ES2329423T3 - Sistema optico para visualizar una imagen en la superficie de un panel solar. - Google Patents

Sistema optico para visualizar una imagen en la superficie de un panel solar. Download PDF

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Abstract

Panel solar (SP) asociado a un sistema óptico que permite visualizar una imagen en su superficie, caracterizado porque comprende un panel solar (SP), una película transparente imagen (F) en la que se han borrado una serie de bandas rectilíneas paralelas de igual anchura y equidistantes entre sí, y una superficie lenticular constituida por una yuxtaposición de lentes rectilíneas idénticas, cuya anchura vale la suma de una anchura de banda transparente más una anchura de banda imagen, y cuya cara plana está vuelta hacia la imagen; siendo el eje longitudinal de las lentes paralelo a las bandas imagen y a las bandas transparentes, estando situadas las citadas bandas transparentes y bandas imagen entre la superficie del panel solar y la superficie lenticular, de tal manera que un observador verá solamente las bandas imagen o la superficie del panel solar, siendo esta alternativa función del ángulo de visión bajo el cual sea observada la superficie lenticular.

Description

Sistema óptico para visualizar una imagen en la superficie de un panel solar.
La presente invención se refiere a un sistema óptico para visualizar una imagen en la superficie de un panel solar.
El término de "panel solar" se define aquí como cualquier tipo de superficie, plana o curva, cuya función sea transformar la energía solar en calor o en electricidad.
Para obtener la mejor eficacia de insolación, los paneles solares deben estar orientados teniendo en cuenta las diferentes posiciones del sol en el lugar geográfico de la instalación. En general, los paneles solares están inclinados hacia el Sur un ángulo igual a la latitud del lugar. Pero con la disminución regular de los costes de fabricación de los paneles solares, especialmente de aquellos de tipo fotovoltaico que utilizan silicio en capa delgada, la orientación de los paneles solares se hará menos necesaria porque la falta de eficacia que se deriva de esto podrá ser compensada, sin gran diferencia de precio, por un aumento global de la superficie activa. Lo que facilitará, por ejemplo, la posición vertical de los paneles solares.
Los paneles solares son generalmente de color oscuro, incluso totalmente negro, lo que contrasta de modo importante con el color de los soportes a los cuales están fijados y lo que va en contra de su integración estética y arquitectural.
La presente invención tiene por objeto visualizar una imagen en la superficie de los paneles solares. Esta imagen solo constituirá parcialmente un obstáculo a los rayos solares directos, lo que permitirá a los paneles solares funcionar con un mínimo de pérdida de insolación al tiempo que se benefician las características visuales de la imagen elegida. Así pues, visualizar esta imagen o este color permitirá facilitar la integración estética de los paneles solares. Esta imagen podrá, también, por su contenido, llegar a ser un medio de comunicación de tipo informativo, de señalización o publicitario. El panel solar equipado con el sistema óptico objeto de la presente invención se designará en lo que sigue con el término de "panel solar reproductor de imágenes".
Se define aquí el término "luz ambiente" como la luz total recibida por el sensor solar. La luz ambiente está compuesta de los rayos directos del sol y de la luz difusa debida al medio ambiente.
La presente invención está constituida por una superficie lenticular, una imagen y un panel solar. La disposición relativa de cada uno de estos elementos permite, bajo ciertos ángulos de observación, visualizar la imagen en cuestión sin ver la superficie del panel solar, al tiempo que permite que los rayos solares directos, que tengan ángulos de incidencia diferentes de los ángulos de observación precedentes, alcancen la superficie activa del panel solar. Así pues, la superficie lenticular y la imagen no serán un obstáculo para los rayos solares directos y constituirán solo parcialmente un obstáculo para la luz difusa medioambiental.
El "panel solar reproductor de imágenes" objeto de esta invención está constituido por una película transparente en la cual está impresa una imagen en la que se han borrado bandas rectilíneas paralelas y equidistantes. Se define por el término de "banda imagen" las bandas restantes de la imagen que no han sido borradas. La película se sitúa entre la superficie activa del panel solar y una superficie lenticular. La superficie lenticular está constituida por una yuxtaposición de lentes rectilíneas idénticas, de tipo plano-convexo y cuya anchura vale la suma de una anchura de banda imagen y de una anchura de banda transparente. La película transparente está situada en el lado de la cara plana de la superficie lenticular, en el plano focal de las lentes, de modo que las bandas imagen y las bandas transparentes sean paralelas al eje longitudinal de las lentes. La anchura de las bandas imagen y de las bandas transparentes son calculadas para que, bajo un cierto intervalo de ángulos de visión, un observador vea solamente las bandas imagen, por