ELEMENTO DE CONCENTRACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA, MÓDULO QUE COMPRENDE DICHOS ELEMENTOS Y DISPOSITIVO MODULAR FORMADO POR DICHOS MÓDULOS.
Elemento de concentración solar fotovoltaica y dispositivo modular que comprende dicho elemento.
Permite obtener factores de concentración en un rango comprendido entre 3 y 10 sin necesidad de instalar dispositivos de seguimiento solar. El elemento de concentración (9) comprende una zona de entrada (1), en la parte superior, por donde la radiación solar accede al elemento de concentración (9); una célula (3) fotoeléctrica acoplada a la cara de salida del elemento de concentración en la parte inferior, que recibe la radiación y la transforma en electricidad; y unas paredes laterales (4) dispuestas según la dirección longitudinal de la célula (3), divididas en un primer tramos (5) parabólico ubicado en la parte superior y un segundo tramo (6) lineal ubicado en la parte inferior.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201030331.
Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: CAPARROS JIMENEZ,Sebastián, PÉREZ GARCÍA DE CASTRO,JOSÉ ANTONIO, ROWLEY DAVENPORT,Tomas Lewis.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/0232 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 eléctricas 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). › Elementos o disposiciones ópticas asociados al dispositivo (H01L 31/0236 tiene prioridad; para las células fotovoltaicas H01L 31/054; para módulos fotovoltaicos H02S 40/20).
- H01L31/052 H01L 31/00 […] › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados 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).
Fragmento de la descripción:
cada diseño particular.
Elemento de concentración solar fotovoltaica, módulo que comprende dichos elementos y dispositivo modular formado por dichos módulos. Objeto de la invención
La presente invención se puede incluir en el campo técnico del aprovechamiento de la energía solar, en concreto para la obtención de energía eléctrica por medio del efecto fotovoltaico.
El objeto de la invención se refiere a un elemento de concentración solar fotovoltaica de baja concentración que no precisa estar dotado de seguimiento solar. Antecedentes de la invención La definición de sistemas solares concentradores está basada en la reducción del uso de materiales receptores fotovoltaicos mediante el empleo de elementos ópticos, capaces de concentrar en el plano donde se localiza el receptor la radiación solar que incide en el concentrador con un determinado ángulo de visión.
La mayoría de los sistemas de concentración para tecnología fotovoltaica (en adelante CPV) , debido al bajo ángulo de visión que los caracteriza, sólo son viables empleando estructuras móviles que producen un seguimiento solar en uno o en dos ejes. La complejidad de dichas estructuras móviles, tanto en diseño como en construcción y en mantenimiento aumenta la complejidad y costes del sistema.
Por el contrario, los sistemas CPV estáticos que han sido desarrollados, por ejemplo en la solicitud internacional de patente WO2006123194 (A1) , no alcanzan los valores de concentración requeridos para producir una reducción ventajosa del coste de los receptores fotovoltaicos.
A la luz de lo que se acaba de exponer, el problema técnico que se plantea es la definición de un dispositivo de concentración solar fotovoltaica que permita obtener valores de baja concentración, (con un factor de concentración de entre 3 y 10) sin necesidad de establecer un seguimiento solar tradicional a uno o dos ejes. La concentración alcanzada debe ser superior a la de los sistemas puramente estáticos de forma que se consiga una reducción suficiente en costes en el elemento fotovoltaico. Descripción de la invención
La presente invención resuelve el problema técnico planteado por medio de un elemento de concentración solar fotovoltaica.
El objeto de la invención describe un elemento de concentración solar fotovoltaica. Dicho elemento de concentración, a modo de estructura óptica sólida, está provisto de una zona de entrada de radiación solar, unas paredes que conducen la luz mediante reflexión total interna y una cara de salida donde se acopla un elemento de recepción.
El elemento de recepción comprende una célula fotoeléctrica sustancialmente más alargada en dirección longitudinal ubicada en disposición sustancialmente horizontal. Dicha célula se encuentra dispuesta en la parte inferior del elemento de concentración y está unida a la cara de salida.
Las paredes que conducen la luz por reflexión total interna comprenden un primer tramo que presenta forma parabólica y un segundo tramo, contiguo al primero, que presenta forma lineal. El segundo tramo se encuentra más cerca de la célula que el primer tramo.
Las dimensiones de la primera sección parabólica De manera preferente el elemento de concentración está fabricado en PMMA (polimetilmetacrilato) .
La configuración de las paredes con un primer tramo parabólico conectado a un segundo tramo lineal proporciona un aumento de rendimiento de captación y de concentración respecto al empleo de los elementos en los que dichas paredes comprenden únicamente un tramo parabólica, debido a que la porción lineal presenta un comportamiento más ventajoso que la porción parabólica en las inmediaciones de la célula, mientras que la porción parabólica, constituye el medio más eficaz para la concentración de radiación en zonas más alejadas.
La radiación electromagnética solar accede al elemento de concentración a través de la zona de entrada, hacia las paredes laterales, donde se conduce hacia el elemento receptor por reflexión total interna.
El elemento de concentración definido presenta un campo de visión de entre -60º y +60º en dirección lineal y de entre -10º y +10º en dirección transversal. Por tanto, dicho elemento de concentración se dispone según la dirección Este-Oeste, con pérdidas por efectos angulares similares a las de un módulo fotovoltaico convencional. Al no realizarse seguimiento solar, la eficiencia de colección será menor en las horas cercanas al amanecer y al anochecer, lo cual no resulta significativo en términos de rendimiento, ya que la radiación solar incidente en estos períodos es mucho menor que en las horas centrales del día.
