MODULO DE ALTA CONCENTRACION FOTOVOLTAICA.

Módulo de alta concentración fotovoltaica que comprende una pluralidad de lentes concentradoras Fresnel (2),

como lentes concentradoras de radiación solar, que constituyen un conjunto o parquet situadas sobre una estructura en forma de "V" (6), que permite que exista menos aire interno minimizando así los efectos que pueda producir la humedad sobre los elementos activos del sistema, unidos por medios de fijación estancos, y en cuyo interior, en la base, existen una pluralidad de cavidades predeterminadas (11), en las que se inserta, en cada una, un receptor fotovoltaico (18) que comprende al menos una célula fotovoltaica (5) sobre la cual se sitúa un elemento óptico secundario (4), que mejora el ángulo de aceptancia, multiplicando así la capacidad de producción de energía eléctrica de las células fotovoltaicas (5) y su durabilidad, e incluye piezas laterales atornilladas a la estructura que minimizan los esfuerzos de torsión por el agarre al seguidor.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930336.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: DE DIOS PARDO,ANTONIO, MARTIN MAROTO,CARLOS, CELAYA PRIETO,FERNANDO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L31/052 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). › 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).
MODULO DE ALTA CONCENTRACION FOTOVOLTAICA.

Fragmento de la descripción:

Módulo de alta concentración fotovoltaica.

Sector técnico de la invención

La presente invención se refiere un módulo solar fotovoltaico de alta concentración (High Concentration Photovoltaic "HCPV") con utilización de un parquet de lentes fresnel, un sistema óptico secundario y células fotovoltaicas de alta eficiencia, para producción de energía eléctrica. Asimismo, la presente invención se refiere al proceso de fabricación y ensamblaje de dicho un módulo solar fotovoltaico de alta concentración.

Antecedentes de la invención

La energía solar es considerada frecuentemente como una alternativa renovable a la energía generada por combustible fósil que es utilizada actualmente de modo predominante. Por supuesto, el coste es un factor principal en la determinación del tipo de fuente de energía a utilizar, y puede esperarse de un modo razonable que cuando la energía creada a través de la conversión de potencia solar sea de coste competitivo con la generada por combustibles fósiles, la energía solar alcanzará un uso más amplio.

Los módulos de conversión de energía solar que convierten la luz solar en energía eléctrica emplean típicamente células fotovoltaicas que convierten directamente la energía solar en energía eléctrica. Las células solares fotovoltaicas son dispositivos capaces de transformar la radiación solar en electricidad, de un modo directo. La cantidad de energía creada por la célula está relacionada directamente con la cantidad de energía solar que absorbe la célula; la cantidad de energía que absorbe la célula es una función tanto del tamaño como del área superficial de la célula y de la intensidad de la luz solar y la longitud de onda que incide en la célula.

La alta concentración fotovoltaica (High Concentration Photovoltaic "HCPV", en sus siglas en Inglés) es una tecnología incipiente que está empezando a posicionarse como una alternativa de bajo coste para la generación de electricidad.

El alto costo de fabricación de los módulos fotovoltaicos, principalmente el costo de las células, las cuales en su mayoría son importadas de otros países, hacen que los precios de venta sean excesivamente altos.

En términos relativos, la célula fotovoltaica es el componente más costoso de un convertidor de energía solar. Por lo tanto, el incremento de la producción eléctrica del convertidor aumentando el área superficial de las células, puede llegar muy costoso, y se emplean normalmente otros métodos para incrementar la intensidad de la luz solar que incide en la célula. Tales métodos incluyen utilizar lentes concentradoras y/o espejos para el enfoque de la luz solar sobre la célula.

El tamaño del módulo afecta también al coste en otros modos menos directos. Puesto que la mayoría de los convertidores de energía solar son fabricados alejados de su sitio de instalación, los costes de transporte y de montaje final pueden ser significativos. Claramente, los costes de transporte pueden reducirse al mínimo disminuyendo el tamaño del módulo convertidor, y la simplificación de la estructura general puede esperarse que reduzca razonablemente los costes del montaje, así como el coste del propio colector solar.

