA (13) ; una capa inferior (14) de material transparente plano de vidrio laminado, templado o cualquier otro material de similares características; y una junta perimetral; donde el gas contenido en la cámara intermedia (13) ha sido extraído obteniendo un nivel o grado de vacío; donde la cámara intermedia de la cubierta CTA-CVA (13) queda sellada entre la capa superior (11) e inferior (14) mediante la junta perimetral de cualquier material adecuado para cumplir dicha función, cualquiera que sea su método de fabricación; donde la junta de sellado perimetral podrá o no incorporar un separador estructural; donde las superficies o caras anteriores y/o posteriores de la capa superior (11) e inferior (14) de material transparente podrán incorporar cualquier tipo de tratamiento superficial, nano recubrimiento, láminas o películas adhesivas de cualquier material; donde la cubierta CTA-CVA (1b) está separada del sistema de generación fotovoltaico (3) por una capa intermedia de material o gas (2) ; donde la cubierta CTA-CVA (1b) podrá o no incorporar un sistema de llenado, vaciado o mantenimiento de la cámara intermedia (13) ; y donde la cámara (13) podrá incorporar unos separadores intermedios (15) con función estructural.