Colector híbrido.

Colector híbrido con un componente absorbedor (32) plano y un componente fotovoltaico de capa fina (30),

que está depositado sobre una capa de soporte (28), estando el componente absorbedor (32) formado por una chapa absorbedora (32) plana de manera continua, que está en contacto por el lado del suelo con por lo menos un tubo de intercambiador de calor (24; 124; 224), caracterizado por que la capa de soporte (28) está formada por una placa de vidrio (44) y está conectada a través del componente fotovoltaico de capa fina (30), mediante una capa adhesiva (34) termoconductora, con el componente absorbedor (32), siendo la capa adhesiva (34) una lámina adhesiva de fusión a base de EVA destinada a aislar y compensar diferentes dilataciones térmicas, la cual tiene un espesor h (35) situado en el intervalo comprendido entre 0,5 mm y 2 mm.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11190105.

Solicitante: Sunsail Energy GmbH & Co. Kg.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Brinkstrasse 25 27245 Kirchdorf ALEMANIA.

Inventor/es: KRAMPE,KARL-HEINZ.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L31/052 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).

PDF original: ES-2533355_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Colector híbrido.

La presente invención se refiere a un colector híbrido con un componente absorbedor y un componente fotovoltaico de capa fina según el preámbulo de la reivindicación 1. En el documento WO 2006/019091 A, se describe un colector híbrido de este tipo.

En los últimos años, las energías renovables han ido ganando importancia. Esto depende de que los precios de la energía hayan aumentado, así como de la protección del medio ambiente. La demanda de energías renovables, entre las que se cuenta también la energía solar, se hace cada vez mayor con el objetivo de proteger, por un lado, el medio ambiente y reducir, por el otro, la dependencia de los combustibles fósiles.

Se conocen diferentes instalaciones solares para la transformación de energía solar en otras formas de energía. Por la patente alemana DE 10 2008 009 477 A1 se conoce, por ejemplo, un concepto de células solares de capa fina en el cual las capas finas son depositadas generalmente de forma directa sobre el lado superior de la capa de soporte, la cual actúa al mismo tiempo como absorbedor. En esta disposición de la capa fina sobre el absorbedor se pueden extender sin obstáculos, entre la capa fina y el absorbedor, dilataciones térmicas a causa de las diferentes propiedades de los materiales, lo que conduce a tensiones indeseadas entre el absorbedor y la capa fina sensible.

Además se conoce, por ejemplo por la patente alemana DE 10 2005 024 516 A1, una instalación solar, en la cual la capa fina o bien está depositada sobre un vidrio plano o sobre una lámina, estando ésta rodeada permanentemente por ambos lados por una lámina. Esta estructuración tiene la desventaja de que el calor generado no puede ser retirado bien dado que entre el absorbedor, el cual debe retirar el calor, y el módulo solar existe siempre una lámina y entre el vidrio de protección y el absorbedor existen adicionalmente la capa fina y dos láminas, las cuales obstaculizan de manera adicional la conducción del calor. Esta forma constructiva conduce además a diferencias de temperatura aún más grandes entre las capas de vidrio, la capa fina y el absorbedor, lo que fomenta de nuevo las dilataciones térmicas diferentes a causa de los diferentes coeficientes de dilatación térmica. Como consecuencia de ello aparecen tensiones inducidas por el calor en las capas individuales. Es asimismo desventajosa la capa de protección adicional, la cual es necesaria, para proteger la capa fina de efectos exteriores, con lo cual aumentan el peso y el tamaño constructivo.

Para buscar ayuda en el caso de una mala conducción el calor desde el módulo solar hacia el absorbedor se da a conocer, en el documento DE 10 2006 060 786 A1, que parte de la solicitud mencionada más arriba, un módulo de obtención de energía y con ello un colector híbrido según el preámbulo de la reivindicación 1, en el cual se suprime la lámina entre la capa fina y el absorbedor. En esta solución persiste también, sin embargo, el problema de que en el absorbedor, a causa de las dilataciones térmicas, se producen tensiones inducidas por el calor y que, por consiguiente, el absorbedor se deforma. Además, existe el problema de que, a causa de unos coeficientes de dilatación térmica claramente diferentes entre la capa fina de silicio y el absorbedor, generalmente metálico, se producen dilataciones térmicas excesivamente fuertes las cuales pueden dañar la delicada capa fina.

