ES2324414T3 - Extraccion de calor de un objeto. - Google Patents
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Abstract
Módulo de célula fotovoltaica (23) para un receptor (7) de un sistema de generación de energía eléctrica basado en la radiación solar, comprendiendo dicho módulo: (a) una o más células fotovoltaicas (5) que presentan una superficie expuesta a la radiación solar, (b) una conexión eléctrica para transferir la salida de energía eléctrica de la célula o células fotovoltaicas hasta un circuito de salida, y (c) un conjunto (71) que define un paso de flujo para el flujo de refrigerante para la extracción de calor de la célula o células fotovoltaicas, caracterizado porque el conjunto (71) comprende: (i) una carcasa (79) dispuesta detrás y en contacto térmico con la superficie expuesta de la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo dicha carcasa una base (85) y unas paredes laterales que se extienden desde la base, definiendo dichas paredes laterales y dicha célula o células fotovoltaicas con dicha base una cámara de refrigerante, y comprendiendo la carcasa una entrada (91) para suministrar un refrigerante en la cámara y una salida (93) para descargar el refrigerante de dicha cámara; y (ii) un elemento refrigerante (35) dispuesto en la cámara refrigerante en relación de transferencia de calor, con la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo el elemento refrigerante una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material de una conductividad térmica elevada que se encuentran en contacto térmico y presentan una gran área de superficie para la transferencia de calor y definen un laberinto tridimensional que puede conducir el calor a su través alejándolo de la célula o células fotovoltaicas (5) mediante la cantidad sustancial de pasos de transferencia de calor formados por las perlas, vástagos, barras o bolas (95) conectados de forma térmica y prevé una cantidad sustancial de pasos de flujo refrigerante para un refrigerante que, en funcionamiento del módulo, se suministra a la cámara de refrigerante a través de la entrada (91) y fluye a través del elemento refrigerante (35) y se descarga desde la cámara de refrigerante a través de la salida (93).
Description
Extracción de calor de un objeto.
La presente invención se refiere a un conjunto
para la extracción de calor de un objeto.
La presente invención se refiere en general a la
extracción de calor de objetos en situaciones en las que se precisa
una elevada transferencia de calor en espacios relativamente
estrechos con poca entrada de energía para extraer el calor.
Una de dichas situaciones es la extracción de
calor de una disposición de células fotovoltaicas en un sistema de
generación de energía eléctrica basado en la radiación solar
concentrada y, a continuación se describirá la presente invención,
a título de ejemplo, en el contexto de dicha aplicación, aunque no
está limitada a la misma.
Los sistemas de generación de energía eléctrica
basados en la radiación solar comprenden típicamente:
- (a)
- un receptor que comprende (i) una disposición de células fotovoltaicas que convierten la energía solar en energía eléctrica y (ii) un circuito eléctrico para transferir la salida de energía eléctrica de las células fotovoltaicas; y
- (b)
- unos medios para concentrar la radiación solar en las células fotovoltaicas del receptor.
La presente invención se aplica,
particularmente, aunque no exclusivamente, a sistemas de generación
de energía eléctrica basados en la radiación solar a gran escala,
del tipo descrito anteriormente, capaces de producir cantidades
sustanciales de energía eléctrica lista para acondicionar por lo
menos 20 kW de potencia a 415 voltios CA de corriente trifásica.
Algunas aplicaciones para dichos sistemas de
generación de energía a gran escala comprenden el suministro de
energía en una zona remota para redes aisladas, la energía para red
eléctrica principal, el bombeo de agua, telecomunicaciones, bombeo
de petróleo crudo, purificación de agua y generación de
hidrógeno.
Un aspecto significativo asociado con el
desarrollo de sistemas de generación de energía eléctrica basados
en la radiación solar del tipo descrito anteriormente es que puede
extraer el calor suficiente de la disposición de células
fotovoltaicas como para facilitar el funcionamiento a largo lazo de
los materiales de dicha disposición de células en situaciones en
las que tiene lugar:
- (a)
- una exposición a radiaciones solares de una intensidad extremadamente elevada, capaz de producir temperaturas elevadas, es decir, temperaturas considerablemente superiores a 1.000ºC;
- (b)
- ciclos entre las intensidades de radiación solar altas y bajas;
- (c)
- variaciones de temperatura entre las distintas partes de la disposición de células; y
- (d)
- distintas velocidades de expansión térmica de los diferentes materiales que forman la disposición de células y sus componentes asociados.
En los sistemas de generación de energía
eléctrica basados en las radiaciones solares a gran escala del tipo
descrito anteriormente, las células fotovoltaicas se exponen a
intensidades de radiación solar de por lo menos 200 veces la
intensidad del sol durante las condiciones de funcionamiento
óptimas. Además, las células fotovoltaicas están sometidas a unos
ciclos significativos entre niveles de radiación solar
extremadamente elevados y bajos, así como a variaciones en la
intensidad de la radiación solar a través de la superficie del
receptor.
La solicitud internacional PCT/AU02/00402 a
nombre del presente solicitante da a conocer un receptor de un
sistema de generación de energía eléctrica basado en la radiación
solar, que comprende una pluralidad de módulos de células
conectados entre sí eléctricamente. La solicitud internacional da a
conocer que cada módulo comprende una pluralidad de células
fotovoltaicas y una forma particular de montaje para extraer calor
de la disposición de células fotovoltaicas.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un conjunto de extracción de calor alternativo para una
disposición de células, que permita que dicha disposición de
células se enfríe lo suficiente como para soportar la exposición
durante un periodo de tiempo largo a intensidades elevadas de
radiación solar, con ciclos entre intensidades de radiación solar
extremadamente altas y bajas, variaciones de temperatura entre las
distintas secciones de componentes de los módulos y el receptor, y
diferentes velocidades de expansión térmica de los distintos
materiales que forman parte la disposición de células.
En el documento US2002/0189662A1 se describe un
dispositivo para la producción de energía solar y agua, que
comprende una estructura de cubierta con módulos adaptados para su
conexión conjunta, comprendiendo cada uno de los módulos un
elemento fotovoltaico y un dispositivo refrigerante que está
dispuesto debajo del elemento fotovoltaico y presenta la forma de
un dispositivo de fluido acanalado, de modo que una línea de fluido
o más quede rectilínea de un modo serpenteante o en forma de bucles
o hélices entre las conexiones de entrada y salida para el flujo
refrige-
rante.
rante.
El documento
US-A-4.235.221 da a conocer un
sistema y un aparato de energía solar que comprenden unos elementos
de recogida de energía solar dispuestos encima o flotando en un
cuerpo de agua, como un lago, depósito, bahía, estanque, océano o
mar. Una sección de panel de recogida de energía solar del tipo
compuesto comprende una forma de canal aislante provisto de placas
de cubierta transparentes y unas capas de alojamiento de elementos
termoeléctricos, así como un tubo de fluido térmico de recogida y de
absorción unido entre placas de absorción y de conducción
dispuestas debajo de las capas de elementos termoeléctricos.
