Panel solar fotovoltaico de concentración.

Un sistema de energía fotovoltaica (1) que comprende:

una pluralidad de módulos concentradores fotovoltaicos (2) dispuestos en una matriz de dos dimensiones,

en el que cada módulo concentrador fotovoltaico (2) comprende una porción de cuerpo principal (8) que tiene:

- una base (145) y una pluralidad de paredes laterales (138, 140, 142, 143) conectadas a la base (145), en el que la base (145) y la pluralidad de paredes laterales (138, 140, 142, 143) definen una región interior (127) de la porción de cuerpo principal (8),

- dos cavidades (134, 136) formadas en la porción de cuerpo principal (8), extendiéndose cada cavidad desde la mismo de las paredes laterales (142) y la base (145) en la región interior (127),

- un punto de fijación y pivote (306) en cada cavidad (134, 136), y

- una o más aberturas (4) situadas frente a la base (145), comprendiendo cada abertura una pluralidad de lentes (6) colocadas en cada abertura (4), de tal manera que cada lente (6) es capaz de dirigir la luz incidente a un enfoque en una célula solar (50) dentro de la región interior (127) de la porción de cuerpo principal (8);

un primer mecanismo de articulación que incluye un primer y un segundo chasis (305, 307) y una pluralidad de elementos alargados, estando cada elemento alargado acoplado en un extremo a uno del primer y segundo chasis (305, 307) y en el otro extremo al punto de fijación y pivote (306) en una de las cavidades (134, 136) de tal manera que el primer mecanismo de articulación puede articular los respectivos módulos concentradores fotovoltaicos alrededor de los primeros ejes (17), que son cada uno sustancialmente paralelos a la dimensión más larga de un respectivo módulo concentrador fotovoltaico (2), y un segundo mecanismo de articulación configurado para articular un subconjunto de la pluralidad de módulos concentradores fotovoltaicos (2) alrededor de un segundo eje común (15) que es sustancialmente perpendicular a los primeros ejes (17), en el que el segundo mecanismo de articulación comprende una estructura de montaje (310, 312) acoplada al primer y segundo chasis (305, 307), para articular el mismo de una manera oscilante alrededor del segundo eje común (15).

Panel solar fotovoltaico de concentración Reivindicación de prioridades La presente solicitud de patente reivindica la prioridad de la solicitud de patente US2010018570 A1, presentada el16 de mayo de 2008, de Hines et al. y titulada PANEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE CONCENTRACIÓN.

Declaración relativa a la investigación o desarrollo de patrocinio federal La presente invención se realizó con el apoyo del Gobierno en virtud de Acuerdo de Cooperación No. DE-FC3607G017044 otorgado por el Departamento de Energía de Estados Unidos. El Gobierno tiene determinados derechos en esta invención.

Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas de energía fotovoltaicos, módulos concentradores fotovoltaicos, y los dispositivos y procedimientos relacionados.

Antecedentes de la invención Los paneles solares son generalmente bien conocidos (véase, por ejemplo, la publicación US 2006/0283497 (Hines) ) . Es deseable producir paneles solares que produzcan más energía y/o de menor coste..

Hasta la fecha, los concentradores solares fotovoltaicos generalmente han tomado uno de los dos enfoques construir una gran cubeta reflectante o plato o un campo de espejos de articulación que reflejan la luz a un punto central, donde se convierte en energía (tal como de Solar Systems de Victoria, Australia y en Gross et al., patente US No. 2005/0034751) , colocar de manera ajustada un gran número de pequeños concentradores en un gran panel que se articula de forma rígida para seguir el sol (tal como en Chen, publicación US No. 2003/0075212 o en Stewart, publicación US No. 2005/0081908) . Ver también la referencia de Matlock et al. (patente US No. 4.000.734) , que describe reflectores alargados montados para su movimiento alrededor de un tubo de calentamiento dispuesto en el foco lineal de los reflectores y un mecanismo de seguimiento.