tanto la propia imagen, mientras que, bajo otro intervalo de ángulos de visión, la luz atravesará las bandas transparentes, por tanto llegará a la superficie activa del sensor solar. En efecto, las lentes rectilíneas concentran la luz, por tanto la visión, en zonas del plano focal cuya posición depende del ángulo de incidencia de la luz en la superficie de la lente. La luz incide contra la cara ondulada de la superficie lenticular con ángulos de incidencia, medidos con respecto a un eje a un eje perpendicular a la superficie óptica, que toman valores comprendidos entre +45º y -45º. A los intervalos de ángulos de incidencia [A1, A2] y [A2, A3] corresponden zonas Z1 y Z2 del plano focal de la lente. Situando convenientemente las bandas imagen y las bandas transparentes de la imagen respectivamente enfrente de las zonas Z1 y Z2, un observador cuyos ángulos de visión estén comprendidos entre A1 y A2 verá las bandas imagen en la zona Z1, por tanto la propia imagen, mientras que la luz que tenga ángulos de incidencia comprendidos entre A2 y A3 se concentrará en la zona Z2 y atravesará las bandas transparentes para llegar a la superficie del sensor solar. La situación relativa de la imagen con respecto a la superficie lenticular se hará, por tanto, en función de las diferentes posiciones posibles del observador y de las diferentes posiciones posibles del sol en el cielo; sabiendo que estas diferentes posiciones angulares determinarán las zonas Z1 y Z2 en las que se colocarán las bandas imagen y las bandas transparentes. Con el fin de evitar las reflexiones múltiples de la luz durante el paso a la superficie lenticular en la película, y de la película a la superficie del sensor solar, los diferentes elementos podrán estar pegados con un pegamento transparente de igual índice de refracción que las partes ópticas en contacto, o bien las diferentes superficies podrán estar tratadas con antirreflejos. Para ganar precisión y suprimir una operación de pegado, la impresión de la imagen podrá hacerse directamente en la superficie plana de la superficie lenticular. De acuerdo con un modo de realización particular, el panel solar reproductor de imágenes tomará las características de la realización precedente, pero la superficie lenticular presentará esta vez su cara plana hacia el exterior y entre la superficie lenticular y la imagen se intercalará una placa transparente de caras paralelas. Esta placa transparente será cortada perpendicularmente a su superficie, de manera rectilínea, y a intervalos regulares, con el fin de hacer aparecer láminas de aire planas de pequeño espesor que serán paralelas al eje longitudinal de las lentes y situadas enfrente de cada unión de las lentes. La ventaja de esta superficie óptica con respecto a la precedente es que los ángulos de visión y los ángulos de incidencia de los rayos solares podrán tomar valores comprendidos entre -70º y +70º. En efecto, los rayos cuya incidencia sea superior a 45º, después de su paso a través de la lente, serán refractados en el interior de la placa y reflejados en la superficie de las láminas de aire por el principio óptico del salto de índice de refracción para ser dirigidos al interior de las zonas
Z1 o Z2.
De acuerdo con un modo de realización particular, y con el fin de aumentar los ángulos de visión hasta 90º, las lentes rectilíneas plano-convexas de acuerdo con el modo de realización precedente serán reemplazadas por lentes rectilíneas biconvexas.
De acuerdo con otro modo de realización, la imagen asociada al sensor solar reproductor de imágenes podrá ser modificable a distancia, por ejemplo por la utilización de una pantalla de cristales líquidos. Si la imagen se modifica rápidamente se observará entonces una imagen animada.
De acuerdo con una variante, no ilustrada, la imagen o las imágenes animadas serán modificadas de modo que las zonas del mismo color que la superficie del sensor solar sean borradas para hacerse transparentes. Así, la presentación de la imagen no será modificada porque, por transparencia, estas zonas tomarán el color del panel solar que se encuentra detrás. La luz que atraviese, así, la imagen llegará al sensor solar y, por tanto, se añadirá a la luz ya recibida por otra parte por el sensor.
De acuerdo con un modo de realización, las bandas imagen serán reemplazadas por bandas de sensor solar de pequeños espesores y el panel solar será reemplazado por una imagen fija o animada. Estas bandas de sensor solar estarán situadas con respecto a la superficie lenticular de manera que reciban los rayos directos del sol mientras que las bandas transparentes permitirán a un observador situado bajo otros ángulos de visión, ver la imagen, o las imágenes animadas, a través del panel solar así constituido.
Los dibujos anejos ilustran la invención:
La figura 1 representa la disposición en vista en despiece ordenado de los diferentes elementos que componen el panel solar reproductor de imágenes.
La figura 2 representa una vista en corte y el esquema de principio del panel solar reproductor de imágenes, por una parte, con la visión de una imagen vista por un observador y, por otra, con el recorrido óptico de los rayos solares que, en el mismo tiempo, llegan a la superficie del sensor solar.