En términos generales, la presente invención
proporciona un módulo de célula fotovoltaica para un receptor de un
sistema de generación de energía eléctrica basado en la radiación
solar. El módulo comprende un conjunto para la extracción de calor
de las células fotovoltaicas. Dicho conjunto para la extracción de
calor comprende una cámara de refrigerante dispuesta detrás y en
contacto térmico con la superficie expuesta de las células
fotovoltaicas. La cámara de refrigerante comprende una entrada para
un refrigerante y una salida para el refrigerante calentado. El
conjunto de extracción de calor comprende asimismo una pluralidad de
perlas, vástagos, barras o bolas de contacto térmico elevado con
las células fotovoltaicas y cada uno de ellos y conjuntamente
presentan una superficie grande para la transferencia de calor y
definen un laberinto tridimensional dentro de la cámara de
refrigerante que puede conducir el calor a su través, alejándolo de
la célula o células fotovoltaicas hacia el flujo refrigerante a
través del laberinto desde la entrada hasta la salida de la cámara
de refrigerante.
En términos más específicos, según la presente
invención se prevé un módulo de células fotovoltaicas para un
receptor de un sistema de generación de energía eléctrica basado en
la radiación solar, comprendiendo dicho módulo:
- (a)
- una o más células fotovoltaicas que presentan una superficie expuesta para la radiación solar;
- (b)
- una conexión eléctrica para transferir la salida de energía eléctrica de la célula o células fotovoltaicas a un circuito de salida; y
- (c)
- un conjunto para la extracción de calor de la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo dicho conjunto (i) una carcasa dispuesta detrás y en contacto térmico con la superficie expuesta de la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo dicha carcasa una base y unas paredes laterales que se extienden desde la base, definiendo con la base las paredes laterales y la célula o células fotovoltaicas una cámara de refrigerante, y comprendiendo la carcasa una entrada para suministrar un refrigerante al interior de la cámara y una salida para descargar dicho refrigerante de dicha cámara, y (ii) un elemento refrigerante dispuesto en la cámara de refrigerante en una relación de transferencia de calor con la célula o células refrigerantes, comprendiendo dicho elemento refrigerante una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas de un material con una elevada conductividad térmica, que se encuentran en contacto térmico y presentan un área de superficie grande para la transferencia de calor y definen un laberinto tridimensional que puede conducir el calor a su través alejándolo de la célula o células fotovoltaicas a través de la cantidad sustancial de pasos de transferencia de calor formados por las perlas, vástagos, barras o bolas conectados térmicamente y prevé una cantidad sustancial de pasos de flujo refrigerante que, en funcionamiento del módulo, se suministra a la cámara de refrigerante a través de la entrada y fluye a través del elemento refrigerante y se descarga de la cámara de refrigerante a través de la salida.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención es un disipador de calor sencillo,
económico, compacto y eficiente, basado en un laberinto de material
conductor térmicamente y en vacíos con proporciones optimizadas para
la conducción de calor, dispuesto en una cámara de refrigerante y
capaz de extraer cantidades sustanciales de calor de la/s
célula/células fotovoltaica/s. Dicho laberinto está provisto de un
área de superficie grande para la transferencia de calor elevada al
refrigerante, un espacio vacío optimizado para facilitar el
suficiente flujo refrigerante para retirar la energía de calor
concentrada de la/s célula/células fotovoltaica/s con poca caída de
presión del refrigerante y la consecuente baja potencia de bombeo
de refrigerante requerida para hacer circular dicho refrigerante. En
particular, el disipador de calor según la invención consigue la
extracción de calor necesaria de la/s célula/s fotovoltaica/s
dentro de una limitación significativa de la localización del
disipador de calor completamente detrás del área de la célula
proyectada y permitiendo así que el área receptora expuesta esté
compuesta en su totalidad por célula/s fotovoltaica/s. Esta
limitación de espacio no se encuentra en los disipadores de calor
utilizados en otras aplicaciones de energía no solar y representa
una limitación significativa en el contexto de los sistemas de
generación de energía eléctrica basados en la radiación solar.
El solicitante ha descubierto que el módulo de
célula descrito anteriormente, que se caracteriza por una cantidad
sustancial de pasos de transferencia de calor formados por las
perlas, vástagos, barras o bolas de contacto térmico y por la
cantidad sustancial de pasos de flujo refrigerante, puede extraer
cantidades de calor significativas generadas por la radiación solar
concentrada incidente, de un modo económico, eficiente y fiable. En
particular, el solicitante ha descubierto que la estructura de
laberinto del elemento refrigerante hace que sea posible dirigir la
energía calorífica progresivamente alejándola de la célula o células
fotovoltaicas y de las perlas, vástagos, barras o bolas de material
de una elevada conductividad térmica y, a continuación, al
refrigerante.
De este modo, el módulo de célula aborda el
problema significativo de que una parte importante de la radiación
concentrada incidente en las células fotovoltaicas de los receptores
de los sistemas de generación de energía eléctrica basados en la
radiación solar no se convierte en electricidad y se manifiesta como
calor que normalmente reduciría la eficiencia de las células
fotovoltaicas sustancialmente al incrementar su temperatura de
funcionamiento.
En particular, el solicitante ha descubierto que
el módulo de células descrito anteriormente hace que sea posible
extraer suficiente calor generado por la radiación solar concentrada
incidente, de manera que la diferencia de temperatura entre la
temperatura del refrigerante de entrada y las caras frontales de las
células fotovoltaicas es inferior a 40ºC, típicamente inferior a
30ºC, más típicamente inferior a 25ºC, y en las pruebas recientes
inferior a 20ºC, y este resultado se puede alcanzar con una caída de
baja presión del refrigerante, típicamente inferior a 100 kPa,
típicamente inferior a 60 kPa, y más típicamente inferior a 40 kPa
entre la entrada de refrigerante y la salida de refrigerante del
módulo de célula. La caída baja de presión es una consideración
importante, dado que significa que se pueden minimizar los
requisitos de energía para hacer circular el refrigerante por el
módulo.
En un dispositivo de ensayos de funcionamiento
específico, el solicitante ha descubierto que el módulo de célula
descrito anteriormente se podría hacer funcionar de manera que
mantenga una diferencia de temperatura de 20,5ºC entre la
temperatura del refrigerante de entrada y las caras frontales de las
células fotovoltaicas, y que bajo dichas condiciones de
funcionamiento se extrajeran 30 W de calor por cm^{2} de área de
superficie expuesta de célula de la célula descrita anteriormente,
el módulo generó 8,1 W de electricidad por cm^{2} de área de
superficie expuesta de la célula, y el módulo reflejó 6 W de calor
por cm^{2} de área de superficie expuesta de la célula como
radiación infrarroja. El paso de flujo de refrigerante del módulo 23
forma parte del circuito de refrigerante. En total, incidió en la
célula y se procesó un total de 44,1 W de energía (en las formas de
calor, electricidad y radiación infrarroja) por cm^{2} de área de
superficie expuesta de la célula. Normalmente, una densidad de
energía de este nivel produciría temperaturas de por lo menos 600ºC
y a esta temperatura la célula se destruiría.