Un tercer enfoque reciente que ha aparecido en la técnica anterior (Fraas et al., publicación US No. 2003/0201007) es intentar combinar las ventajas de la concentración con la comodidad del factor de forma de un panel solar ordinario. Fraas et al. muestra múltiples enfoques que tratan de resolver el problema de coste/rendimiento/conveniencia.

Un enfoque para producir un concentrador solar plano era colocar filas de pequeños concentradores en un anillo giratorio "lazy susan" (Cluff, patente US No. 4, 296.731) . Véase también, por ejemplo, el sistema de seguimiento fotovoltaico comercializado bajo el nombre comercial SUNFLOWER der Energy Innovations, Pasadena, California.

Un enfoque en la técnica anterior ha sido para el desarrollo de un conjunto de colectores de concentración, que se articulan de forma individual y al mismo tiempo se articulan en masa, como en Diggs, patente US No. 4.187.123.

Una variación reciente en este enfoque es colocar dos filas de colectores en un bastidor donde se articulan aproximadamente en posición, tal como divulga Fukuda, patente US No. 6.079.408. Tal enfoque coloca un concentrador de seguimiento en una forma que es aproximadamente plana.

Bugash et al, patente US No. 4.365.617 divulga un sistema de calentamiento solar reflectante cuyos colectores se articulan en posición.

Se ha conocido anteriormente en la técnica que un bastidor alrededor del perímetro de un sistema de seguimiento solar ayuda a poder soportar los elementos fotovoltaicos individuales (véase, por ejemplo, el sistema de seguimiento fotovoltaico comercializado bajo el nombre comercial SOLAROPTIMUS de Conergy, Hamburgo, Alemania, y la publicación de la solicitud de Internacional Nº WO 2006/120475) .

El enmarcando de todo el perímetro de un panel solar puede limitar la densidad de disposición de los paneles solares y/o hacer los paneles estéticamente menos agradables. Sin embargo, la disposición escaso puede hacer que sea más fácil para los módulos concentradores operar sin sombrear el uno al otro a través de una porción más grande del día y del año, lo que permite un uso rentable de los concentradores individuales mediante el aumento de su exposición diaria total a la luz solar.

Muchos consumidores tienen estructuras tradicionales de paneles solares de montaje (por ejemplo, carriles y similares) en posición y les gustaría usar este tipo de estructuras existentes de montaje en lugar de invertir en nuevas estructuras de montaje. Los montajes posteriores de nuevos e innovadores paneles solares a las estructuras de montaje de paneles solares tradicionales puede ser un obstáculo técnico importante en la fabricación de dichos paneles nuevos en una realidad práctica.

Un desafío técnico con respecto al desarrollo de soluciones innovadoras en torno a la articulación de módulos concentradores es que muchos lugares de montaje como tejados y similares tienden a tener superficies irregulares que pueden hacer que los concentradores se unan en un grado indebido cuando los módulos se articulan en inclinación y/o se inclinan.

Con respecto a la óptica de concentración, existe una necesidad de proporcionar un módulo de concentración con una o más ópticas secundarias, de tal manera que la óptica pueda soportar una o más tensiones ambientales, tales como vibración (por ejemplo, durante la fabricación y/o uso) , de choque térmico y/o físico, contaminación por partículas, tal como polvo, combinaciones de las mismas, y similares.

Sumario de la invención Los solicitantes han inventado una solución, como se define en la reivindicación 1, para superar y/o aliviar uno o más de los problemas presentes en los concentradores solares y paneles solares de la técnica anterior.

Uno o más puntos de fijación están colocados en la región interior de un módulo concentrador de tal manera que un mecanismo de articulación de basculación puede articular el módulo concentrador sustancialmente alrededor del centro de gravedad del módulo concentrador fotovoltaico. Tales puntos de fijación permiten que el módulo concentrador se articule en inclinación. Tener puntos de fijación en la región interior de un módulo concentrador permite que el panel no tenga que enmarcar todo el perímetro del panel. La estructura de soporte se coloca debajo de los módulos concentradores. Ventajosamente, dos o más de tales módulos concentradores se colocan relativamente más estrechamente que en muchas matrices de concentradores solares de escala de utilidad terrestres tradicionales. La disposición de módulos concentradores más estrechamente tiende a amortizar mejor los costes asociados con la planificación, los permisos, y la ejecución de instalación de un generador fotovoltaico basado en sistemas concentradores, especialmente, por ejemplo, para una instalación comercial en azoteas, que puede conducir a un menor coste total de la energía producida por el sistema. Sin embargo, puede ser deseable dejar al menos una cierta cantidad de espacio entre los concentradores individuales.

