ES2325898B1 - Panel solar fotovoltaico de doble efecto. - Google Patents

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Abstract

Panel solar fotovoltaico de doble efecto: Se refiere a las modificaciones constructivas que se deben introducir en los paneles solares fotovoltaicos actuales, gracias a las cuales se consigue mejorar sustancialmente y por triplicado su rendimiento eléctrico, al mismo tiempo que conseguimos que trabajen como si fuesen colectores solares, es decir, con nuestros paneles, generamos electricidad en mayor medida, y producimos simultáneamente agua caliente o/y líquido calo-portador para los fines industriales que sean oportunos. Ambas propuestas son totalmente novedosas en el mercado de los paneles solares.

Description

Panel solar fotovoltaico de doble efecto.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un panel solar fotovoltaico de doble efecto, cuyas características estructurales posibilitan que cumpla la doble función de producir energía eléctrica y a la vez, que actúe como colector solar para producir agua caliente sanitaria y/o incrementar la temperatura de cualquier líquido calo-portador, para iniciar, finalizar y/o aplicar a cualquier proceso productivo.
Asimismo, es objeto de la invención aumentar el rendimiento eléctrico de los paneles solares fotovoltaicos actuales, gracias a los implementos con que los vamos a dotar, mediante los cuales, conseguiremos mejorar sustancialmente su eficacia, según describiremos mas adelante.
Antecedentes de la invención
Actualmente se conocen y utilizan tanto el panel solar fotovoltaico para la generación de electricidad, como el llamado colector de agua para producción de agua caliente sanitaria (líquido calo-portador).
Tanto un elemento como el otro tienen el denominador común de utilizar la radiación solar para conseguir sus objetivos, aunque cada uno de ellos actúa como elemento independiente y totalmente ajeno al otro, es decir por separado.
Por otro lado, se tiene que el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos es proporcional a la radiación solar que perciben. Sin embargo, disminuyen su rendimiento progresivamente y hasta un 21% como consecuencia de la pérdida de eficacia que tiene lugar en las células fotovoltaicas, en la medida que su temperatura de trabajo se va incrementando por encima de los 25ºC.
En base a lo anterior, podemos afirmar que un panel solar fotovoltaico no trabaja al 100% de su rendimiento nominal casi nunca ya que para que dé un rendimiento cercano al óptimo, necesita trabajar con radiaciones superiores a los 1.000 W/m^{2} y tal radiación produce un incremento de temperatura en los paneles de unos 30ºC respecto a la temperatura exterior ambiente, debido al efecto invernadero que tiene lugar en su interior, siendo ese valor, una radiación media para cualquier latitud, es ampliamente superada en muchos lugares y épocas del año de ahí nuestra afirmación.
También hay que tener en cuenta que además de las pérdidas referidas, acaecen otras en menor cuantía, debido al efecto de las sombras que se forman en su cubierta por efecto de la condensación.
Finalmente, decir que en los paneles solares el rendimiento es óptimo cuando las células solares trabajan con temperaturas cercanas a los 25ºC.
Estructuralmente, un panel fotovoltaico se compone de los siguientes elementos:
-
Encapsulante, constituido por un material que debe presentar una buena transmisión a la radiación y una degradabilidad baja a la radiación de los rayos solares.
-
Cubierta exterior de vidrio templado, que además de facilitar al máximo la transmisión luminosa, debe resistir las condiciones climatológicas más adversas y soportar cambios bruscos de temperatura.
-
Cubierta posterior, constituida normalmente por varias capas o placas que reflejan la luz que ha pasado entre los intersticios de las células, haciendo que vuelvan a incidir otra vez sobre éstas.
-
Marco de metal, constituido normalmente de aluminio y previsto para asegurar una rigidez y estanqueidad al conjunto, incluyendo los elementos necesarios para el montaje del panel sobre la estructura soporte.
-
Caja de terminales, la cual incorpora los bornes para la conexión del módulo.
-
Diodos de protección, los cuales están previstos para impedir daños por sombras parciales en la superficie del panel.