La invención se plantea por ello el problema de continuar perfeccionando un colector híbrido del tipo descrito al principio con una complejidad pequeña y de una forma y manera sencilla así como económica, el cual sea adecuado de manera especial para compensar tensiones a causa de dilataciones térmicas diferentes de materiales forzosamente diferentes y evitar de este modo posibles daños.

Este problema se resuelve, en lo que se refiere al colector híbrido, con un componente absorbedor y un componente fotovoltaico de capa fina, mediante las características de la reivindicación 1.

El colector híbrido según la invención está en disposición de reducir, por lo menos de manera parcial, diferentes dilataciones de material de capas contiguas, en especial de la capa fina y el absorbedor, preferentemente metálico. Los inventores han reconocido que se consigue, mediante medidas asimismo sencillas como económicas, eliminar las tensiones entre las capas correspondientes, en esta capa límite crítica, en la cual los coeficientes de dilatación térmica correspondientes se diferencian más entre sí que, por ejemplo, lo que lo hacen en el caso de una capa de vidrio y una capa fina de silicio.

Para ello se lamina la capa de soporte, sobre la cual se deposita la capa fina de semiconductor, sobre la capa fina mediante una capa intermedia con el absorbedor para forma una unidad.

Un aspecto esencial es al mismo tiempo que entre el absorbedor y la capa fina se introduce la capa intermedia, en especial una capa adhesiva, preferentemente una capa adhesiva de fusión, la cual se encarga de manera ventajosa de varias tareas. De este modo garantiza tanto una distancia, aproximadamente constante, a lo largo de la totalidad de la superficie de contacto incluso una conexión mediante material de ambas capas. Es asimismo ventajoso que la capa adhesiva de fusión presente propiedades eléctricamente aislantes y simultáneamente térmicamente conductoras, de manera que esté garantizada una seguridad de resistencia a descargas disruptivas suficiente y, al mismo tiempo, se pueda retirar el calor generado a través de la capa adhesiva de fusión y el absorbedor. La capa

adhesiva está formada, según la invención, por una lámina adhesiva de fusión a base de EVA destinada a aislar y compensar dilataciones térmicas diferentes, y ello con un espesor situado en el intervalo comprendido entre 0,5 mm y 2 mm. Las láminas a base de EVA tienen un buen aislamiento eléctrico con una conductibilidad térmica asimismo buena. Ambas propiedades son importantes para las instalaciones fotovoltaicas, dado que las células solares deben resistir, por un lado, un test de resistencia a descargas disruptivas de hasta 1000 voltios y deben presentar, por el otro, una buena conductibilidad de calor, para que el calor general pueda ser cedido bien, a través de la chapa absorbedora, al tubo de intercambiador de calor.

Resulta especialmente ventajoso que la capa adhesiva de fusión pueda compensar la diferente variación de longitud de la capa fina y del absorbedor, gracias a que se deforma. Por consiguiente son absorbidas por la capa adhesiva de fusión las fuerzas de cizallado, que aparecen como consecuencia de dilataciones térmicas diferentes en la capa límite entre la capa fina y el absorbedor.

Los perfeccionamientos ventajosos son el objeto de las reivindicaciones subordinadas.

La capa de soporte del colector híbrido está formada, de manera ventajosa, por varias placas de vidrio, las cuales están dispuestas en filas una al lado de otra en la dirección longitudinal del tubo de intercambiador de calor con unas distancias intermedias entre sí. Mediante la segmentación de la capa de soporte en varias placas de vidrio se pueden introducir, de manera selectiva, distancias intermedias entre éstas.

Frente al trasfondo de que el coeficiente de dilatación térmica del vidrio es varias veces menor que el de un material de trabajo metálico, como p. ej. el aluminio o el cobre, se pueden realizar de esta manera colectores híbridos con una longitud de hasta 2 metros. Gracias a las distancias intermedias el absorbedor de puede dilatar casi sin impedimentos sin que los segmentos de la capa de soporte, sobre los cuales se deposita la capa fina, resulten dañados por ello.

Esta forma constructiva permite además, cuando se pueden ajustar zonas de compensación de la dilatación térmica entre los segmentos de capa de soporte, una disposición estrecha y que se extiende en la dirección longitudinal de los tubos de intercambiador de calor, la cual especialmente ventajosa para instalaciones solares.

