ES2398281A1

ES2398281A1 - Procedimiento de montaje de un módulo solar fotovoltaico de alta concentración y módulo así montado

Info

Publication number: ES2398281A1
Application number: ES201201279A
Authority: ES
Inventors: Sebastián CAPARRÓS JIMENEZ; Antonio De Dios Pardo; Carlos Martín Maroto; Enrique JIMÉNEZ SÁEZ; Adam BOTTS
Original assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Current assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-03-15
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: US20140182655A1; ES2398281B1; WO2014102406A1

Abstract

Procedimiento de montaje de un módulo de alta concentración solar fotovoltaica y módulo así obtenido definido para realizar un montaje final simple a partir de un conjunto de elementos que llegan de fábrica en un embalaje óptimo para facilitar la logística, siendo tres las secuencias de montaje principales: - Secuencia 1: ensamblaje del sistema optoelectrónico - Secuencia 2: montaje del sistema optoelectrónico en la base del módulo, interconexionado y tests - Secuencia 3: ensamblado final del módulo, y donde el módulo así montado comprende: una serie de sistemas optoelectrónicos iguales colocados en configuración matricial y formados cada uno de ellos por una óptica secundaria (1), un receptor fotovoltaico (2), un adhesivo térmico (3), un disipador (4) y una pieza de sujeción de la óptica secundaria compuesta por un cuerpo y una arandela, -la estructura del módulo y - la lente superior (9).

Description

PROCEDIMIENTO DE MONTAJE DE UN MÓDULO SOLAR FOTOVOLTAICO DE

ALTA CONCENTRACiÓN Y MÓDULO Así MONTADO

Sector técnico de la invención La presente invención describe un procedimiento de montaje de un módulo de alta concentración solar fotovoltaica y el módulo así montado. Por lo tanto pertenece al sector de la energía solar fotovoltaica. Antecedentes de la invención Relativo al estado del arte en diseños de módulos de alta concentración fotovoltaica (en adelante HCPV) nos encontramos dos grandes tendencias, las cuales se distinguen por la distancia entre la óptica concentradora de luz y el receptor donde se genera potencia, todo dentro del módulo HCPV. Existen diseños de módulos en los cuales la distancia es relativamente pequeña. Ello hace que el módulo sea poco profundo y relativamente fácil de transportar, minimizando costes logísticos. Normalmente suelen estar basados en el uso de células pequeñas, lo que facilita la gestión térmica del módulo. En este tipo de diseños se encuentran empresas como Soitec y Semprius, que usan lentes y empresas como Solfocus, que usan espejos. Como principal inconveniente nos encontramos que, en el caso de usar lentes, es necesario utilizar células pequeñas, lo que obliga a tener que ensamblar un gran número de piezas para conseguir una potencia determinada, lo cual redunda en mayores costes de automatización y mayor dificultad en el montaje. Además, el coste de materiales suele subir por watio generado, ya que el procesado y fabricación de las piezas aumenta considerablemente. En cuanto al uso de espejos, este permite usar células bastante mayores, favoreciendo los costes de automatización. No obstante, aumenta severamente la complejidad del sistema, incrementando por ello los costes globales. Existe otra gran tendencia, definida por el uso de lentes de gran tamaño, con células de mayores dimensiones. Como principales ventajas nos encontramos menores costes de receptor y óptica. No obstante la logística de este modelo es mucho más complicada pues el tamaño del módulo así como el volumen que ocupa, es mucho mayor. Además hay que determinar correctamente los límites de concentración y tamaño de célula para conseguir una disipación térmica eficaz y económica. En esta tipología nos encontramos empresas como Greenvolts, Amonix, Suntrix y Energy Innovations.

La invención que aquí se describe tiene como objetivo presentar un procedimiento de montaje de un módulo de alta concentración solar fotovoltaica de lentes, no de espejos, así como el módulo así montado, que recoja las principales ventajas de ambas tendencias, eliminando las debilidades inherentes de cada una de ellas, lo cual redunda en costes más competitivos. Para ello, se requiere un procedimiento de montaje que sea modular, sencillo y rápido y que además sea fácilmente transportable aunque se trate de módulos grandes. Así pues, se trata de partir de una serie de elementos que llegan de fábrica preparados para su montaje y en un embalaje óptimo para facilitar la logística, de manera que sólo haya que realizar su ensamblaje en campo. De esta manera, dicho módulo y proceso se caracterizan por el bajo coste de los receptores fotovoltaicos y óptica, en el que además se incorporan elementos adecuados para minimizar los costes logísticos y efectuar una gestión térmica eficaz y económica.