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Descripción de la invención
El panel solar fotovoltaico de doble efecto objeto de la invención, basándose en las características estructurales referidas al final del apartado anterior, presenta unas particularidades mediante las que se resuelven los problemas expuestos, consiguiendo además nuevas prestaciones y ventajas respecto de los paneles fotovoltaicos convencionales.
Mas concretamente, el panel solar de la invención se caracteriza fundamentalmente por el hecho de que la cubierta exterior que facilita al máximo la transmisión luminosa, está determinada por un doble acristalamiento, con espacio intermedio entre cristales que conforman una cámara estanca de grosor variable, por la que se hará circular con flujo variable y en circuito abierto o cerrado, y según circunstancias predefinidas, un líquido calo-portador, normalmente agua, que provendrá de un deposito acumulador o fuente de alimentación directa, a fin de que realice el efecto intercambiador de calor para conseguir que la temperatura de trabajo de las células fotovoltaicas (panel) suba o baje a voluntad y se mantenga, en cualquier momento y condición, lo mas cercana posible a los 25ºC, que es la temperatura nominal de máximo rendimiento y a la cual obviamente no se producen condensaciones en la cubierta.
Esa cubierta exterior presenta su parte externa constituida por un cristal templado de alta transmisividad y de al menos 4 mm de grosor, pudiéndose considerar como convencional.
En cuanto a la parte interna o cristal inferior, que da cara a las células, estará constituida por un cristal de al menos 4 mm de grosor con un alto poder reflectante para propiciar el efecto de reflexión inducida que pretendemos crear para mejorar su rendimiento.
En cuanto a la cámara estanca de grosor variable determinada entre ambas partes o cristales, se cerrará mediante cualquier componente separador entre las capas de cristal para conseguir su estanqueidad, introduciendo en ese componente separador el número de conectores suficientes para instalar los componentes necesarios para que funcione la instalación adecuadamente, tales como: sondas de temperatura y presión, válvulas de purga, de sangrado y de desagüe, racores de interconexión rápida, tanto para acople con otros paneles como con colectores solares, ya sea en serie o en paralelo, así como válvulas de entrada y salida del líquido caloportador con sistema anti-retorno e incluso con muelle regulador de caudal a la entrada o salida de la mismas, además de incluir válvulas de seguridad para prevenir roturas por sobrepresión, y cuantos otros elementos sean necesarios para garantizar su funcionamiento.
Por consiguiente, en base a las características de novedad referidas, la cubierta exterior del panel fotovoltaico en cuestión, se usa como un intercambiador de calor que permite regular la temperatura interna del panel, al mismo tiempo que se hace que el líquido calo-portador que circula por ella sufra un incremento de temperatura a costa de disminuirla en las células, siendo ese incremento de temperatura en el líquido calo-portador proporcional a la insolación que reciba el panel y al tiempo de permanencia que se le permita estar dentro de la cámara creada.
Volviendo al cristal que constituye la parte interior de la cubierta exterior, éste estará tratado por una de sus caras con compuestos específicos, normalmente óxidos metálicos, precisamente por la cara de enfrentamiento a las células solares, al objeto de que tenga muy baja transmisividad lumínica en ese sentido, es decir, que tenga un alto poder reflectante, lo que producirá un efecto de reflexión inducida con el consiguiente incremento del rendimiento del panel por aumento de la radiación que percibe, novedad constructiva que también se reivindica en la presente
invención.
Tanto la variación de temperatura que se consigue en el panel para hacer que las células trabajen con una temperatura lo mas cercana posible a los 25ºC, como el efecto de reflexión inducida que se provoca, así como la desaparición de las sombras de condensación al trabajar las células con temperaturas en las que este fenómeno no se presenta, se traducen en un incremento notable del rendimiento eléctrico del panel solar fotovoltaico de doble efecto objeto de la invención, respecto de los actuales, ventaja a la que se debe sumar la de la producción de agua caliente, en mayor o menor medida, a una temperatura que la mayoría de las veces estará como mínimo cercana a los 25ºC.
Todos esos efectos sumados suponen un beneficio importante que compensa sobradamente el incremento del coste constructivo y de instalación.