Además, el solicitante ha descubierto que el
módulo de célula descrito anteriormente se puede fabricar de forma
relativamente barata y con un funcionamiento consistente.
Preferentemente, el conjunto de extracción de
calor está dispuesto en su totalidad detrás y no se extiende
lateralmente más allá del área de superficie expuesta de la célula o
células fotovoltaicas.
Preferentemente, el elemento refrigerante
comprende perlas, vástagos, barras o bolas de material con elevada
conductividad térmica que están conectados térmicamente entre sí
sinterizando dichas perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente.
Una ventaja de la sinterización sobre algunas otras opciones para la
conexión de las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente es
que tiene lugar un contacto directo entre dichas perlas, vástagos,
barras o bolas y dicho contacto directo optimiza la transferencia de
calor entre las perlas, vástagos, barras o bolas.
Preferentemente, el área de superficie para la
transferencia de calor provista por las perlas, vástagos, barras o
bolas de material de elevada conductividad térmica es por lo menos
5, y con mayor preferencia 10, veces el área de superficie de la
superficie frontal de la masa de perlas, vástagos, barras o bolas de
material con elevada conductividad térmica que se encuentran en
contacto directo con el sustrato. Como consecuencia, el elemento
refrigerante es un elemento de transferencia de calor
particularmente efectivo.
Preferentemente, el elemento refrigerante ocupa
sustancialmente por lo menos el volumen de la cámara de
refrigerante.
Preferentemente, la entrada de refrigerante está
situada en una pared lateral de la carcasa o en la base de la
carcasa de la zona de dicha pared lateral y la salida de
refrigerante está dispuesta en una pared lateral opuesta o en la
base de la zona de dicha pared lateral.
Con esta disposición, el elemento refrigerante
presenta preferentemente una forma de manera que la cámara de
refrigerante incluya un colector en comunicación fluida con la
entrada de refrigerante que se extiende a lo largo de la pared
lateral de entrada y un colector en comunicación fluida con la
salida de refrigerante que se extiende a lo largo de la pared
lateral de salida. El solicitante ha descubierto en los ensayos de
funcionamiento que esta disposición de colectores de entrada y
salida asegura que la caída de presión encontrada a través de
cualquier paso de flujo paralelo al plano de la célula o células
fotovoltaicas es sustancialmente igual, facilitando así incluso el
enfriamiento a través de la totalidad del área del disipador de
calor. Éste resulta un aspecto importante en situaciones en las que
el conjunto de extracción de calor está dispuesto en su totalidad
detrás y no se extiende lateralmente más allá del área de superficie
de la célula o células fotovoltaicas. Cuando el disipador se
extiende lateralmente más allá de la extensión del dispositivo que
se está refrigerando, ni siquiera la refrigeración es un
problema.
Preferentemente, la carcasa comprende un
obstáculo que se extiende hacia arriba desde la base hacia el
interior de la pared lateral de entrada y que define una barrera
para el flujo de refrigerante a través de la cámara de refrigerante
desde la entrada de refrigerante.
Preferentemente, la carcasa comprende un
obstáculo que se extiende hacia arriba desde la base hacia el
interior de la pared lateral de salida y que define una barrera
para el flujo de refrigerante desde la cámara de refrigerante hasta
la salida de refrigerante.
El solicitante ha descubierto en los ensayos de
funcionamiento que los obstáculos mejoran la distribución del
refrigerante por la cámara de refrigerante y, así, minimizan las
variaciones de temperatura dentro de dicha cámara e incrementan la
conductancia térmica general del conjunto de extracción de calor. En
particular, el obstáculo en el lateral de entrada preferentemente
provoca que el flujo de refrigerante procedente del lateral de
entrada se aleje de la base y se dirija hacia el plano de la célula
o células fotovoltaicas y, por lo tanto, paralelo a la
célula/células hacia el obstáculo en el lateral de salida. Dicho
obstáculo en el lateral de salida preferentemente dirige el flujo
de refrigerante calentado alejándolo de la célula/células hacia la
base y desde la carcasa. El resultado final es que los obstáculos
concentran el flujo de refrigerante en las secciones superiores de
la cámara de refrigerante, donde se requieren los niveles máximos
más elevados de extracción de calor.
Preferentemente las perlas, vástagos, barras o
bolas de material de elevada conductividad térmica presentan una
dimensión principal de 0,8-2,0 mm.
Con mayor preferencia, las perlas, vástagos,
barras o bolas de material de elevada conductividad térmica
presentan una dimensión principal de 0,8-14 mm.
Los ensayos de funcionamiento realizados por el
solicitante se han basado en el uso de vástagos cilíndricos de 1,2
mm de diámetro y 1,3 mm de longitud. Dichos vástagos se formaron
cortando cable eléctrico de un diámetro de 1,2 mm.
Preferentemente, la densidad de empaquetado de
las perlas, vástagos, barras o bolas de material de elevada
conductividad térmica se reduce con la distancia a medida que se
aleja del sustrato. Esta característica facilita la retirada de
calor alejado de la célula o células fotovoltaicas.
Preferentemente, los pasos de flujo refrigerante
ocupan entre el 20 y el 30% del volumen del elemento
refrigerante.
Se observa que en cualquier situación dada
existe una necesidad de encontrar un equilibrio entre el volumen
ocupado por las perlas, vástagos, barras o bolas de material de
elevada conductividad térmica (es decir la capacidad de disipar
calor del elemento refrigerante) y la cantidad de área de superficie
para la transferencia de calor provista por las perlas, vástagos,
barras o bolas (es decir la capacidad del elemento refrigerante de
transferir calor al refrigerante), y el espacio vacío disponible
para el flujo de refrigerante a través del elemento refrigerante
(es decir, la capacidad del elemento refrigerante para permitir el
paso del flujo refrigerante). El volumen y el área de superficie de
las perlas, vástagos, barras o bolas y el espacio vacío están
interrelacionados y pueden entrar en competencia entre sí lo cual
precisa ser considerado en base a cada caso cuando se concibe el
elemento refrigerante para una situación determinada.
Preferentemente, el elemento refrigerante actúa
como un disipador de calor.
El elemento refrigerante puede estar constituido
por cualquier material con una elevada conductividad térmica
adecuada.
Preferentemente, el material con una
conductividad elevada es cobre o una aleación de cobre.
Preferentemente, el cobre o la aleación de cobre
son resistentes a la corrosión y/o a la erosión por el
refrigerante.
Preferentemente, el módulo de la célula
comprende un sustrato en el que se montan la célula o células
fotovoltaicas y en el que se monta la carcasa.
Preferentemente, el sustrato está constituido o
comprende una o varias capas de material aislante eléctrico.
Preferentemente, el sustrato está constituido a
partir de un material que presenta una elevada conductividad
térmica.