La figura 3 representa un modo de realización particular que, con el fin de aumentar los ángulos de visión, utiliza una superficie lenticular plano-convexa y la redirección de los rayos de acuerdo con el principio de la reflexión por salto de índice de refracción.
\vskip1.000000\baselineskip
Refiriéndose a estos dibujos, el sistema está compuesto por un panel solar (SP), una película transparente (F) en la cual está impresa una imagen (I) y una superficie lenticular (SL). La imagen (I) está borrada en parte por bandas transparentes (BT) rectilíneas paralelas y equidistantes. La imagen, por tanto, se transforma entonces en una imagen constituida por bandas imagen paralelas no transparentes (BN) y bandas transparentes paralelas (BT). La superficie lenticular está constituida por lentes rectilíneas idénticas, de sección plano convexa, de anchura igual a la suma de una anchura de banda imagen más una anchura de banda transparente, y yuxtapuestas paralelamente una a otra. La película transparente (F) está colocada entre el panel solar (SP) y la superficie lenticular (SL), en el plano focal de las lentes, estando la cara ondulada de la superficie lenticular vuelta hacia el exterior del sistema. Las bandas imagen (BN) y las bandas transparentes (BT) están situadas con respecto a las lentes de modo que estas bandas (BN y BT) sean paralelas al eje longitudinal (X) de las lentes, y de modo que, bajo ciertos ángulos comprendidos en el intervalo de ángulos [A1, A2], un observador (OB) verá solamente las bandas imagen (BN). Por el contrario, bajo otros ángulos de visión comprendidos en el intervalo de ángulos de visión comprendido en el intervalo de ángulos [A2, A3] los rayos del sol atravesarán las bandas transparentes (BT) de la imagen y llegarán a la superficie del sensor solar (SP). Las bandas (BN) y (BT) se sitúan enfrente de las zonas Z1 y Z2. Las zonas Z1 y Z2 representan las zonas del plano focal de la lente rectilínea que están cubiertas por los rayos cuyos ángulos de incidencia están comprendidos, respectivamente, en los intervalos [A1, A2] y [A2, A3]. En el caso de las lentes cuyo dioptrio convexo sea semicilíndrico (véase la Figura 2), A1 y A3 toman valores límites de 45º. Estos ángulos son medidos con respecto a un eje (Y) que es a la vez perpendicular al eje longitudinal de las lentes (X) y perpendicular a la superficie lenticular (SL).
En el caso de una realización con una superficie lenticular plano-convexa cuya cara plana esté vuelta hacia el exterior (véase la Figura 3) los rayos incidentes son concentrados durante el paso del dioptrio convexo de la lente, y después experimentan una refracción durante el paso de la primera cara plana de la placa transparente (PT). Una parte de los rayos llegan directamente a las zonas Z1 y Z2 mientras que otros (R1, R2), más incidentes, son reflejados en la superficie de la lámina de aire (Lm) antes de llegar a las zonas Z1 y Z2.
Con el fin de reducir las reflexiones parásitas, las diferentes caras de la superficie lenticular, de la placa de caras paralelas y del sensor solar, podrán experimentar un tratamiento antirreflejos o bien la película podrá estar pegada con un pegamento transparente (C) cuyo índice de refracción sea idéntico al de las partes ópticas en contacto.
A título de ejemplo, no limitativo, el panel solar será de tipo fotovoltaico equipado con un revestimiento uniforme de silicio en capa delgada. El panel solar, igual que la película transparente y la superficie lenticular serán de forma rectangular con dimensiones de 60 centímetros de anchura y 100 centímetros de altura. Éste está inclinado hacia el Norte 22º con respecto a la vertical, y su cara activa vuelta hacia el Sur. En la película transparente está impresa en serigrafía una imagen en color en la que alternan bandas horizontales transparentes y no transparentes de la misma anchura, igual a 0,5 mm. La superficie lenticular está constituida por lentes rectilíneas de diámetro 1 mm y cuyo espesor es de 1,2 mm, lo que equivale a la distancia focal de cada lente. La superficie lenticular está situada de tal manera que el eje longitudinal de las lentes esté en la horizontal, por tanto paralelo a las bandas de la imagen. La película transparente está pegada a la cara plana de la superficie lenticular con un pegamento transparente y situada con precisión de modo que cada banda imagen se coloca en la mitad superior del plano focal de cada lente. Cada banda transparente se coloca entonces en la mitad inferior del plano focal de cada lente. Para un observador colocado a la altura del panel solar reproductor de imágenes, el ángulo de visión vale -22º, lo que permite ver las bandas imagen. El sol, a su paso por el meridiano y en la latitud de 45º, puede tomar alturas según las estaciones variables entre 22º y 68º con respecto al horizonte Sur, por tanto los rayos solares toman ángulos de incidencias con respecto al panel solar comprendidos entre 0º y 46º. Así pues, todos los rayos solares atravesarán las bandas transparentes y llegarán a la superficie del sensor solar.
La presente invención está particularmente adaptada para la integración estética y arquitectural de los paneles solares, así como para la difusión de una información visual en la superficie de estos.