Cualquier instalación que incluya paneles solares fotovoltaicos de doble efecto realizados de acuerdo con el objeto de la invención, al cumplir también la función que realizan los colectores solares, deberá complementarse con equipos y componentes adicionales para conseguir los efectos pretendidos, equipos y componentes que pueden resumirse en los siguientes:
-
Un sistema de captación constituido por los propios paneles solares fotovoltaicos de doble efecto.
-
Un sistema de acumulación constituido por un depósito para acumular líquido calo-portador, generalmente agua caliente generada, al que se le añadirá un sistema intercambiador de calor secundario que permite mantener la temperatura del líquido calo-portador en valores óptimos para servir al panel y entregarlo a la entrada de los paneles con temperaturas comprendidas entre los + 5º para evitar los efectos adversos de las posibles acumulaciones de nieve y/o condensación y los + 25ºC para evitar los ya referidos por incremento de Tª en las células solares.
-
Un sistema hidráulico a base de tuberías, racores de conexión rápida preferiblemente, válvulas de retención etc así como bombas de circulación y/o succión de r.p.m variables y proporcionales a la producción eléctrica del panel v/s radiación solar percibida, que pueden funcionar con la electricidad que se está generando, ya sea en corriente continua o en corriente alterna según diseño y necesidades preestablecidas de cada instalación en particular.
-
Un sistema de intercambio, para el caso de que el fluido que circula por los paneles solares no sea el mismo que el que utiliza el usuario en su aprovechamiento o/y sea conveniente mantener circulando el líquido caloportador para subirle la Tª a los paneles, bajo circunstancias meteorológicas determinadas, a fin de evitar que se pueda producir condensación o/y acumulación de nieve en ellos.
-
Un sistema de control en base al cual se podrán poner en funcionamiento las bombas y válvulas correspondientes, para lograr flujos de entrada/tránsito del líquido calo-portador por los paneles fotovoltaicos en cuestión.
-
Un sistema de energía auxiliar, para suministro de energía eléctrica, para aquellos casos en los que no se pueda satisfacer la demanda energética de uso interno en todo momento, máxime cuando la energía producida por la instalación depende de las condiciones climatológicas, así como el de acumulación y transformación de la energía generada ya sea para cumplir las necesidades anteriores, ya sea para entregarla en red si procede.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista correspondiente a un detalle en sección y parcial de un panel fotovoltaico tal y como está estructurado actualmente.
La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de la cubierta exterior del panel solar fotovoltaico de doble efecto como elemento fundamental y novedoso de la invención.
La figura 3.- Muestra, finalmente, un esquema correspondiente a una instalación típica termo-solar, formada con paneles solares fotovoltaicos de doble efecto de acuerdo con el objeto de la invención.
Realización preferente de la invención
En la figura 1 ya se ha dicho que se muestra un detalle en sección y parcial de un panel fotovoltaico convencional que comprende una cubierta de vidrio templado (1), una placa de protección posterior (2), un encapsulante (3), así como las correspondientes células solares (4) y la conexión eléctrica (5) entre ellas, con una conexión general y externa (6), todo ello como es convencional, cerrándose ese conjunto herméticamente mediante una junta hermética (7), en el interior de un marco de aluminio (8).
Pues bien, a partir de estas características el panel fotovoltaico de doble efecto objeto de la invención, se caracteriza porque la cubierta exterior (1) está constituida por un doble acristalamiento, tal y como se representa en la figura 2, es decir con un cristal exterior templado (9) y un cristal interior (10) templado o no, de manera que entre esos dos cristales se establece una cámara estanca de grosor variable, referenciada con el número (11), a través de la cual puede circular con flujo variable y en circuito abierto o cerrado un líquido calo-portador, normalmente agua, de manera tal que la entrada a la cámara (11) es la referenciada con (12) donde está establecida una bomba impulsora de agua, mientras que la salida está prevista en el extremo opuesto y es la referenciada con el número (13).
El cristal interior (10) de esa cubierta exterior (1) está tratado en una de sus caras con compuestos específicos, preferentemente óxidos metálicos, y a cuya cara tratada quedan enfrentadas las células solares que se referencian con (4) en la figura 1, todo ello con el fin de que se establezca una muy baja transmisividad lumínica, es decir que exista un alto poder reflectante, que producirá un efecto de reflexión inducida con el consiguiente incremento de rendimiento del panel por aumento de la radiación que percibe.