Un material adecuado para el sustrato es el
nitruro de aluminio. Este material cerámico es un aislante eléctrico
y presenta una conductividad térmica elevada.
Preferentemente, el sustrato comprende una capa
metalizada interpuesta entre la célula o células fotovoltaicas y la
capa o capas aislantes eléctricas.
Preferentemente, el sustrato comprende una capa
metalizada interpuesta entre la capa o capas aislantes eléctricas y
el elemento refrigerante.
De acuerdo con la presente invención, se prevé
un método de fabricación para el módulo de célula fotovoltaica
descrito anteriormente que comprende:
- (a)
- conformar el elemento refrigerante suministrando una masa predeterminada de una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas de material con una conductividad elevada en un molde de una forma predeterminada y, a continuación, calentando dichas perlas, vástagos, barras o bolas de un material con una conductividad térmica elevada y sinterizando las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente para formar el elemento refrigerante;
- (b)
- disponer el elemento refrigerante en la carcasa; y
- (c)
- montar la célula o células fotovoltaicas en la carcasa.
De acuerdo con la presente invención, se prevé
un método de fabricación del módulo de célula fotovoltaica descrito
anteriormente, que comprende:
- (a)
- conformar el elemento refrigerante suministrando una masa predeterminada de una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas de material con una conductividad térmica elevada en la carcasa y, a continuación, calentando dichas perlas, vástagos, barras o bolas de un material con una conductividad térmica elevada y sinterizando las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente para formar el elemento refrigerante en la carcasa; y
- (b)
- montar la célula o células fotovoltaicas en la carcasa, por ejemplo soldando o sinterizando el sustrato a la carcasa.
Preferentemente, los métodos descritos
anteriormente comprenden el pulido de la superficie del elemento
refrigerante que forma una superficie de contacto con el sustrato
para incrementar el área de superficie de contacto entre las
perlas, vástagos, barras o bolas de material con una conductividad
térmica elevada y el sustrato.
Según la presente invención, se prevé un método
de fabricación del módulo de célula fotovoltaica descrito
anteriormente, que comprende la formación del elemento refrigerante
suministrando una masa predeterminada de una pluralidad de perlas,
vástagos, barras o bolas de material con una conductividad térmica
elevada en la carcasa y disponiendo el sustrato en la carcasa y, a
continuación, calentando dichas perlas, vástagos, barras o bolas de
un material con una conductividad térmica elevada y sinterizando las
perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente para formar el
elemento refrigerante en la carcasa y uniendo el elemento
refrigerante a la carcasa y al sustrato. Una ventaja de este método
es que existe una conexión conductora mejor entre el sustrato y el
elemento refrigerante, que la que se consigue con una conexión
soldada.
Según la presente invención, se prevé asimismo
un sistema para la generación de energía eléctrica de la radiación
solar que comprende:
- (a)
- un receptor que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas para convertir la energía solar en energía eléctrica y un circuito eléctrico para transferir la salida de energía eléctrica de las células fotovoltaicas; y
- (b)
- unos medios para concentrar la radiación solar en el receptor; y
estando dicho sistema caracterizado porque el
receptor comprende una pluralidad de módulos de célula fotovoltaica
descritos anteriormente, un circuito eléctrico que comprende las
células fotovoltaicas de cada uno de los módulos, y un circuito
refrigerante que comprende el conjunto de extracción de calor de
cada módulo.
Preferentemente, en funcionamiento, el
refrigerante mantiene las células fotovoltaicas a una temperatura
inferior a 80ºC.
Con mayor preferencia, en funcionamiento, el
refrigerante mantiene las células fotovoltaicas a una temperatura
inferior a 70ºC.
Particularmente, se prefiere que, en
funcionamiento, el refrigerante mantenga las células fotovoltaicas a
una temperatura inferior a 60ºC.
Más particularmente, se prefiere que, en
funcionamiento, el refrigerante mantenga las células fotovoltaicas
a una temperatura inferior a 40ºC.
Preferentemente, el receptor comprende un marco
que soporta los módulos en una disposición de módulos.
Preferentemente, el marco de soporte sostiene
los módulos de manera que las células fotovoltaicas formen por lo
menos una superficie sustancialmente continua que quede expuesta a
la radiación solar concentrada reflejada.
La superficie puede ser plana, curvada o
escalonada del tipo Fresnel.
Preferentemente, el marco de soporte comprende
un paso de flujo refrigerante que suministra refrigerante a las
entradas de refrigerante de los módulos y extrae el refrigerante de
las salidas de refrigerante de los módulos.
Preferentemente, el refrigerante es agua.
Preferentemente la temperatura de entrada del
agua es tan fría como razonablemente se pueda obtener.
Típicamente, la temperatura de entrada del agua
está comprendida entre 10 y 30ºC.
Típicamente, la temperatura de salida del agua
está comprendida entre 20 y 40ºC.
Preferentemente, los medios para la
concentración de la radiación solar en el receptor son un reflector
cóncavo que comprende una disposición de espejos para reflejar la
radiación solar que es incidente en los espejos hacia las células
fotovoltaicas.
Preferentemente el área de superficie de los
espejos del reflector cóncavo que está expuesto a la radiación
solar es sustancialmente superior al área de superficie de las
células fotovoltaicas que está expuesta a la radiación solar
reflejada.
La presente invención se describirá con mayor
detalle mediante un ejemplo, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de una
forma de realización preferida de un sistema de generación de
energía eléctrica de radiación solar según la presente
invención;
la Figura 2 es una vista frontal del receptor
del sistema que se muestra en la Figura 1, que ilustra el área de
superficie expuesta de las células fotovoltaicas del receptor;
la Figura 3 es una vista en perspectiva
parcialmente seccionada del receptor con los componentes retirados
para ilustrar con mayor claridad el circuito refrigerante que forma
parte del receptor;
la Figura 4 es una vista en perspectiva
explosionada de una forma de realización de un módulo de célula
fotovoltaica según la presente invención, que forma parte del
receptor;
la Figura 5 es una vista en planta superior de
la carcasa del módulo de célula que se muestra en la Figura 4;
la Figura 6 es una sección por la línea
5-5 de la Figura 5;
la Figura 7 es una vista en perspectiva de otra
forma de realización de una carcasa de un módulo de célula
fotovoltaica según la presente invención;
la Figura 8 es una vista en planta superior de
la carcasa que se muestra en la Figura 7;
la Figura 9 es una vista en planta superior de
otra forma de realización de una carcasa de un módulo de célula
fotovoltaica según la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema de generación de energía eléctrica
basado en la radiación solar que se muestra en la Figura 1 comprende
una disposición parabólica de espejos 3 que refleja la radiación
solar que es incidente en los espejos hacia una pluralidad de
células fotovoltaicas 5.
Las células 5 forman parte de un receptor de
radiación solar que está designado generalmente con la referencia
numérica 7.
La disposición general del receptor 7 se muestra
en las Figuras 2 y 3.