Claims (10)

1. Panel solar (SP) asociado a un sistema óptico que permite visualizar una imagen en su superficie, caracterizado porque comprende un panel solar (SP), una película transparente imagen (F) en la que se han borrado una serie de bandas rectilíneas paralelas de igual anchura y equidistantes entre sí, y una superficie lenticular constituida por una yuxtaposición de lentes rectilíneas idénticas, cuya anchura vale la suma de una anchura de banda transparente más una anchura de banda imagen, y cuya cara plana está vuelta hacia la imagen; siendo el eje longitudinal de las lentes paralelo a las bandas imagen y a las bandas transparentes, estando situadas las citadas bandas transparentes y bandas imagen entre la superficie del panel solar y la superficie lenticular, de tal manera que un observador verá solamente las bandas imagen o la superficie del panel solar, siendo esta alternativa función del ángulo de visión bajo el cual sea observada la superficie lenticular.
2. Panel solar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las lentes rectilíneas tiene una sección plano-convexa y/o biconvexa.
3. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie de la lente plana convexa y/o biconvexa presenta su cara plana hacia el exterior y estando intercalada una placa transparente de caras paralelas entre la superficie lenticular y la película, estando la citada placa cortada perpendicularmente a su superficie, de manera rectilínea y a intervalos regulares, dejando aparecer láminas de aire planas de pequeños espesores paralelas al eje longitudinal de las lentes y situadas enfrente de cada unión de las lentes.
4. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado porque las diferentes superficies ópticas tienen un revestimiento antirreflejos.
5. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la película está pegada a las diferentes superficies ópticas con un pegamento transparente cuyo índice de refracción es idéntico al de las partes ópticas en contacto.
6. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las zonas de la imagen que son del mismo color que la superficie del panel solar son borradas para hacerse transparentes.
7. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las bandas imagen son reemplazadas por bandas de sensor solar, y el panel solar es reemplazado por una imagen.
8. Panel solar asociado a un sistema óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la imagen fija es reemplazada por una imagen animada.
9. Panel solar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las bandas imagen y las bandas transparentes están situadas de modo que la luz se concentra y atraviesa las bandas transparentes para llegar a la superficie del sensor solar.
10. Panel solar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la imagen asociada al sensor solar reproductor de imágenes es una pantalla de cristales líquidos.
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