Efectivamente, en material semiconductor, para instalar un megavatio pico de módulos fotovoltaicos convencionales se requiere un espacio equivalente a la superficie de un campo de fútbol (8000 m2). Por el contrario, en el caso de alta concentración fotovoltaica, la superficie de semiconductor necesaria se reduce a ocho metros cuadrados (8 m2). Lo cual demuestra las ventajas económicas de esta tecnología, pues el empleo de espacio para instalaciones o huertos de paneles de módulos solares de alta concentración es mucho menor.

Con respeto a lo anterior es importante destacar que las células convencionales fotovoltaicas se fabrican con silicio, por el contrario las que se utilizan en alta concentración, por ser realizadas con elementos de los grupos III-V, del sistema periódico se fabrican en general con elementos como el galio, indio, fósforo y otros de la misma índole normalmente sobre sustratos de germanio, formando células tándem de múltiple unión que permiten utilizar el espectro solar de una manera mucho más eficiente.

Para el caso de células de Silicio, por ser de una sola unión, el límite teórico de conversión, determinado por su eficiencia, se sitúa en el 40% (en condiciones de concentración). Por el contrario, para células de uniones múltiples, el límite teórico se sitúa en el ochenta y seis coma cuatro por ciento (86,4%), por lo que el potencial de mejora es muy alto.

En la actualidad, las células comerciales de Silicio (para un sol) presentan eficiencias máximas del veintiuno por ciento (21%) (Silicio monocristalino), mientras que las células triple unión presentan eficiencias de alrededor del treinta y siete por ciento (37%).

En la actualidad, la mayoría de instalaciones fotovoltaicas convencionales de Silicio presentan eficiencias inferiores al quince por ciento (15%). En consecuencia, la superficie total de captación solar fotovoltaica puede reducirse drásticamente mediante el uso de la alta concentración fotovoltaica (casi la mitad en la actualidad, cincuenta por ciento (50%) de la superficie requerida por fotovoltaica convencional, y con potencial de reducir, incluso, este porcentaje). Esta reducción de superficie total requerida para una potencia pico equivalente instalada, mediante el uso de la tecnología de alta concentración fotovoltaica, permite reducir el costo de importantes elementos de las instalaciones:

a) Menos cantidad de terreno necesario,

b) Menor número de seguidores solares,

c) reducción de distancias de cableado y otros elementos estructurales,

d) reducción de costes de transporte como consecuencia de la disminución de volumen y peso de elementos requeridos.

Como consecuencia de lo mencionado anteriormente, el coste por Vatio instalado tiene un gran potencial de reducción.

En algunos países, tales como España, se prima más la instalación fotovoltaica generadora de energía eléctrica ubicada en cubierta que en planta solares, por lo que los avances tecnológicos deben ir encaminados a dicha ubicación.

Un objeto relacionado es proporcionar un convertidor de energía solar de este tipo que utiliza una lente individual o concentradora óptica complementada con un elemento óptico secundario para cada célula.

El sistema de aplicación de lentes concentradoras de radiación solar sobre células fotovoltaicas para el aumento de la capacidad de producción de energía eléctrica de las mismas, consiste en la utilización de una lente concentradora realizada en vidrio, metacrilato, poliuretano, polietileno, polipropileno o cualquier otro tipo de material de índole similar, que resulte transparente para permitir el paso de los rayos solares. Las lentes de fresnel, las cuales tienen la propiedad de ser elementos concentradores de gran potencia de la radiación solar y consecuentemente, permiten el aprovechamiento de dicha energía en el campo de energía fotovoltaica.