Las Figuras 1 a 3 son idénticas a las Figuras 1
a 3 de la solicitud de patente internacional PCT/AU02/00402 y la
descripción en la solicitud de patente internacional se incorpora en
el presente documento como referencia cruzada.
El área de superficie de los espejos 3 que está
expuesta a la radiación solar es sustancialmente superior al área
de superficie de las células fotovoltaicas 5 que está expuesta a la
radiación solar reflejada.
Las células fotovoltaicas 5 convierten la
radiación solar reflejada en energía eléctrica de CC.
El receptor 7 comprende un circuito eléctrico
(que no se muestra) para la salida de la energía eléctrica de las
células fotovoltaicas.
Los espejos 3 están montados a un marco 9.
Dichos espejos y dicho marco definen un reflector cóncavo.
Una serie de brazos 11 se extienden desde el
marco 9 hasta el receptor 7 y disponen el receptor tal como se
muestra en la Figura 1.
El sistema comprende asimismo:
- (a)
- un conjunto de soporte 13 que soporta el reflector cóncavo y el receptor con respecto a una superficie del suelo y para el movimiento de seguimiento del Sol; y
- (b)
- un sistema de seguimiento (que no se muestra) que mueve el reflector cóncavo y el receptor según sea necesario para el seguimiento del sol.
El receptor 7 comprende asimismo un circuito
refrigerante. Dicho circuito refrigerante enfría las células
fotovoltaicas 5 del receptor 7 con un refrigerante, preferentemente
agua, con el fin de minimizar la temperatura de funcionamiento y de
maximizar el rendimiento (comprendiendo la vida de funcionamiento)
de las células fotovoltaicas 5.
El receptor 7 se construye de forma expresa para
que incluya el circuito refrigerante.
Las Figuras 2 y 3 ilustran componentes del
receptor que son importantes para el circuito de refrigeración. Se
podrá observar que una pluralidad de otros componentes del receptor
7, como los componentes que forman el circuito eléctrico de dicho
receptor 7, no se comprenden en las figuras en aras de la
claridad.
Haciendo referencia a las Figuras 2 y 3, el
receptor 7 comprende una estructura generalmente en forma de caja
definida por un conjunto de postes huecos 15.
El receptor 7 comprende asimismo un modificador
de fluido solar, generalmente designado por la referencia numérica
19, que se extiende desde una pared inferior 99 (tal como se puede
apreciar en la Figura 3) de la estructura en forma de caja. El
modificador de fluido solar 19 comprende cuatro paneles 21 que se
extienden desde la pared inferior 99 y convergen entre sí. Dicho
modificador de fluido solar 19 comprende asimismo unos espejos 91
montados en los laterales encarados hacia el interior de los paneles
21.
El receptor 7 comprende asimismo una disposición
de 1.536 células fotovoltaicas 5 rectangulares empaquetadas muy
prietas, que están montadas en módulos 23 de 64 cuadrados. La
disposición de las células 5 se puede apreciar mejor en la Figura
2. El término "empaquetadas muy prietas" significa que el área
de superficie expuesta de células fotovoltaicas 5 alcanza por lo
menos el 98% del área de superficie expuesta total de la
disposición. Cada uno de los módulos comprende 24 células
fotovoltaicas 5. Las células fotovoltaicas 5 están montadas en cada
uno de los módulos 23, de manera que la superficie expuesta de la
disposición de células resulta una superficie continua. Se observa
que el conjunto de extracción de calor 71 descrito anteriormente
permite proporcionar un receptor con dicho empaquetado prieto de
células fotovoltaicas 5 hasta el 100%.
Los módulos 23 están montados en la pared
inferior 99 de la estructura en forma de caja del receptor 7, de
manera que la superficie expuesta de la disposición combinada de
células fotovoltaicas 5 es un plano continuo.
Tal como se describe con mayor detalle a
continuación, cada uno de los módulos 23 comprende un paso de flujo
refrigerante. El paso de flujo refrigerante es una parte integrada
de cada módulo 23. Dicho paso de flujo refrigerante permite que el
refrigerante esté en contacto térmico con las células fotovoltaicas
5 y la extracción de calor de las células 5, de manera que las
caras frontales de dichas células 5 se mantengan a una temperatura
que no sea superior a 80ºC, preferentemente inferior a 60ºC, con
mayor preferencia inferior a 40ºC.
Tal como se ha indicado anteriormente, en los
ensayos de funcionamiento específicos, el solicitante ha descubierto
que el módulo de célula descrito anteriormente se podría hacer
funcionar de manera que mantenga una diferencia de temperatura de
20,5ºC entre la temperatura del refrigerante de entrada y las caras
frontales de las células fotovoltaicas y que bajo dichas
condiciones de funcionamiento se extrajeron 30 W de calor por
cm^{2} de área de superficie expuesta de célula del módulo de
célula descrito anteriormente, el módulo generó 8,1 W de
electricidad por cm^{2} de área de superficie expuesta, y reflejó
6 W de calor por cm^{2} de área de superficie expuesta de la
célula como radiación infrarroja. El paso de flujo refrigerante del
módulo 23 forma parte del circuito refrigerante. En total,
incidieron en la célula y se procesaron un total de 44,1 W de
energía (en las formas de calor, electricidad, y radiación
infrarroja) por cm^{2} de área de superficie expuesta de célula.
Normalmente, una densidad de energía de este nivel produciría
temperaturas de por lo menos 600ºC y a estas temperaturas se
destruiría la célula.
El circuito refrigerante comprende asimismo los
postes huecos 15 descritos anteriormente.
Además, el circuito refrigerante comprende una
serie de canales refrigerantes paralelos 17 que forman parte de la
pared inferior 99 de la estructura en forma de caja. Los extremos de
los canales 17 están conectados al par de postes horizontales
inferiores opuestos 15 que se muestran respectivamente en la Figura
3. Los postes inferiores 15 definen un colector aguas arriba que
distribuye el refrigerante a los canales 17 y un colector aguas
abajo que recoge el refrigerante de los canales 17. Los módulos 23
están montados a la superficie inferior de los canales 17 y se
encuentran en comunicación fluida con los canales, de manera que el
refrigerante fluya a través de los canales 17 en y a través de
los
pasos de flujo de refrigerante de los módulos 23 y retorne a dichos canales 17 y, así, enfríe las células fotovoltaicas 5.
pasos de flujo de refrigerante de los módulos 23 y retorne a dichos canales 17 y, así, enfríe las células fotovoltaicas 5.
El circuito de refrigerante comprende asimismo
una entrada de refrigerante 61 y una salida de refrigerante 63. La
entrada 61 y la salida 63 están dispuestas en una pared superior de
la estructura en forma de caja. La entrada 61 está conectada al
poste horizontal superior 15 adyacente y la salida 63 está conectada
al poste horizontal superior 15 adyacente, tal como se muestra en
la Figura 3.