Descripción de la invención

La invención consiste en un procedimiento de montaje de un módulo de alta concentración solar fotovoltaica y el módulo así montado. El módulo a montar comprende una serie de sistemas optoelectrónicos iguales, colocados en configuración matricial, la estructura del módulo y las lentes superiores. Cada sistema optoelectrónico a su vez está formado por: un disipador, una pasta térmica, un receptor, una óptica secundaria, una arandela y una pieza de sujeción del sistema optoelectrónico completo, la cual además protege la óptica secundaria y asegura la superficie de pegado del sistema optoelectrónico al módulo. El receptor, de manera general comprende una célula, un sustrato electrónico (normalmente suelen ser tres capas conductor-aislante-conductor), diodo, conectores y el conexionado interno de dichos elementos. La estructura del módulo comprende:

•: Una base inferior, donde se tienen cajeados unos huecos para introducir los sistemas optoelectrónicos previamente montados.

•: Un marco inferior y otro superior. En el marco inferior se inserta una base metálica sobre la que se colocan los sistemas optoelectrónicos y en el superior se pega la lente y colocan las piezas de sujeción del módulo al seguidor solar

•: Unas columnas de rigidez que conectan los dos marcos y le confieren al módulo la resistencia estructural adecuada.

•: Unas tapas laterales adheridas a los dos marcos para conseguir un correcto

sellado del sistema El proceso de montaje del módulo consta de tres secuencias fundamentales: -Secuencia 1: ensamblaje del sistema optoelectrónico -Secuencia 2: montaje del sistema optoelectrónico en la base del módulo -Secuencia 3: ensamblaje final para obtener producto acabado.

1.: Descripción de la secuencia 1: comprende las siguientes etapas:

1.1 . Dispensación de pasta térmica sobre el disipador para el pegado del receptor

1.2. Colocación del receptor fotovoltaico

1.3. Pegado de la óptica secundaria a la célula fotovoltaica existente en el receptor.

1.4. Colocación de una arandela sobre la óptica secundaria

1.5. Colocación de una pieza de sujeción del sistema optoelectrónico completo.

2.: Descripción de la secuencia 2: comprende las siguientes etapas:

2.1. Montaje sobre la base del módulo de cada sistema optoelectrónico de los obtenidos tras realizar la secuencia 1

2.2. Inter-conexionado de los distintos elementos

2.3. Colocación de las protecciones contra situaciones de desalineamiento

de la lente A continuación se realizan los tests eléctricos para determinar potencia y rendimiento final de la base montada

3. Descripción de la secuencia 3: comprende las siguientes etapas:

3.1. Posicionamiento del marco superior con la lente y el marco inferior con la base y los sistemas opto-electrónicos colocados en la misma.

3.2. Inserción de barras de soporte centrales para evitar el pandeo de la lente

3.3. Posicionamiento de las columnas de rigidez y ensamblado con los marcos inferior y superior del módulo

3.4. Colocación de las tapas laterales y posterior sellado del conjunto, ob

teniendo el módulo final Tras el ensamblaje del módulo completo se realizan los test de estanqueidad del conjunto y el test eléctrico final, para verificar el correcto funcionamiento.

Este diseño de módulo así como su procedimiento de montaje presenta una serie de ventajas frente a lo existente en el estado de la técnica:

Cada conjunto receptor-óptica secundaria tiene un disipador unitario asociado. Dicho disipador puede tener aletas planas o corrugadas para incrementar el área de intercambio de calor y eficiencia térmica, ya que se recomienda mantener la temperatura de la célula por debajo de 95°C.

Se utiliza pasta térmica para asegurar una correcta transferencia térmica hacia el disipador y garantizar el aislamiento eléctrico. Ello permite no tener ningún tipo de pieza adicional, como almohadillas o piezas plásticas de aislamiento eléctrico.

Pieza de sujeción del sistema optoelectrónico completo, la cual además protege la óptica secundaria y asegura la superficie de pegado del sistema optoelectrónico al módulo.

La combinación de los elementos descritos en este bloque permiten un procedimiento sencillo de montaje en automático, con equipos y máquinas fáciles de encontrar en el mercado, a un coste competitivo.

La logística de envío de las piezas de los conjuntos a ensamblar es simple y económica, ya que el volumen ocupado es mucho menor que si el módulo fuese enviado completamente ensamblado.