Mediante la segmentación de la capa de soporte se reducen, de forma adicional, los costes de fabricación, dado que se simplifica tanto la fabricación como también el transporte así como el procesamiento posterior de placas de vidrio pequeñas más manejables.

En caso de una avería de las células se pueden cambiar, asimismo, de manera selectiva los segmentos afectados de la capa de soporte, sobre los cuales se encuentran las zonas de capa fina averiadas.

De acuerdo con un perfeccionamiento preferido la chapa absorbedora tiene una vista en planta rectangular estrecha y está subdividida en segmentos mediante por lo menos un punzonado transversal. Gracias a ello ésta misma puede eliminar tensiones condicionadas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Colector híbrido con un componente absorbedor (32) plano y un componente fotovoltalco de capa fina (30), que está depositado sobre una capa de soporte (28), estando el componente absorbedor (32) formado por una chapa absorbedora (32) plana de manera continua, que está en contacto por el lado del suelo con por lo menos un tubo de intercambiador de calor (24; 124; 224), caracterizado por que la capa de soporte (28) está formada por una placa de vidrio (44) y está conectada a través del componente fotovoltalco de capa fina (30), mediante una capa adhesiva

(34) termoconductora, con el componente absorbedor (32), siendo la capa adhesiva (34) una lámina adhesiva de fusión a base de EVA destinada a aislar y compensar diferentes dilataciones térmicas, la cual tiene un espesor h

(35) situado en el intervalo comprendido entre 0,5 mm y 2 mm.

2. Colector híbrido según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa de soporte (28) está formada por varias placas de vidrio (44), las cuales están dispuestas en fila una al lado de la otra en la dirección longitudinal del tubo del intercambiador de calor (24), con unas distancias Intermedias (42) entre sí.

3. Colector híbrido según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la chapa absorbedora (32) tiene una vista en planta rectangular (37) estrecha y está subdividida en unos segmentos (41) mediante por lo menos un punzonado transversal (42).

4. Colector híbrido según la reivindicación 3, caracterizado por que los punzonados de la chapa absorbedora (32) están situados entre las placas de vidrio (44).

5. Colector híbrido según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la capa adhesiva (34) tiene una conductibilidad térmica en el intervalo comprendido entre 0,2 y 0,32 W/(m*k).

6. Colector híbrido según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que la chapa absorbedora (32) tiene una vista en planta rectangular (37) con una longitud de 1,5 m a 2,5 m y una anchura de 0,1 a 0,2 m, presentando preferentemente una tira de vidrio (44) una anchura, que corresponde sustancialmente a la anchura de la chapa absorbedora (32), y una longitud, que constituye sustancialmente una fracción entera, preferentemente una fracción de número par, tal como, por ejemplo %, de la longitud de la chapa absorbedora (32).

7. Colector híbrido, en particular según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que un vellón de fibras de vidrio (150) está empotrado en una capa adhesiva (134-1, 134-2) que sirve para conectar un componente fotovoltaico de capa fina con un componente absorbedor plano.

8. Colector híbrido según la reivindicación 7, caracterizado por que el vellón de fibras de vidrio (150) es introducido a modo de capa intermedia entre dos láminas adhesivas de fusión (134-1, 134-2) finas.

9. Colector híbrido según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que el espesor (d150) del vellón de fibras de vidrio (150) constituye una fracción del espesor (d134) de la capa adhesiva.

10. Instalación solar (2) con por lo menos dos colectores híbridos (8) según una de las reivindicaciones 1 a 9, en la que dos colectores híbridos están situados paralelos entre sí y están agrupados para formar un módulo de grupos constructivos (10; 210), y los respectivos componentes fotovoltaicos (6) están conectados eléctricamente en serie y los tubos de intercambiador de calor (24; 224) están conectados en paralelo.

11. Instalación solar (2) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que una pluralidad de módulos de grupos constructivos (10; 110; 210) está agrupada, y por que tanto los tubos de intercambiador de calor (24; 224), como los respectivos módulos de grupos constructivos (10; 110; 210) están conectados eléctricamente en paralelo.

12. Instalación solar (2) según la reivindicación 10 u 11, caracterizada por que presenta un marco, en el que una capa aislante (22), que soporta la chapa absorbedora (32) y en la que están empotrados los tubos de intercambiador de calor (24; 124; 224) está situada en el lado del suelo.


 

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