En funcionamiento, el refrigerante que se
suministra desde una fuente (que no se muestra) fluye a través de
la entrada 61 en el poste horizontal superior 15 conectado a la
entrada 61 y, a continuación, hacia abajo de los postes verticales
15 conectados al poste horizontal superior 15. El refrigerante fluye
a continuación en el colector inferior aguas arriba 15 y, tal como
se ha descrito anteriormente, a lo largo de los canales 17 y los
pasos de flujo de refrigerante de los módulos 23 y en el colector
inferior aguas abajo 15. A continuación, el refrigerante fluye
hacia arriba a través de los postes verticales 15 que están
conectados al colector inferior aguas abajo 15 y en el poste
horizontal superior 15. Entonces, se descarga el refrigerante del
receptor 7 a través de la salida 63.
Las Figuras 4 a 6 ilustran la construcción
básica de una forma de realización de cada módulo 23.
Tal como se ha indicado anteriormente, cada uno
de los módulos 23 comprende una disposición de 24 células
fotovoltaicas 5 empaquetadas de manera prieta.
Cada módulo 23 comprende un sustrato,
generalmente designado por la referencia numérica 27, en el que se
montan las células 5. El sustrato comprende una capa central (que
no se muestra) de material cerámico y unas capas metalizadas
exteriores (que no se muestran) en las caras opuestas de la capa de
material cerámico.
Cada uno de los módulos 23 comprende también una
cubierta de vidrio 37 que se monta en la superficie expuesta de la
disposición de células fotovoltaicas 5. Dicha cubierta de vidrio 37
puede realizarse para optimizar la transmisión de las longitudes de
onda de radiación solar útiles y minimizar la transmisión de las
longitudes de onda de radiación solar no deseadas.
Cada módulo 23 comprende asimismo un conjunto 71
para facilitar la extracción de calor de las células fotovoltaicas
5. El conjunto 71 está formado a partir de un material de
conductividad térmica elevada. Un material preferido es el
cobre.
El conjunto 71 está dispuesto en su totalidad
detrás y, por lo tanto, presenta un área de sección transversal
menor que las superficies expuestas de las células fotovoltaicas
5.
El conjunto 71 comprende una carcasa 79 y un
elemento refrigerante 35 dispuesto en dicha carcasa.
La carcasa 79 comprende una base 85 y unas
paredes laterales 87 se extienden desde dicha base. El sustrato 27
está montado en la carcasa 79, donde la base 85, las paredes
laterales 87 y el sustrato 27 definen una cámara de
refrigeración.
La carcasa 79 comprende asimismo una entrada 91
para suministrar un refrigerante, tal como el agua, en la cámara de
refrigerante y una salida 93 para descargar dicho refrigerante de la
cámara. La entrada 91 presenta la forma de un orificio circular
dispuesto en la base 85 en una esquina de la carcasa 79. La salida
93 presenta la forma de un orificio circular dispuesto en la base
85 en una esquina opuesta diametralmente de la carcasa 79.
El elemento refrigerante 35 presenta una forma
que sustancialmente ocupa el volumen de la cámara refrigerante. La
superficie superior 75 del elemento superior está formada como una
superficie plana y contacta con el sustrato 27.
El elemento refrigerante 35 comprende una
pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas de un material con
una elevada conductividad térmica que están sinterizados y, así,
conectados térmicamente entre sí, y que forman una masa porosa que
presenta un volumen y un área de superficie grandes para la
transferencia de calor. Las perlas, vástagos, barras o bolas forman
una cantidad sustancial de pasos de transferencia de calor que se
extienden a través del elemento refrigerante 35. La masa de perlas,
vástagos, barras o bolas es una masa porosa más que una masa sólida
y existen espacios entre las perlas, vástagos, barras o bolas
sinterizados. Dichos espacios definen una cantidad sustancial,
típicamente por lo menos 1.000, de pasos de flujo refrigerante
continuos que se extienden a través del elemento refrigerante 35.
En términos generales, el elemento refrigerante 35 presenta la
forma de un laberinto definido por las perlas, vástagos, barras o
bolas sinterizados y por los pasos de flujo refrigerante en los
espacios entre las perlas, vástagos, barras o bolas
sinterizados.
La disposición anterior es tal que, en
funcionamiento, el refrigerante suministrado a presión a la cámara
de refrigerante a través de la entrada de refrigerante 91 fluye a
través de una cantidad sustancial de pasos de flujo refrigerante en
el elemento refrigerante 35 y se descarga desde la cámara de
refrigerante a través de la salida de refrigerante 93. La
disposición es tal, que la cantidad sustancial de pasos de
transferencia de calor aleja el calor de las caras frontales de las
células 5 y el calor conducido a través de los pasos se transfiere
al refrigerante que fluye a través de la cantidad sustancial de
pasos de flujo refrigerante.
En cualquier situación que se dé, factores tales
como la forma y el tamaño de las perlas, vástagos, barras o bolas,
la densidad de empaquetado de dichas perlas, vástagos, barras o
bolas, el volumen ocupado por dichas perlas, vástagos, barras o
bolas, las características de transferencia de calor de los pasos de
transferencia de calor formados por las perlas, vástagos, barras o
bolas sinterizados, así como el caudal de fluido volumétrico de
refrigerante a través de los pasos de flujo refrigerante se
seleccionan teniendo en cuenta la consecución de un ritmo objetivo
de extracción de calor del módulo 23.
Las paredes finales opuestas 95 del elemento
refrigerante 35 que se encuentran en las zonas de la entrada de
refrigerante 91 y de la salida de refrigerante 93 están inclinadas
hacia abajo, de manera que las paredes finales 95, la base 85 y las
paredes laterales 87 definen unos colectores de entrada y salida 45
que se encuentran en comunicación fluida con la entrada y la salida
de refrigerante y se extienden a lo largo de las paredes laterales
87 y, así, pueden suministrar y recibir refrigerante de la totalidad
de las paredes laterales 95 del elemento refrigerante 35.
Cada uno de los módulos 23 comprende asimismo
unas conexiones eléctricas (que no se muestran) que forman parte
del circuito eléctrico del receptor 7 y que conectan de forma
eléctrica las células fotovoltaicas 5 al circuito eléctrico. Dichas
conexiones eléctricas están dispuestas para extenderse desde la capa
metalizada exterior del sustrato 27 y a través de uno de los dos
manguitos huecos 83 que se extienden desde la base 85 de la carcasa
79.
A partir de lo expuesto anteriormente, resulta
evidente que la entrada de refrigerante 91, los colectores de
refrigerante 45, los pasos de refrigerante en el elemento
refrigerante 35, así como la salida de refrigerante 93 definen un
paso de flujo de refrigerante de cada módulo 23.
Tal como se ha indicado anteriormente, la
construcción del elemento refrigerante 35 hace que se puedan
alcanzar niveles elevados de transferencia de calor que resultan
necesarios para mantener las células fotovoltaicas 5 a temperaturas
inferiores a 60ºC y que se pueda acomodar la expansión térmica
sustancialmente diferente del elemento refrigerante 35 y el
sustrato 27 que, de otro modo, provocaría un fallo estructural de
los módulos 23.
