BRPI0706689A2 - painel solar associado a um sistema óptico que permite visualizar uma imagem na sua superfìcie - Google Patents

Abstract

PAINEL SOLAR ASSOCIADO A UM SISTEMA óPTICO QUE PERMITE VISUALIZAR UMA IMAGEM NA SUA SUPERFìCIE. A presente invenção se refere a um sistema óptico que permite visualizar uma imagem na superficie de um painel solar sem que essa imagem seja obstáculo aos raios solares diretos. Ele é constituído por um painel solar (SP), por uma superficie lenticular (SL) formada por lentes retilíneas e por um filme transparente (F) no qual é impressa uma imagem (I) da qual foram apagadas as faixas retilíneas (BT) paralelas ao eixo longitudinal (X) das lentes. Sob certos ângulos de visão um observador (OB) só verá as faixas imagens (BN) enquanto que sob outros ângulos de incidência os raios do sol passarão através das faixas transparentes (BT) e atingirão a superficie ativa do captor solar. A presente invenção é especialmente adaptada à integração estética e arquitetural dos painéis solares, assim como à difusão de uma informação visual na superficie desse último.

Description

"PAINEL SOLAR ASSOCIADO A UM SISTEMA ÓPTICO QUEPERMITE VISUALIZAR UMA IMAGEM NA SUA SUPERFÍCIE"

A presente invenção se refere a um sistema óptico paravisualizar uma imagem na superfície de um painel solar.

E definido aqui o termo «painel solar» por qualquer tipo desuperfície, plana ou curva, cuja função é a de transformar a energia solar emcalor ou em eletricidade.

Para obter a melhor eficácia da exposição ao sol os painéissolares devem ser orientados levando-se em consideração as diferentesposições do sol no local geográfico da instalação. Em geral os painéis solaressão inclinados para o Sul de um ângulo igual à latitude do local. Mas com abaixa regular dos custos de fabricação dos painéis solares, notadamenteaqueles de tipo fotovoltaico que utilizam silício em camada fina, a orientaçãodos painéis solares se tornará menos necessária pois a falta de eficácia quedecorrerá disso poderá ser compensada, sem grande diferença de preço, porum aumento global da superfície ativa. O que facilitará por exemplo a posiçãovertical dos painéis solares.

Os painéis solares são geralmente de cor escura, e mesmototalmente preta, o que contrasta bastante com a cor dos suportes sobre osquais eles são fixados e isso vai de encontro à integração estética earquitetural dos mesmos.

A presente invenção tem como objeto visualizar uma imagemna superfície dos painéis solares. Essa imagem só fará parcialmente obstáculoaos raios solares diretos, o que permitirá que os painéis solares funcionemcom um mínimo de perda de exposição ao sol ao mesmo tempo em que sebeneficiam das características visuais da imagem escolhida. Exibir essaimagem ou essa cor permitirá portanto facilitar a integração estética dospainéis solares. Essa imagem poderá também por seu conteúdo, se tornar ummeio de comunicação de tipo informativo, identificador ou publicitário.Abaixo o painel solar equipado com o sistema óptico objeto dessa invençãoserá designado pelo termo de «painel solar formador de imagem».

E definido aqui o termo de «luz ambiente» pela luz totalrecebida pelo captor solar. A luz ambiente é composta pelos raios diretos dosol e pela luz difusa devida ao ambiente.

A presente invenção é constituída por uma superfícielenticular, de uma imagem e por um painel solar. A disposição relativa decada um desses elementos permite sob certos ângulos de observaçãovisualizar a imagem em questão sem ver a superfície do painel solar, aomesmo tempo em que permite que os raios solares diretos, que possuemângulos de incidência diferentes dos ângulos de observação precedentes,atinjam a superfície ativa do painel solar. A superfície lenticular e a imagemnão serão portanto obstáculo para os raios solares diretos e só serãoparcialmente obstáculo à luz difusão circunvizinha.