Las operaciones definidas son operaciones mecánicas y de dispensación muy simple, por lo tanto muy flexibles de realizar en lugares cercanos a las instalaciones finales, o incluso en pequeñas líneas de montaje en donde el mercado lo requiera.

Las piezas que forman la estructura mecánica del módulo son planas, son muy sencillas de fabricar y ocupan poco volumen embaladas lo que permite un transporte más eficiente. Todo ello redunda en costes competitivos de producción y logística.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1. Perspectiva explosionada de los elementos a montar en la secuencia 1 Figura 2. Producto obtenido tras la secuencia 1 según un primer diseño Figura 3. Producto obtenido tras la secuencia 1, según un segundo diseño Figura 4. Producto obtenido tras la secuencia 2 sin piezas de protección contra des-alineamiento de la lente (base del módulo + parte optoelectrónica) Figura 5. Producto obtenido tras la secuencia 2 con piezas de protección contra des-alineamiento de la lente Figura 6. Perspectiva explosionada del módulo sin tapas laterales Figura 7. Módulo sin lente Figura 8. Módulo final Las referencias de las figuras representan:

1.: Disipador

2.: Pasta térmica

3.: Receptor

4.: Óptica secundaria

5.: Arandela

6.: Pieza de sujeción del sistema optoelectrónico

7.: Aletas

8.: Base del módulo

9.: Protecciones contra situaciones de desalineamiento de la lente

10.: Columnas de las esquinas del módulo

11.: Columnas de rigidez centrales

12.: Tapas laterales

13.: Lente

14.: Válvulas de ventilación

15.: Piezas de sujeción del módulo al seguidor solar

16.: Sistema optoelectrónico completo en forma matricial

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el procedimiento de montaje del módulo de alta concentración solar fotovoltaica, en base a las figuras. Este procedimiento de montaje se divide en tres secuencias. Según se observa en la figura 1, la secuencia primera que corresponde al ensamblaje del sistema optoelectrónico, comprende las siguientes etapas:

1.1.: Dispensación de pasta térmica (2) sobre el disipador (1) para el pega

do del receptor (3)

1.2.: Colocación del receptor fotovoltaico (3)

1.3.: Pegado de la óptica secundaria (4) a la célula fotovoltaica existente en

el receptor (3).

1.4.: Colocación de una arandela (5) sobre la óptica secundaria (4)

1.5.: Colocación de la pieza de sujeción (6), del sistema optoelectrónico

completo.

Existen dos alternativas de diseño en función de cómo se coloquen las aletas (7) en el disipador (1), ya que pueden colocarse en forma de abanico (figura 2) o manteniendo el paralelismo entre ellas (figura 3). La secuencia 2 comprende las siguientes etapas:

2.1. Montaje sobre la base del módulo (8) de cada sistema optoelectrónico de los obtenidos tras realizar la secuencia 1 (figura 4)

2.2 Inter-conexionado de los distintos elementos

2.3 Colocación de las protecciones contra situaciones de desalineamiento

de la lente (9) (figura 5, sin columnas) A continuación se realizan los tests eléctricos para determinar potencia y rendimiento final de la base montada. La secuencia de montaje 3 comprende las siguientes etapas:

3.1. Posicionamiento del marco superior con la lente (13) y el marco inferior con la base (8) y los sistemas opto-electrónicos colocados en la misma.

3.2. Inserción de barras de las columnas de rigidez centrales (11) para evitar el pandeo de la lente (13)

3.3. Posicionamiento de las columnas de rigidez de las esquinas (10) Y ensamblado con los marcos inferior y superior del módulo

3.3. Colocación de las tapas laterales (12) y posterior sellado del conjunto,

obteniendo el módulo final Tras el ensamblaje del módulo completo se realizan los test de estanqueidad del conjunto y el test eléctrico final, para verificar el correcto funcionamiento En la figura 6 se observa una perspectiva explosionada del módulo sin tapas laterales (12). En la figura 7 se observa el módulo sin lente y en la figura 8, el módulo final. Se observa que el módulo de alta concentración solar fotovoltaica así obtenido comprende un sistema optoelectrónico formado por una óptica secundaria (4), un receptor (3), ambos se unen a través de una pasta térmica (2), también cuenta con un disipador (1) por cada receptor (3), así como una pieza de sujeción del sistema optoelectrónico (6). Todo ello se coloca sobre la base del módulo (8), que es una chapa plana con los cajeados hechos para la introducción de los conjuntos optoelectrónicos (16). Sobre el módulo se sitúan unas columnas de rigidez en las esquinas (10) y centrales (11) que ayudan a colocar la lente (13) y evitar el pandeo, así como las tapas laterales (12). El módulo en su parte superior cuenta con unas piezas de sujeción superiores (15) cuya misión es la de sujetar el módulo en el seguidor solar y unas válvulas de ventilación (14) con una membrana que impide que entre suciedad y agua líquida. Todo el conjunto se sella para lograr estanqueidad. Este sistema está especialmente indicado para su aplicación en módulos fotovoltaicos de alta concentración solar pero no se descarta su extensión a otros campos de