La forma de realización del módulo 23 que se
muestra en las Figuras 7 y 8 es la construcción básica que se
muestra en las Figuras 4 a 6 y se utilizan las mismas referencias
numéricas para describir las mismas piezas.
Además, el módulo 23 comprende 2 resaltes 101
que se extienden desde la base 85 hacia el interior de los
colectores de entrada y salida 45 y paralelos a los mismos. Dichos
resaltes 101 forman una barrera u obstáculo para el flujo de
refrigerante desde y hacia los colectores de entrada y salida 45. En
términos generales, los resaltes 101 mejoran la distribución de
refrigerante a través de la cámara de refrigerante y, así, minimizan
las variaciones de temperatura dentro de dicha cámara e incrementan
la conductancia térmica general del conjunto de extracción de calor
71. Más específicamente, se fuerza al refrigerante a fluir sobre el
resalte de entrada 101 con el fin de que fluya a través de los
pasos inferiores de flujo refrigerante en el elemento de flujo
refrigerante 25 y, a continuación, sobre el resalte de salida 101,
con el fin de fluir desde los pasos inferiores de flujo
refrigerante en el colector de salida 45. Como consecuencia, dichos
resaltes 101 incrementan la longitud del paso del refrigerante a
través de los pasos de flujo refrigerante inferiores en comparación
con la longitud del paso de refrigerante a través de los pasos de
flujo refrigerante superiores. Los resaltes 101 promueven un mayor
flujo de refrigerante a través de los pasos de flujo superiores, y
esto representa una ventaja en términos de optimización de la
transferencia de calor del elemento refrigerante 25.
La forma de realización del módulo 23 que se
muestra en la Figura 9 es la construcción básica que se muestra en
las Figuras 7 y 8, y se utilizan las mismas referencias numéricas
para describir las mismas piezas. La diferencia principal entre las
formas de realización es que la entrada 91 y la salida 93 presentan
la forma de ranuras en lugar de aberturas circulares. Se ha
observado que el uso de ranuras resulta beneficioso en determinadas
circunstancias en términos de mejora de la distribución de
refrigerante a través de la cámara de refrigerante.
Los módulos 23 que se muestran en las figuras se
pueden fabricar según una pluralidad de opciones.
Una opción comprende la formación por separado
del elemento refrigerante 35, a continuación, se dispone el
elemento refrigerante en la carcasa 79 y, a continuación, se dispone
el sustrato 27 en la carcasa/elemento de refrigeración. En esta
opción, el elemento refrigerante se puede formar mediante la
formación en un módulo adecuado e incluir la sinterización de la
masa de perlas, vástagos, barras, bolas de elevada conductividad
térmica conjuntamente. Además, en esta opción, el sustrato 27 se
puede soldar en los bordes expuestos de las paredes laterales 87 de
la carcasa 79 y la cara frontal exterior del elemento refrigerante
35.
Otra opción comprende la disposición de una masa
de perlas, vástagos, barras, bolas de elevada conductividad térmica
directamente en la carcasa 79 y la sinterización del material in
situ en la carcasa y, a continuación, la sinterización del
sustrato 27 en el conjunto de la carcasa 79 y el elemento
refrigerante 35.
Se pueden llevar a cabo una pluralidad de
modificaciones en la forma de realización preferida descrita
anteriormente, sin apartarse por ello del espíritu y el alcance de
la presente invención.
A título de ejemplo, aunque la forma de
realización preferida comprende 1.536 células fotovoltaicas 5
montadas en 64 módulos 23 con 24 células por módulo, la presente
invención no está limitada a dicha forma de realización, y abarca
cualquier cantidad y tamaños adecuados de células fotovoltaicas y
módulos.
A título de ejemplo adicional, aunque las
células fotovoltaicas estén montadas de manera que la superficie
expuesta de la disposición de células sea una superficie plana, la
presente invención no está limitada a ello y abarca cualquier
superficie que presente una forma adecuada, como superficies
curvadas o escalonadas.
A título de ejemplo adicional, aunque la forma
de realización preferida incluya el circuito refrigerante receptor
que forma parte del marco de soporte del receptor, la presente
invención no está limitada a ello y se extiende a las disposiciones
en las que el circuito refrigerante no forme parte del marco
estructural del receptor.
A título de ejemplo adicional, aunque la forma
de realización preferida incluya un reflector cóncavo en la forma
de una disposición de disposiciones parabólicas de espejos 3, la
presente invención no está limitada a ello y se extiende a
cualquier medio adecuado para concentrar la radiación solar en un
receptor. Uno de dichos medios adecuados es una serie de
heliostatos dispuestos para enfocar la radiación solar en un
receptor.
A título de ejemplo adicional, aunque la forma
de realización preferida del receptor esté construida a partir de
componentes extruidos, la presente invención no está limitada a ello
y el receptor se puede realizar con cualquier medio adecuado.
A título de ejemplo adicional, aunque la forma
de realización preferida del elemento refrigerante 35 incluya una
pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas de un material con
una conductividad elevada sinterizados y, así, en contacto térmico,
la presente invención no está limitada a ello y dichas perlas,
vástagos, barras o bolas pueden estar conectados conjuntamente de
forma térmica de cualquier modo conocido. Otras opciones comprenden
la soldadura ultrasónica, la soldadura por resistencia y el
procesado por plasma.
A título de ejemplo adicional, aunque la forma
de realización preferida se describe en el contexto de la extracción
de calor de una disposición de células fotovoltaicas contactadas
por la radiación solar concentrada, la presente invención no está
limitada a ello y se extiende a la extracción de calor derivada de
cualquier fuente de radiación intensa.
Claims (22)
1. Módulo de célula fotovoltaica (23) para un
receptor (7) de un sistema de generación de energía eléctrica
basado en la radiación solar, comprendiendo dicho módulo:
- (a)
- una o más células fotovoltaicas (5) que presentan una superficie expuesta a la radiación solar,
- (b)
- una conexión eléctrica para transferir la salida de energía eléctrica de la célula o células fotovoltaicas hasta un circuito de salida, y
- (c)
- un conjunto (71) que define un paso de flujo para el flujo de refrigerante para la extracción de calor de la célula o células fotovoltaicas,
- \quad
- caracterizado porque el conjunto (71) comprende:
- (i)
- una carcasa (79) dispuesta detrás y en contacto térmico con la superficie expuesta de la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo dicha carcasa una base (85) y unas paredes laterales que se extienden desde la base, definiendo dichas paredes laterales y dicha célula o células fotovoltaicas con dicha base una cámara de refrigerante, y comprendiendo la carcasa una entrada (91) para suministrar un refrigerante en la cámara y una salida (93) para descargar el refrigerante de dicha cámara; y
- (ii)
- un elemento refrigerante (35) dispuesto en la cámara refrigerante en relación de transferencia de calor, con la célula o células fotovoltaicas, comprendiendo el elemento refrigerante una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material de una conductividad térmica elevada que se encuentran en contacto térmico y presentan una gran área de superficie para la transferencia de calor y definen un laberinto tridimensional que puede conducir el calor a su través alejándolo de la célula o células fotovoltaicas (5) mediante la cantidad sustancial de pasos de transferencia de calor formados por las perlas, vástagos, barras o bolas (95) conectados de forma térmica y prevé una cantidad sustancial de pasos de flujo refrigerante para un refrigerante que, en funcionamiento del módulo, se suministra a la cámara de refrigerante a través de la entrada (91) y fluye a través del elemento refrigerante (35) y se descarga desde la cámara de refrigerante a través de la salida (93).