O «painel solar formador de imagem» objeto dessa invenção éconstituído por um filme transparente sobre o qual é impressa uma imagem daqual as faixas retilíneas paralelas e eqüidistantes foram apagadas. Define-sepelo termo «faixa imagem» as faixas restantes da imagem que não foramapagadas. O filme é posicionado entre a superfície ativa do painel solar e umasuperfície lenticular. A superfície lenticular é constituída por umajustaposição de lentes retilíneas idênticas, de tipo plano-convexo e cujalargura vale a soma de uma largura de faixa imagem e de uma largura de faixatransparente. O filme transparente é posicionado no lado da face plana dasuperfície lenticular, no plano focai das lentes, de modo que as faixas imagense as faixas transparentes sejam paralelas ao eixo longitudinal das lentes. Alargura das faixas imagens e das faixas transparentes são calculadas para quesob um certo intervalo de ângulos de visão um observador só verá as faixasimagens, e portanto a própria imagem, enquanto que sob um outro intervalode ângulos de visão a luz atravessará as faixas transparentes, portanto atingiráa superfície ativa do captor solar. As lentes retilíneas concentram de fato aluz, portanto a visão, em zonas do plano focai cuja posição depende do ângulode incidência da luz na superfície da lente. A luz atinge a face ondulada dasuperfície lenticular com ângulos de incidência, medidos em relação a umeixo perpendicular à superfície ondulada, que tomam valores compreendidosentre +45° e -45°. Aos intervalos de ângulos de incidência [A1, A2] e [A2,A3] correspondem zonas Z1 e Z2 do plano focai da lente. Posicionando-seconvenientemente as faixas imagens e as faixas transparentes da imagemrespectivamente em frente às zonas Z1 e Z2, um observado do qual osângulos de visão estarão compreendidos entre A1 e A2 verá as faixas imagensna zona Zle portanto a própria imagem, enquanto que a luz que terá ângulosde incidência compreendidos entre A2 e A3 se concentrará na zona Z2 eatravessará as faixas transparentes para atingir a superfície do captor solar. Oposicionamento relativo da imagem em relação à superfície lenticular seráfeito portanto em função das diferentes posições possíveis do observador edas diferentes posições possíveis do sol no céu; sabendo-se que essasdiferentes posições angulares determinarão as zonas Z1 e Z2 onde se situarãoas faixas imagens e as faixas transparentes.

A fim de evitar as reflexões múltiplas da luz na passagem dasuperfície lenticular para o filme, e do filme para a superfície do captor solar,os diferentes elementos poderão ser colados com uma cola transparente demesmo índice de refração que as parte ópticas em contato, ou então asdiferentes superfície poderão ser tratadas anti-reflexo. Para ganhar emprecisão e suprimir uma operação de colagem a impressão da imagem poderáser feita diretamente sobre a face plana da superfície lenticular.

De acordo com um modo especial de realização, o painel solarformador de imagem retomará as características da realização precedente masa superfície lenticular apresentará desta vez sua face plana para o exterior euma placa transparente de faces paralelas será intercalada entre a superfícielenticular e a imagem. Essa placa transparente será cortadaperpendicularmente a sua superfície, de uma maneira retilínea, e emintervalos regulares, a fim de fazer aparecer lâminas de ar planas de pequenaespessura que serão paralelas ao eixo longitudinal das lentes e posicionadasem frente de cada junção das lentes. A vantagem dessa superfície óptica emrelação à precedente é que os ângulos de visão e os ângulos de incidência dosraios solares poderão tomar valores compreendidos entre -70 e +70°. De fatoos raios cuja incidência será superior a 45°, depois de sua passagem através dalente, serão refratados no interior da placa e refletidos na superfície daslâminas de ar pelo princípio óptico do salto de índice de refração para ser re-dirigidos para o interior das zonas Zl ou Z2.

De acordo com um modo de realização especial, a fim deaumentar os ângulos de visão até 90°, as lentes retilíneas plano-convexas deacordo com o modo de realização precedente serão substituídas por lentesretilíneas biconvexas.

De acordo com um outro modo de realização a imagemassociada ao captor solar com imagem poderá ser modificável à distância, porexemplo pela utilização de uma exibição com cristais líquidos. Se a imagemse modifica rapidamente será então observada uma imagem animada.