Tal como se ha mencionado anteriormente, en la sección transversal, (dirección Norte-Sur, según la ubicación indicada para el elemento de concentración) el campo de visión se encuentra entre -10º y +10º. Puesto que la trayectoria solar aparente presenta una variación anual según la dirección Norte-Sur (elevación solar) mayor que entre -10º y +10º, y dependiendo del diseño del sistema se propone una reorientación del elemento de concentración a lo largo del año para encontrarse en ubicación óptima en relación a la altura solar, en cuyo caso, el número de ajustes anuales necesarios dependerá de la latitud donde se localice el sistema.
Gracias a este ajuste en altura solar, es posible llegar a concentraciones de valores comprendidos entre 3 y 10 que resultan lo suficientemente elevados como para hacer atractivo al elemento concentrador, debido a la reducción de costes que se pueden conseguir en las células.
Una pluralidad de los elementos de concentración anteriormente descritos se ensamblan en un módulo de concentración. Varios de estos módulos de concentración se disponen en una estructura de soporte común, cuya inclinación y, por tanto, la de los propios módulos de concentración, es ajustable. El ajuste de la inclinación respecto de la dirección Norte-Sur (elevación solar) de la estructura de soporte se realiza mediante varias posiciones existentes en la propia estructura de soporte, sin necesidad de ningún elemento activo mecánicamente. Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
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carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1. Muestra una vista lateral de un elemento de concentración según la invención.
Figura 2a. Muestra un esquema del campo de visión del elemento concentrador según la dirección longitudinal.
Figura 2b. Muestra un esquema del campo de visión del elemento concentrador según la dirección transversal.
Figura 3. Muestra sendas gráficas del rendimiento energético del elemento concentrador respecto del ángulo de orientación, según dirección longitudinal y según dirección transversal según la primera realización preferente.
Figura 4a. Muestra unos módulos con elementos de concentración montados en la estructura de soporte con inclinación para meses de invierno.
Figura 4b. Muestra unos módulos con elementos de concentración montados en la estructura de soporte con inclinación para meses de verano.
Figuras 5a. y 5b. Muestran sendas gráficas del rendimiento energético del elemento concentrador respecto del ángulo de orientación, según dirección longitudinal (alpha) y según dirección transversal (beta) según la segunda realización preferente. Realización preferente de la invención
A continuación se describe dos realizaciones preferentes de la invención con ayuda de las figuras adjuntas. Primera realización preferente Según la primera realización, la figura 1 ilustra un elemento de concentración (9) según la primera realización preferente de la invención, en la que se aprecia que el elemento de concentración (9) comprende una zona de entrada (1) de radiación electromagnética en la parte superior. La radiación electromagnética accede al elemento de concentración (9) por la zona de entrada (1) .
En la parte inferior del elemento de concentración (9) está situada una célula (3) fotoeléctrica monofacial que recibe la radiación electromagnética, después de que dicha radiación ha sido reflejada en unas paredes laterales (4) que conectan la célula (3) con la zona de entrada (1) . Las paredes laterales (4) se extienden a ambos lados de la célula (3) a lo largo de la dirección longitudinal divididas en dos tramos (5, 6)...
Reivindicaciones:
1. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica caracterizado porque comprende: -una zona de entrada (1) de radiación electromagnética, en ubicación superior;
-una cara de salida (2) , en ubicación inferior, donde se acopla una célula fotoeléctrica (3) que recibe la radiación electromagnética que accede al elemento de concentración (9) a través de la zona de entrada (1) ,
-unas paredes laterales (4) , que se extienden a lo largo de la dirección longitudinal de la cara de salida (2) , que conduce por reflexión total interna hacia dicha cara de salida (2) la radiación que accede a través de la zona de entrada (1) , donde las paredes laterales
(4) están divididas en un primer tramo (5) de forma parabólica y un segundo tramo (6) de forma lineal.
2. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la célula (3) está dispuesta en posición sustancialmente horizontal.
3. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la célula (3) es una célula (3) monofacial.
4. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la célula (3) es una célula (3) de silicio de alta eficiencia, de silicio convencional o de película fina.
5. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer tramo (5) de forma parabólica en las
paredes laterales está dispuesto en la parte superior y el segundo tramo (6) de forma lineal está dispuesto en la parte inferior.
6. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo tramo (6) lineal está unido al primer tramo parabólico (5) .
7. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la anchura de la célula (3) es de 2 mm., la anchura de la zona de entrada (1) es de 10 mm. y la altura entre la zona de entrada (1) y la célula (3) es de 15 mm., obteniendo un factor de concentración igual a5.
8. Elemento de concentración (9) solar fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la anchura de la célula (3) es de 2 mm., la anchura de la zona de entrada (1) es de 6 mm. y la altura entre la zona de entrada (1) y la célula (3) es de 6.5 mm., obteniendo un factor de concentración igual a 3.
9. Módulo de concentración (10) solar fotovoltaica caracterizado porque comprende una pluralidad de los elementos de concentración (9) descritos en una cualquiera de las reivindicaciones1a8.
10. Dispositivo modular que comprende uno o varios módulos de concentración (10) descritos en una cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9 caracterizado porque comprende una estructura de soporte (7) sobre la que están dispuestos de manera modular los módulos de concentración (10) , en la cual la inclinación de la propia estructura de soporte (7) es ajustable.
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