2. Módulo de célula según la reivindicación 1,
en el que el conjunto de extracción de calor (71) está dispuesto en
su totalidad detrás y no se extiende lateralmente más allá del área
de superficie expuesta de la célula o células fotovoltaicas
(5).
3. Módulo de célula según la reivindicación 1 ó
2, en el que el área de superficie para la transferencia de calor
prevista por las perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material
de una conductividad térmica elevada es por lo menos 5 veces el
área de superficie de la superficie frontal de la masa de perlas,
vástagos, barras o bolas de material de una conductividad térmica
elevada que se encuentran en contacto directo con el sustrato
(27).
4. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el elemento refrigerante
(35) ocupa por lo menos sustancialmente el volumen de la cámara de
refrigerante.
5. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la entrada de refrigerante
(91) está dispuesta en una pared lateral (87) de la carcasa (79) o
en la base (85) de la carcasa en la zona de dicha pared lateral y
la salida de refrigerante (93) está dispuesta en una pared lateral
opuesta (87) o en la base (85) en la zona de dicha pared
lateral.
6. Módulo de célula según la reivindicación 5,
en el que el elemento refrigerante (35) presenta una forma, de
manera que la cámara de refrigerante comprende un colector (45) en
comunicación fluida con la entrada de refrigerante (91), que se
extiende a lo largo de la pared lateral de entrada (87) y un
colector (45) en comunicación fluida con la salida de refrigerante
(93) que se extiende a lo largo de la pared lateral de salida
(87).
7. Módulo de célula según la reivindicación 5 ó
6, en el que la carcasa (79) comprende un obstáculo (101) que se
extiende hacia arriba desde la base (85) hacia la parte interior de
la pared lateral de entrada (87) y que define una barrera para el
flujo de refrigerante a través de la cámara de refrigerante desde la
entrada de refrigerante (91).
8. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, en el que la carcasa (79) comprende un
obstáculo (101) que se extiende hacia arriba desde la base (85)
hacia la parte interior de la pared lateral de salida (87) y que
define una barrera para el flujo de refrigerante desde la cámara de
refrigerante hacia la salida de refrigerante (93).
9. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las perlas, vástagos, barras
o bolas (95) de material con una elevada conductividad térmica
presentan una dimensión principal de 0,8-2,0 mm.
10. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las perlas, vástagos, barras
o bolas (95) de material con una elevada conductividad térmica
presentan una dimensión principal de 0,8-1,4
mm.
11. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de empaquetado
de las perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material con una
elevada conductividad térmica desciende a medida que se aleja del
sustrato (27).
12. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los pasos de flujo de
refrigerante ocupan entre el 20 y el 30% del volumen del elemento
refrigerante.
13. Módulo de célula según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende un sustrato (27) en el
que están montadas la célula o células fotovoltaicas (5) y al que se
monta la carcasa (79).
14. Módulo de célula según la reivindicación 13,
en el que el sustrato (27) está formado o comprende una o más de
una capa de un material que es un aislante eléctrico.
15. Módulo de célula según la reivindicación 13
ó 14, en el que el sustrato (27) está formado a partir de un
material que presenta una elevada conductividad térmica.
16. Módulo de célula según la reivindicación 14,
en el que el sustrato (27) comprende una capa metalizada
interpuesta entre la célula o células fotovoltaicas y la capa o
capas aislantes eléctricas.
17. Módulo de células según la reivindicación 14
ó 16, en el que el sustrato (27) comprende una capa metalizada
interpuesta entre la capa o capas aislantes eléctricas y el elemento
refrigerante.
18. Método de fabricación del módulo de célula
fotovoltaica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
que comprende:
- (a)
- conformar el elemento refrigerante (35) suministrando una masa predeterminada de una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material con una conductividad térmica elevada en un molde de una forma predeterminada y, a continuación, calentando dichas perlas, vástagos, barras o bolas de un material con una conductividad térmica elevada y sinterizando las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente para formar el elemento refrigerante;
- (b)
- disponer el elemento refrigerante (35) en la carcasa (79); y
- (c)
- montar la célula o células fotovoltaicas (5) en la carcasa (79).
19. Método de fabricación del módulo de célula
fotovoltaica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que
comprende:
- (a)
- conformar el elemento refrigerante (35) suministrando una masa predeterminada de una pluralidad de perlas, vástagos, barras o bolas (95) de material con una conductividad térmica elevada en la carcasa (79) y, a continuación, calentando dichas perlas, vástagos, barras o bolas de un material con una conductividad térmica elevada y sinterizando las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente para formar el elemento refrigerante en la carcasa; y
- (b)
- montar la célula o células fotovoltaicas (5) en la carcasa (79), por ejemplo soldando o sinterizando el sustrato (27) a la carcasa (79).
20. Método según la reivindicación 18 ó 19, que
comprende el pulido de la superficie del elemento refrigerante (35)
que forma una superficie de contacto con el sustrato, para
incrementar el área de superficie de contacto entre las perlas,
vástagos, barras o bolas de material con una conductividad térmica
elevada y el sustrato.
21. Método de fabricación de un módulo de célula
fotovoltaica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que
comprende la formación del elemento refrigerante (35) suministrando
una masa predeterminada de una pluralidad de perlas, vástagos,
barras o bolas (95) de material con una conductividad térmica
elevada en la carcasa (79) y, disponiendo el sustrato (27) en la
carcasa y, a continuación, calentando las perlas, vástagos, barras
o bolas (95) de material con una elevada conductividad térmica y
sinterizando las perlas, vástagos, barras o bolas conjuntamente
para formar el elemento refrigerante en la carcasa y uniendo el
elemento refrigerante (35) a dicha carcasa (79) y a dicho sustrato
(27).
22. Sistema de generación de energía eléctrica a
partir de radiación solar, que comprende:
- (a)
- un receptor (7) que comprende una pluralidad de células fotovoltaicas (5) para convertir la energía solar en energía eléctrica y un circuito eléctrico para transferir la salida de energía eléctrica de las células fotovoltaicas; y
- (b)
- unos medios (3) para concentrar la radiación solar en el receptor (7); y estando el sistema caracterizado porque dicho receptor (7) comprende una pluralidad de módulos de célula fotovoltaica (23) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, un circuito eléctrico que comprende las células fotovoltaicas (5) de cada módulo (23), y un circuito refrigerante que comprende el conjunto de extracción de calor (71) de cada uno de los módulos (23).
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