Panel concentrador solar.

Panel concentrador solar que mediante el movimiento relativo de dos superficies planas,

una de ellas (1) compuesta por elementos ópticos convergentes y otra (2) compuesta por elementos de captación, permite recoger la luz solar incidente en la superficie captadora y concentrarla en diversos dispositivos, ya sea una serie de fibras ópticas, o una serie de células fotovoltaicas. En el caso de las fibras ópticas se puede usar para calentar fluidos con independencia de su aprovechamiento posterior, o para iluminar. Este sistema permite una elevada concentración sin necesidad de dotar de movimiento externo al panel.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201400112.

Solicitante: ARIZA LOPEZ, Iñigo Antonio.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ARIZA LÓPEZ,Francisco Javier, ARIZA LOPEZ,Iñigo Antonio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/08 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › teniendo lentes como elementos de concentración.
  • F24J2/38 F24J 2/00 […] › comportando dispositivos de seguimiento (F24J 2/02, F24J 2/06 tienen prioridad; soportes rotativos o montaje para dichos dispositivos F24J 2/54; estructuras de soporte de módulos fotovoltaicos para producción de energia eléctrica especialmente adaptados para sistemas de seguimiento solar H02S 20/32).
  • G01S3/783 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 3/00 Localizadores de dirección para la determinación de la dirección desde la que se reciben ondas infrasonoras, sonoras, ultrasonoras o electromagnéticas o emisiones de partículas, que no tienen contenido direccional significativo (establecimiento de la posición mediante la coordinación de una pluralidad de determinaciones de dirección o de líneas de posición G01S 5/00). › que utilizan la comparación de la amplitud de señales provenientes de detectores o sistemas detectores estáticos.
  • G01S3/786 G01S 3/00 […] › manteniéndose el estado deseado automáticamente.
  • H02S20/32 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02S Generación de energía eléctrica mediante la conversión de la radiación infrarroja, luz visible o luz ultravioleta, p. ej utilizando módulos fotovoltaicos [FV] (colectores de calor solar F24J 2/00; obtención de energía eléctrica a partir de fuentes radiactivas G21H 1/12; dispositivos semiconductores inorgánicos sensibles a la luz H01L 31/00; dispositivos termoeléctricos H01L 35/00; dispositivos piroeléctricos H01L 37/00; dispositivos semiconductores orgánicos sensibles a la luz H01L 51/42). › H02S 20/00 Estructuras de soporte para módulos FV. › especialmente adaptadas para el seguimiento solar.
  • H02S40/22 H02S […] › H02S 40/00 Componentes o accesorios en combinación con módulos FV, no previstos en los grupos H02S 10/00 - H02S 30/00. › Medios reflectantes o concentradores de luz (directamente asociados con la célula FV o integrados con la célula FV H01L 31/054).
Panel concentrador solar.

Fragmento de la descripción:

P2 o'14 O O 112

PANEL CONCENTRADOR SOLAR

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se encuadra en el sector de la energía solar y de la iluminación.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Para el aprovechamiento de la energía solar se suele recurrir a sistemas de concentración. Son muchas las ventajas de la concentración. Permite obtener más temperatura en el caso de los receptores térmicos, lo que mejora el rendimiento. Permite que el tamaño de las células fotovoltaicas sea menor, lo que redunda en un ahorro importante. Una elevada concentración también permite el transporte cómodo de la luz a través de fibra óptica, con independencia del aprovechamiento que se dé: puede emplearse para calentar algún fluido, o para iluminar.

Los sistemas con gran concentración tienen como inconveniente que necesitan un seguimiento preciso del Sol, y por tanto son más complejos y más costosos. Esto obliga en general a disponer una estructura de soporte, que además del peso del concentrador, debe resistir el viento, y debe ser capaz de girar con precisión para que el panel mantenga la dirección adecuada. Uno de esos sistemas, los heliostatos, consisten en un conjunto de espejos con movimiento controlado, tal que permiten mantener el reflejo de los rayos solares concentrado en un punto o una pequeña pequeña superficie.

Existe un conjunto de dispositivos con gran capacidad de concentración que son formadores de imagen. Estos dispositivos pueden ser: reflectores parabólicos de revolución; reflectores parabólicos de revolución con reflector secundario tipo Cassegrain; reflectores de Fresnel, lentes de Fresnel; u otros sistemas de lentes convergentes. En estos casos es necesario el seguimiento solar preciso para lograr la alta concentración de los rayos solares sobre una área reducida.

Existe otro grupo de dispositivos no formadores de imagen. En estos casos puede que o bien no sea necesario el seguimiento solar, o que dicho seguimiento tenga menores exigencias que en los casos anteriores. Conforme sea menos necesario el seguimiento solar, menor será la concentración obtenida. Dentro de los mismos existen: reflectores parabólicos lineales (2D) ; reflectores planos de sección trapezoidal; reflectores parabólicos compuestos de Veimberg (2D) ; reflectores parabólicos compuestos de Winston (2D y 3D) , llamados también "CPC". Existen CPC truncados, DCPC con medio dieléctrico, etc. Otros dispositivos concentradores combinan lentes de Fresnel sencillas o curvadas y CPe.