En esa figura 2 se deja ver inferiormente el panel fotovoltaico convencional (14).
En base a las características de esa cubierta exterior que determina una cámara de circulación de agua, el panel solar podrá producir energía como es convencional, y además podrá utilizarse o realizar la función de colector solar, es decir calentamiento de agua, de acuerdo con lo anteriormente expuesto.
En la figura 3 se muestra una instalación típica utilizando un sistema de captación basado en un panel fotovoltaico de doble efecto (15), según la invención, que se complementa con un sistema hidráulico (16) a base de tuberías, bombas, válvulas, etc., un sistema de acumulación (17) constituido por un depósito para acumular el líquido calo-portador como agua caliente generada, un sistema de intercambio (18), un sistema de control (19) para la puesta en funcionamiento de los distintos componentes, y un sistema de energía auxiliar (20), con las funciones de todos estos sistemas y componentes ya referidas en el apartado de Descripción de la Invención.
Teniendo en cuenta todo lo anteriormente expuesto, los objetivos del panel fotovoltaico de doble efecto objeto de la invención pueden resumirse en los siguientes:
1º.- Utilizar un intercambiador de calor para regular la temperatura de trabajo de las células solares, haciendo que ésta se mantenga cercana a los 25ºC, con el fin de mejorar su rendimiento eléctrico, utilizando para ello una cubierta exterior conformada por un doble acristalamiento, por la que se hace circular un líquido para obtener agua caliente.
2º.- Utilización en la cubierta exterior referida en el punto anterior de un cristal con baja transmisividad lumínica, es decir alto poder reflectante, dando cara a las células solares para conseguir el efecto de reflexión inducida.
3º.- Utilización del panel solar de la invención como colector solar, ya sea en instalaciones fotovoltaicas y/o en instalaciones térmico-solares.
4º.- Utilización de un líquido calo-portador para eliminar las sombras de condensación que se forman en la cubierta exterior del propio panel fotovoltaico objeto de la invención.

Claims (4)

1. Panel solar fotovoltaico de doble efecto, que siendo del tipo de los que comprenden una cubierta exterior (1) bajo la cual quedan dispuestas células solares (4) encerradas, con la colaboración de una placa de protección interna (2), en un marco de aluminio (8), se caracteriza porque dicha cubierta exterior está constituida por un doble acristalamiento (9 y 10), determinando entre ambos cristales una cámara (11) de grosor variable a través de la cual se hace circular un liquido caloportador, normalmente agua para su calentamiento, permitiendo obtener agua caliente además de obtener electricidad a través del propio panel fotovoltaico (14) convencional.
2. Panel solar fotovoltaico de doble efecto, según reivindicación 1, caracterizado porque, de los cristales (9 y 10) que determinan la cubierta exterior (1) sean o no templados, el interno (10) incluye en su cara de enfrentamiento a las células solares correspondientes, el de haber sido tratado con compuestos específicos, normalmente a base de óxidos metálicos, a fin de proporcionarle a esa cara un alto poder reflectante que propicia el efecto de reflexión inducida en orden a incrementar el rendimiento del panel, por la mayor radiación que percibe.
3. Panel solar fotovoltaico de doble efecto, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cubierta exterior (1) constituye un intercambiador de calor que permite regular la temperatura interna del panel, en tanto que el líquido calo-portador que circula por la cámara (11) establecida entre el doble acristalamiento (9 y 10) sufre al mismo tiempo un incremento de temperatura proporcional a la insolación que recibe el panel y al tiempo de permanencia que dicho líquido esté en la cámara (11) según condiciones preestablecidas de diseño y específicas de cada instalación en particular.
4. Panel solar fotovoltaico de doble efecto, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se incluyen accesorios y dispositivos tales como sistema de captación (15), sistema hidráulico (16), sistema de acumulación (17), sistema de intercambio (18), sistema de control (19) y sistema de energía auxiliar (20), entre otras, para complementar el panel solar fotovoltaico de doble efecto aplicado a una instalación típica.
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