Otro aspecto incluye un chasis de articulación que tiene un elemento de articulación acoplado de forma rígida y física a uno o más de otros elementos de chasis unidos directamente a los módulos concentradores, de manera que aísla o minimiza substancialmente cualquier flexión y similar de ser transferida desde el elemento de articulación conducido (por ejemplo, el eje) . Ventajosamente, esta disposición entre los elementos de chasis puede impedir una unión indebida cuando los módulos concentradores se articulan en basculación y/o se inclinan. En realizaciones preferidas, los elementos de chasis de articulación se pueden colocar debajo de los módulos concentradores de modo que el panel esencialmente no tiene un bastidor alrededor del perímetro del panel. En lugar de incluir un bastidor superfluo alrededor de todo el panel solar de concentración, muchas realizaciones preferidas no incluyen un bastidor a lo largo de uno o más lados de la unidad (por ejemplo, ningún bastidor alrededor del perímetro del panel) , en lugar de hacer uso de mecanismo de articulación del concentrador de la unidad para proporcionar también soporte estructural, lo que permite una unidad más rentable a través de la eliminación de los componentes innecesarios del bastidor. La estructura de soporte puede esconderse debajo del panel solar de concentración, y aún así ser capaz de articular el módulo (s) concentrador (es) sustancialmente alrededor del centro de gravedad de cada módulo concentrador, permitiendo de ese modo el soporte de los módulos concentradores sin aumentar la anchura del panel solar, ayudando a mejorar la eficiencia del panel solar.

Otro aspecto incluye un panel solar que tiene una estructura de montaje ajustable para acomodar una pluralidad de ubicaciones de montaje. Tal estructura de montaje permite ventajosamente hardware de montaje... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de energía fotovoltaica (1) que comprende:

una pluralidad de módulos concentradores fotovoltaicos (2) dispuestos en una matriz de dos dimensiones, en el que cada módulo concentrador fotovoltaico (2) comprende una porción de cuerpo principal (8) que tiene:

- una base (145) y una pluralidad de paredes laterales (138, 140, 142, 143) conectadas a la base (145) , en el que la base (145) y la pluralidad de paredes laterales (138, 140, 142, 143) definen una región interior (127) de la porción de cuerpo principal (8) , -dos cavidades (134, 136) formadas en la porción de cuerpo principal (8) , extendiéndose cada cavidad desde la mismo de las paredes laterales (142) y la base (145) en la región interior (127) , -un punto de fijación y pivote (306) en cada cavidad (134, 136) , y -una o más aberturas (4) situadas frente a la base (145) , comprendiendo cada abertura una pluralidad de lentes (6) colocadas en cada abertura (4) , de tal manera que cada lente (6) es capaz de dirigir la luz incidente a un enfoque en una célula solar (50) dentro de la región interior (127) de la porción de cuerpo principal (8) ;

un primer mecanismo de articulación que incluye un primer y un segundo chasis (305, 307) y una pluralidad de elementos alargados, estando cada elemento alargado acoplado en un extremo a uno del primer y segundo chasis (305, 307) y en el otro extremo al punto de fijación y pivote (306) en una de las cavidades (134, 136) de tal manera que el primer mecanismo de articulación puede articular los respectivos módulos concentradores fotovoltaicos alrededor de los primeros ejes (17) , que son cada uno sustancialmente paralelos a la dimensión más larga de un respectivo módulo concentrador fotovoltaico (2) , y un segundo mecanismo de articulación configurado para articular un subconjunto de la pluralidad de módulos concentradores fotovoltaicos (2) alrededor de un segundo eje común (15) que es sustancialmente perpendicular a los primeros ejes (17) , en el que el segundo mecanismo de articulación comprende una estructura de montaje (310, 312) acoplada al primer y segundo chasis (305, 307) , para articular el mismo de una manera oscilante alrededor del segundo eje común (15) .

2. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que al menos uno de los primeros ejes de inclinación (17) y el segundo eje común (15) están dispuestos para extenderse en, o cerca de, el centro de gravedad de los módulos concentradores fotovoltaicos (2) .

3. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que la porción de cuerpo principal (8) comprende un material plástico moldeado.

4. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que la porción de cuerpo principal (8) comprende uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en epoxi, compuesto de moldeo en lámina (SMC) , y compuesto de moldeo a granel (BMC) .

5. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que cada módulo concentrador fotovoltaico (2) comprende además un conjunto disipador de calor sobre una superficie exterior de la porción de cuerpo principal (8) , comprendiendo el conjunto disipador de calor (10) un disipador de calor conectado directa o indirectamente a una célula solar (50) dentro de la región interior (127) de la porción de cuerpo principal (8) , y uno o más tirantes estructurales colocados sobre las una o más aberturas, tal que el uno o más tirantes estructurales permiten que la luz incidente pase a la una o más aberturas, y en el que los uno o más tirantes estructurales contactan con la superficie exterior de la porción de cuerpo principal (8) de una manera estructuralmente de soporte.

6. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que el primer mecanismo de articulación comprende al menos tres elementos de chasis (302, 305, 307) colocados adyacentes a la base (145) , en el que el primer elemento de chasis (305) está acoplado físicamente a uno de los puntos de fijación y de pivote (306) , el segundo elemento de chasis (307) está acoplado físicamente al otro punto de fijación y de pivote (306) , y el tercer elemento de chasis (302) está acoplado físicamente al primer y segundo elementos de chasis (305, 307) .

7. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que el segundo mecanismo de articulación comprende un elemento de cuello de cisne dispuesto para separar el segundo eje común (15) de los elementos de chasis (302, 305, 307) del primer mecanismo de articulación.

8. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que el segundo mecanismo de articulación comprende un elemento cilíndrico situado entre los elementos de chasis (302, 305, 307) del primer mecanismo de articulación y un soporte de montaje (326) y que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo está acoplado rígidamente a los elementos de chasis (302, 305, 307) y el segundo extremo está acoplado de forma móvil al soporte de montaje (326) a través de una articulación móvil (334) .

9. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 7, en el que el conjunto móvil (334) es un cojinete esférico.

10. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que la porción de cuerpo principal (8) comprende además uno o más puertos de ventilación situados en la región interior (127) , y en el que al menos uno de los puertos de ventilación comprende una membrana semipermeable que es permeable al gas, tal que la región interior

puede estabilizarse con la atmósfera circundante.

11. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que una o más paredes laterales de la porción de cuerpo principal (8) de al menos un módulo concentrador fotovoltaico comprende además una o más características de montaje para montar un sensor de sol (212) .

12. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que el subconjunto de la pluralidad de módulos 10 concentradores fotovoltaicos (2) comprende seis módulos concentradores fotovoltaicos (2) .

13. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de lentes comprenden una matriz de lentes de "m" por "n", en el que m y n son números enteros, m > 1, n > 1, y m no es igual a n.

14. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que cada lente (6) es capaz de formar un cono de

luz convergente, en el que las cavidades (134, 136) están colocadas de tal manera que se encuentran fuera de cada 15 cono de luz convergente formado por dichas lentes (6) .

15. El sistema de energía fotovoltaica de la reivindicación 1, en el que al menos una muesca (146, 148, 150) se proporciona en la misma pared lateral (142) desde la que se extienden las cavidades (134, 136) , para proporcionar espacio para los elementos en la articulación de los módulos concentradores fotovoltaicos (2) alrededor de los primeros ejes (17) .