El sistema LSO (Sun Simba™ CPV systems) mediante el concurso de la orientación precisa hacia el sol y de una geometría particular, permite un grado de concentración elevado con un panel de muy reducido espesor. Dicho sistema

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queda recogido en los documentos US 2011;0011449 (Al) (Margan, J. P.; Chang

P. M.; Myrskog S.H.) y US 2010;0202142 (Al) (Margan, J. P.) .

Otros dispositivos configuran un panel plano con concentración sin necesidad de seguimiento. Sin embargo, son de menor eficacia y con menor concentración. El panel descrito en el documento US 2010;0282316 (Al) (Gibson K. R.; Maheshwari A) combina el uso de pequeñas lentes y células fotovoltaicas formando una superficie. Los concentradores solares orgánicos OSC de Covalent Solar se basan en el empleo de materiales que dispersan la luz incidente en una material transparente para encauzarla dentro de dicho material por reflexión total hacia los extremos, donde se recoge en células fotovoltaicas, y constituye por tanto otro sistema de concentración. No requiere seguimiento solar. El documento CA 2658193 (Al) 2010;09;12 (Margan J. P.; Chang P.; Myrskog S.) recoge un dispositivo similar.

Los dispositivos de concentración se usan en combinación con células fotovoltaicas con o sin refrigeración; para el calentamiento de fluidos; o con extremos de fibra óptica que pueden trasladar la luz. El sistema Himawari (Himawari Solar Lighting System) concentra con lentes la luz solar sobre extremos de fibra óptica para trasladarla a espacios cercanos. El documento ES 2167257 (Al) (Cancho Galeano J. L.) describe un dispositivo de concentración con gUiado de la posición solar, que concentra sobre un extremo de fibra óptica.

Los dispositivos de concentración también incorporan lentes en los receptores que aumentan aún más la concentración sobre el receptor o que permiten un ángulo mayor de aceptancia. Hay una gran cantidad de variantes, semiesféricas, SILO, XTP, RTP o FK, veánse "High performance Fresne/-based photovo/taic concentrator" (P. l3enítez et al. 2010. Optic Express, 26 abril (vol. 18) , nO Sl) , y los documentos US 2010;307586 "Ref/ective free-form Koh/er concentrator" (Benítez P.; Minano J. c.; Hernández M.; Buljan M.) y US 2010;0123954 "Koh/er concentrator" (Benítez P.; Minano J. c.; Zamora P.; Hernández M.; Cvetkovic A) .

Estos sistemas de gran concentración requieren un subsistema de seguimiento que está compuesto por sensores y motores. Los dispositivos con mayor concentración, como los formadores de imagen y algunos CPC requieren una orientación precisa mediante el movimiento controlado de 2 ejes, llamado también movimiento acimutal. Diversos sistemas, como los reflectores parabólicos lineales (20) requieren un movimiento más sencillo controlado en un eje único simplemente sincronizado con el movimiento terrestre. Otros sistemas con menor concentración requieren únicamente ajustes estacionales, como los colectores Winston, algunos colectores CPC, etc. Cuanto menor es el seguimiento mayor será el ángulo de aceptancia y menor la concentración obtenida.

Hay una infinidad de variantes de sensores que guían a los motores llamados comercialmente "solar trackers", que pueden funcionar con fotorresistencias y puentes de Wheatstone, o con células fotovoltaicas y diversas configuraciones de los circuitos electrónicos. Diversas empresas comercializan los motores actuadores.

En el caso de los paneles fotovoltaicos hay varios subsistemas externos: un regulador de tensión; un acumulador: un relé de tensión de batería etc. Por lo • • 1 'IUA

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general estos elementos se disponen exteriormente a los paneles y son comunes a varios de ellos.

Por tanto, si se requiere una alta concentración y una alta eficacia, es necesario el seguimiento del Sol, lo que implica la construcción de sistemas complejos de soporte y guiado de los paneles. Y en el caso de las centrales termo-solares de gran concentración con heliostatos, se requiere además la construcción de costosas torres donde se ubica el receptor.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

Para solventar los inconvenientes expuestos en el estado de la técnica, la presente invención consiste en un panel concentrador plano que incluye en su interior el movimiento que permite seguir la trayectoria solar o de la luz incidente. La mayor ventaja que ofrece es que es compacto y no necesita ni guiado ni orientación externa, por lo que se puede dejar fijo, sobre el suelo o sobre cualquier otra superficie. En el caso de disponer varios paneles, no necesitan colocarse ni paralelos ni coplanarios. Por todo ello permite realizar instalaciones mucho más económicas, ya sean de uso doméstico o de gran tamaño con muchos paneles.