Sobre dicha lente se graban unos surcos circulares y concéntricos a lo ancho de todo el diámetro de la lente, siendo este el elemento que dota a la lente de su poder de concentración de la radiación solar. En definitiva se trata de una lente concentradora de radiación solar, de tipo convencional, de las que podemos encontrar en el mercado. Su dimensiones suelen ser entre 10/30 centímetros de diámetro, pudiendo variar dichas medidas en función de las necesidades para la cual tenga que ser utilizada.

Dicha lente se ubica sobre un marco o bastidor que dispone de un doble fondo de menor medida para ubicar en el la célula fotovoltaica, situada entre 10/30 centímetros de separación con la lente concentradora. Orientado el conjunto a la Posición del sol, los rayos inciden sobre la lente pasando a través de ella, hasta alcanzar a la célula fotovoltaica, la cual recibe dicha radiación solar aumentada en su potencia por efecto de una mayor superficie de radiación a su paso a través de la lente concentradora y el elemento óptico secundario adicional.

Las unidades así dispuestas, es decir el conjunto de una lente concentradora, superpuesta sobre una célula fotovoltaica a una distancia entre 10/30 centímetros, y soportados ambos...

 


Reivindicaciones:

1. Módulo de alta concentración fotovoltaica caracterizado por comprender:

- una pluralidad de lentes concentradoras Fresnel (2) como lentes concentradoras de radiación solar que constituyen un conjunto o parquet, una estructura en forma de "V" (6) sobre el cual se ubica el parquet de lentes Fresnel (2) en su parte superior unidos por medios de fijación estancos, y en cuyo interior existen una pluralidad de cavidades predeterminadas (11) situadas cada una en el mismo plano paralelo a cada lente concentradora Fresnel (2),

- una pluralidad de receptores fotovoltaicos (18) inter-conexionados, situados cada uno en cada cavidad predeterminada (11) del interior y base de la estructura de en forma de "V" (3), y que comprenden una superficie de receptor (17) sobre la cual se sitúa al menos una célula fotovoltaica (5), un diodo de protección (15) y los respectivos conectores positivo (13) y negativo (14),

- una pluralidad de elementos ópticos secundarios (4) situados cada uno sobre la célula fotovoltaica (5) de cada receptor fotovoltaico (18).

2. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizado porque la estructura en forma de "V" (6) tiene un ala perimetral en forma de L (1).

3. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicación 2, caracterizado porque el parquet de lentes fresnel (2) se encuentra unido a la estructura en forma de "V" (6) mediante una pieza de cierre (19) en todo el perímetro exterior de la estructura como medio de fijación estanca y desmontable.

4. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicación 3, caracterizado porque la pieza de cierre es de aluminio extruido

5. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones 2-4, caracterizado porque el parquet o conjunto de las lentes fresnel (2) se encuentra unido a la estructura en forma de "V" (6) mediante una junta de estanqueidad (3) como medio de fijación estanca.

6. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el parquet de lentes fresnel (2) se encuentra unido a la estructura en forma de "V" (6) mediante un cordón perimetral de silicona continuo como medio de fijación estanco que hace las veces de junta de estanqueidad y cierre.

7. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el parquet de lentes fresnel (2) se encuentra unido a la estructura en forma de "V" (6) mediante un material polimérico semirígido como medio de fijación estanco que hace las veces de junta de estanqueidad y cierre.

8. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la estructura en forma de "V" es de aluminio extruido.

9. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la superficie de receptor (17) del receptor fotovoltaico (18) es de material cerámico o de aleación metálica.

10. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la estructura en forma de "V" comprende dos taladros pasamuros de cable positivo (9) y de cable negativo (10) para la conexión con los cables exteriores del módulo.

11. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elementos ópticos secundarios (4) están realizados con material BK7.

12. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elemento ópticos secundarios (4) tienen forma de pirámide invertida truncada.

13. Módulo de alta concentración fotovoltaica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende dos piezas (20) metálicas laterales atornilladas a la base de la estructura y con alojamientos en sus zonas exteriores, perpendiculares a la base para el agarre del mismo a los ejes/tornillos de un seguidor solar.


 

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