De acordo com uma variante, não ilustrada, a imagem ou asimagens animadas serão modificadas de modo que as zonas de mesma cor quea superfície do captor solar serão apagadas para se tornarem transparentes.Assim a expressão da imagem não será modificada pois por transparênciaessas zonas tomarão a cor do painel solar que se encontra atrás. A luz queatravessará assim a imagem atingirá o captor solar e virá portanto seacrescentar à luz já recebida por outro lado pelo captor.

De acordo com um outro modo de realização, as faixasimagens serão substituídas por faixas de captor solar de pequenas espessuras eo painel solar será substituído por uma imagem fixa ou animada. Essas faixasde captor solar serão posicionadas em relação à superfície lenticular demaneira a receber os raios diretos do sol enquanto que as faixas transparentespermitirão que um observador posicionado sob outros ângulos de visão, veja aimagem, ou as imagens animadas, através do painel solar assim constituído.

Os desenhos anexos ilustram a invenção:

A figura 1 representa a disposição em vista explodida dosdiferentes elementos que compõem o painel solar formador de imagem.

A figura 2 representa uma vista em corte e o esquema deprincípio do painel solar formador de imagem, com por um lado a visão deuma imagem vista por um observador e por outro lado o percurso óptico dosraios solares que, no mesmo tempo, atingem a superfície do captor solar.

A figura 3 representa um modo de realização especial que, afim de aumentar os ângulos de visão, utiliza uma superfície lenticular plano-convexa e o re-direcionamento dos raios de acordo com o principio reflexãopor salto de índice de refração.

Em referência a esses desenhos, o sistema é composto por umpainel solar (SP), por um filme transparente (F) no qual é impressa umaimagem (I) e por uma superfície lenticular (SL). A imagem (I) é apagada emparte por faixas transparentes (BT) retilíneas paralelas e eqüidistantes.

A imagem se torna portanto uma imagem constituída porfaixas imagens paralelas não transparentes (BN) e por faixas transparentesparalelas (BT). A superfície lenticular é constituída por lentes retilíneasidênticas, de seção plano-convexa, de largura igual à soma de uma largura defaixa imagem mais de uma largura de faixa transparente, e justapostasparalelamente umas às outras. O filme transparente (F) é situado entre opainel solar (SP) e a superfície lenticular (SL), no plano focai das lentes, coma face ondulada da superfície lenticular voltada para o exterior do sistema. Asfaixas imagens (BN) e as faixas transparentes (BT) são posicionadas emrelação às lentes de modo que essas faixas (BN e BT) sejam paralelas ao eixolongitudinal (X) das lentes, e de modo que, visto sob certos ânguloscompreendidos dentro do intervalo de ângulos [Al, A2], um observador (OB)só Vera as faixas imagens (BN). Em contrapartida sob outros ângulos devisão compreendidos no intervalo de ângulos [A2, A3] os raios do solatravessarão as faixas transparentes (BT) da imagem e atingirão a superfíciedo captor solar (SP). As faixas (BM) e (BT) são posicionadas em rente àszonas Zl e Z2. As zonas Zl e Z2 representam zonas do plano focai da lenteretilínea que são cobertas pelos raios cujos ângulos de incidência estãocompreendidos respectivamente dentro dos intervalos [Al, A2] e [A2, A3].No caso de lentes cujo dioptro convexo é semicilíndrico (Figura 2) Al e A3tomam valores limites de 45°. Esses ângulos são medidos em relação a umeixo (Y) que é ao mesmo tempo perpendicular ao eixo longitudinal das lentes(X) e perpendicular à superfície lenticular (SL).

No caso de uma realização com uma superfície lenticularplano-convexa da qual a face plana é voltada para o exterior (Figura 3) osraios incidentes são concentrados na passagem do dioptro convexo da lente, edepois são submetidos a uma refração na passagem da primeira face plana daplaca transparente (PT). Uma parte dos raios atinge diretamente as zonas ZleZ2 enquanto que outros (RI, R2), mais incidentes, são refletidos na superfícieda lâmina de ar (Lm) antes de atingir as zonas Zl e Z2.

A fim de reduzir as reflexões parasitas, as diferentes faces dasuperfície lenticular, da placa de faces paralelas e do captor solar, poderão sersubmetidas a um tratamento anti-reflexo ou então o filme poderá ser coladocom uma cola transparente (C) da qual o índice de refração será idênticoàquele das partes ópticas em contato.