5 la industria que requieran características similares.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de montaje de un módulo solar fotovoltaico de alta concentración de los que comprenden una serie de sistemas optoelectrónicos iguales coloca-

S dos de forma matricial, la estructura del módulo y la lente superior y estando formado cada sistema optoelectrónico, entre otros elementos, por una óptica secundaria (4), un receptor (3), un disipador y una pieza de sujeción (6) y caracterizado porque comprende las siguientes secuencias: -Secuencia 1: ensamblaje de las distintos elementos que conforman los sistemas

10 optoelectrónicos, -Secuencia 2: montaje de cada sistema optoelectrónico en la base del módulo, interconexionado y protección contra situaciones de desalineamiento, -Secuencia 3: obtención del módulo final, colocando unas columnas de rigidez centrales y de esquina, unas tapas laterales y la lente superior.

15 2. Procedimiento de montaje de un módulo solar fotovoltaico de alta concentración según reivindicación 1 caracterizado porque la secuencia 1 comprende las siguientes etapas:

1.1. Dispensación de pasta térmica (2) sobre el disipador (1) para el pegado del receptor (3)

20 1.2. Colocación del receptor fotovoltaico (3)

1.3. Pegado de la óptica secundaria (4) a la célula fotovoltaica existente en el receptor (3).

1.4. Colocación de una arandela (5) sobre la óptica secundaria (4)

1.5. Colocación de la pieza de sujeción (6), del sistema optoelectrónico 25 completo.
3. Procedimiento de montaje de un módulo solar fotovoltaico de alta concentración según reivindicación 2 caracterizado porque la secuencia 2 comprende las siguientes etapas:
2.1. Montaje sobre la base del módulo (8) de cada sistema optoelectrónico 30 de los obtenidos tras realizar la secuencia 1
2.2 Inter-conexionado de los distintos elementos
2.3 Colocación de unas protecciones contra situaciones de desalineamiento de la lente (9)
4. Procedimiento de montaje de un módulo solar fotovoltaico de alta concentra35

ción según reivindicación 3 caracterizado porque la secuencia 3 comprende las siguientes etapas:
3.1. Posicionamiento del marco superior con la lente (13) y el marco inferior con la base (8) y los sistemas opto-electrónicos colocados en la misma.
3.2. Inserción de barras de las columnas de rigidez centrales (11) para evi

tar el pandeo de la lente (13)
3.3. Posicionamiento de las columnas de rigidez de las esquinas (10) yensamblado con los marcos inferior y superior del módulo
3.3. Colocación de las tapas laterales (12) y posterior sellado del conjunto, obteniendo el módulo final

10 5. Módulo solar fotovoltaico de alta concentración obtenido según el procedimiento descrito en las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende una serie de sistemas optoelectrónicos formados a su vez cada uno de ellos por una óptica secundaria (4) y un receptor (3), unidos ambos a través de una pasta térmica (2), un disipador (1) por cada receptor (3), así como una pieza de sujeción del siste

15 ma optoelectrónico (6); todo ello situado sobre la base del módulo (8) sobre la que también se sitúan unas columnas de rigidez (10, 11) que soportan la lente (13), así como las tapas laterales (12).
6. Módulo solar fotovoltaico de alta concentración obtenido según reivindicación

5 caracterizado porque la base del módulo es una chapa plana que tiene cajeados 20 unos huecos para introducir los sistemas optoelectrónicos.
7. Módulo solar fotovoltaico de alta concentración obtenido según reivindicación 5 caracterizado porque el módulo en su parte superior cuenta con unas piezas de sujeción superiores (15) cuya misión es la de sujetar el módulo en el seguidor solar.

CC))-·5

4

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

I

10 8

Figura 6

15

Figura 7

Figura 8