Este colector puede recoger la luz solar y concentrarla en un haz de fibras ópticas, que pueden usarse: bien para calentar fluidos; bien para iluminar espacios en sombra; bien para su conversión directa en electricidad mediante una célula fotovoltaica dispuesta en su extremo. A su vez, los fluidos calientes se pueden usar para cualquier uso: producción de agua caliente sanitaria; producción de vapor; acumulación de energía solar mediante fluido caliente; o producción de movimiento o electricidad mediante vapor o por salto térmico. En este caso no se requiere construir ninguna torre para alojar el receptor como es habitual hasta el momento.

Otra posibilidad es disponer de una serie de células fotovoltaicas· en su interior y producir electricidad. En este otro caso, gracias a la concentración de los rayos, se obtiene una gran economía porque las células fotovoltaicas necesarias tendrán una superficie mucho menor que el propio panel pero aprovechando la práctica totalidad de la superficie captadora del panel.

Este colector no es adecuado para la luz difusa ni para los días nublados.

El esquema de funcionamiento de la presente invención es muy simple. Se disponen dos superficies principales con un movimiento relativo que las mantiene en todo momento paralelas. Dicho movimiento puede ser plano (en dos direcciones) o puede variar también la distancia entre ambas superficies...

 


Reivindicaciones:

Panel concentrador solar que incluye el movimiento que permite seguir la trayectoria solar caracterizado porque comprende: Una superficie (1) compuesta por una pluralidad de elementos ópticos convergentes (3) , distribuidos a su largo y ancho, que pueden ser o lentes o bien sistemas de lentes, y que operan ya sea por refracción o por reflexión. Una superficie (2) , que puede estar constituida por un plano, o por una rejilla plana, y que contiene una pluralidad de elementos colectores distribuidos a lo largo y ancho o situados en los nudos de la rejilla, y que pueden ser: extremos de fibra óptica (4) ; o bien células fotovoltaicas (5) . Ambas superficies (1) y (2) poseen un movimiento relativo tal que se mantienen siempre paralelas entre sí. Un sistema (6) de detección del ángulo de elevación y de la orientación de la luz incidente y que mediante unos actuadores produce el movimiento relativo de las superficies (1) y (2) tal que las mantiene paralelas y tal que: si el número de elementos ópticos convergentes (3) es igual al número de elementos colectores (4) o (5) , cada elemento óptico convergente (3) mantendrá concentrados los rayos en él incidentes en un foco situado sobre cada elemento colector (4) o (5) ; si el número elementos ópticos convergentes (3) es menor al número de elementos colectores (4) o (5) , cada elemento óptico convergente (3) mantendrá concentrados los rayos en él incidentes en un foco situado sobre un elemento colector (4) o (5) .

Panel concentrador solar según la reivindicación P, caracterizado por el hecho de que posee un sub-sistema de detección de la posición de los rayos de luz incidentes, que comprende:

Una superficie opaca (25) con una oquedad en su centro. Un elemento superficial transparente (18) , Y que posee su cara superior un acabado difusor de la luz (19) . Varios elementos fotosensibles (20) (21) situados en el perímetro de (18) . Un sistema electrónico o digital que es capaz de determinar la posición del máximo de iluminación en cada uno de los laterales del perímetro de (18) Y generar las órdenes de comando del desplazamiento relativo entre las superficies (1) y (2) , Y que logre la coincidencia de los focos de concentración en los elementos de captación.

Panel concentrador solar según la reivindicación P, caracterizado por el hecho de que los elementos colectores, ya sean (4) o (5) , poseen lentes convergentes (17) , tales que permiten aumentar ligeramente el ángulo de aceptancia de la luz exterior o reducir la superficie de (4) o (5) . Panel concentrador solar según la reivindicación la, caracterizado por el hecho de que el sistema (6) de detección y movimiento se alimenta de alguna de las opciones siguientes: mediante una red de alimentación exterior; mediante células fotovoltaicas situadas en el panel concentrador; de las células fotovoltaicas (5) del propio panel concentrador; mediante almacenamiento eléctrico en combinación con las opciones anteriores.

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5. Panel concentrador solar según la reivindicación P, caracterizado por el hecho de que los elementos de fibra óptica (4) son flexibles, se agrupan, y

forman un cable que se prolonga por fuera del captador y que permite trasladar la luz solar a otros lugares para procurar iluminación, calentar fluidos o convertir en energía eléctrica dicha luz.

6. Panel concentrador solar según la reivindicación P, caracterizado por el hecho de que la superficie (2) es de metal muy conductor del calor y posee un sistema de refrigeración: mediante aletas de refrigeración; mediante un sistema caloportador; o la combinación de ambos.

7. Panel concen~rador solar según la reivindicación P, caracterizado por el hecho de que posee una carcasa exterior (7) .

8. Panel concentrador solar según la reivindicación P, caracterizado por el 15 hecho de que la carcasa exterior (7) posee aperturas de refrigeración.

9. Panel concentrador solar según la reivindicación la, caracterizado por el hecho de que dispone de una superficie exterior transparente de protección (13) .

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