A título de exemplo, não limitativo o painel solar será de tipofotovoltaico equipado com um revestimento uniforme de silício em camadafina. O painel solar, assim como o filme transparente e a superfície lenticularterão uma forma retangular com como dimensões 60 centímetros de largura e100 centímetros de altura. Esse último é inclinado para o Norte de 22° emrelação à vertical, e sua face ativa voltada para o Sul. No filme transparente éimpressa em serigrafia uma imagem em cor onde se alternam faixashorizontais transparentes e não transparentes de mesma largura igual a 0,5mm. A superfície lenticular é constituída por lentes retilíneas com diâmetro de1 mm e cuja espessura é de 1,2 mm o que eqüivale à distância focai de cadalente. A superfície lenticular é posicionada de tal modo para que o eixolongitudinal das lentes esteja na horizontal, e portanto paralelo às faixas daimagem. O filme transparente é colado na face plana da superfície lenticularcom uma cola transparente e posicionado com precisão de modo que cadafaixa imagem se coloque na metade alta do plano focai de cada lente. Cadafaixa transparente se coloca então na metade baixa do plano focai de cadalente. Para um observador posicionado na altura do painel solar formador deimagem o ângulo de visão vale -22° o que permite ver as faixas imagens. Osol, em sua passagem no meridiano e na latitude de 45°, por tomar alturas deacordo com as estações variáveis entre 22° e 68° em relação ao horizonte Sul,portanto os raios solares tomam ângulos de incidências em relação ao painelsolar compreendidos entre 0° e 46°. Todos os raios solares atravessarãoportanto as faixas transparentes e atingirão a superfície do captor solar.

A presente invenção é especialmente adaptada à integraçãoestética e arquitetural dos painéis solares, assim como à difusão de umainformação visual na superfície desses últimos.

Claims (8)

1. Painel solar associado a um sistema óptico que permitevisualizar uma imagem na sua superfície caracterizado pelo fato de que elecompreende um painel solar, um filme transparente no qual foi impressa umaimagem da qual foi apagada uma série de faixas retilíneas paralelas demesmas larguras e eqüidistantes entre si, e uma superfície lenticularconstituída por uma justaposição de lentes retilíneas idênticas, de seção plano-convexa da qual a largura vale a soma de uma largura de faixa transparentemais uma largura de faixa imagem, e da qual a face plana é voltada para aimagem; o eixo longitudinal das lentes sendo paralelo às faixas imagens e àsfaixas transparentes, as ditas faixas transparentes e faixas imagens sendoposicionadas entre a superfície do painel solar e a superfície lenticular, noplano focai das lentes, de modo que uma observador só verá as faixas imagensou só a superfície do painel solar, essa alternativa sendo função do ângulo devisão sob o qual é observada a superfície lenticular.

2. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo com areivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a superfície lenticular apresentasua face plana para o exterior e que uma placa transparente de faces paralelasé intercalada entre a superfície lenticular e o filme, a dita placa sendo cortadaperpendicularmente a sua superfície, de uma maneira retilínea e em intervalosregulares, deixando aparecer lâminas de ar planas de pequenas espessurasparalelas ao eixo longitudinal das lentes e posicionadas em frente a cadajunção das lentes.

3. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo com areivindicação 1 ou 2 caracterizado pelo fato de que as lentes são de tipobiconvexo.

4. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo com areivindicação 1, 2 ou 3 caracterizado pelo fato de que as diferentes superfícieópticas possuem um revestimento anti-reflexo.

5. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo comuma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que ofilme é colado nas diferentes superfícies ópticas com uma cola transparente daqual o índice de refração é idêntico àquele das partes ópticas em contato.

6. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo comuma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que aszonas da imagem que têm a mesma cor que a superfície do painel solar sãoapagadas para se tornarem transparentes.

7. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo comuma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que asfaixas imagens são substituídas por faixas de captor solar, e o painel solar ésubstituído por uma imagem.

8. Painel solar associado a um sistema óptico de acordo comuma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que aimagem fixa é substituída por uma imagem animada.