ES2859448T3

ES2859448T3 - Sistema de energía solar fotovoltaica con ganancia mejorada

Info

Publication number: ES2859448T3
Application number: ES18204637T
Authority: ES
Inventors: Eric Pilat; Vera Jose Ruben Sayritupac
Original assignee: Photovoltaic Solar Energy System With Improved Gain
Current assignee: Photovoltaic Solar Energy System With Improved Gain
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2021-10-04
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: FR3073345A1; EP3484047A1; US20190140587A1; FR3073345B1; US10998852B2; EP3484047B1

Abstract

Sistema de energía solar fotovoltaica (2) que consta de: - una pluralidad de células solares fotovoltaicas bifaciales (4), que definen conjuntamente una superficie de absorción directa (6) así como una superficie de absorción indirecta (8), siendo las dos superficies opuestas y estando destinadas a absorber una energía de radiación solar; - un bastidor (10) de soporte de dichas células, comprendiendo dicho bastidor una estructura de soporte (12) en la que están fijadas las células (4), caracterizado por que dicho bastidor (10) consta, además, de un medio de suspensión (16) de la estructura de soporte (12), comprendiendo el medio de suspensión (16) un extremo superior conectado a un primer extremo de la estructura de soporte, y por que el medio de suspensión (16) define una superficie de reflexión (20) configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de absorción indirecta (8) definida por la pluralidad de células (4), y por que el bastidor de soporte (10) consta, además, de un reflector de entrada (22) un primer extremo del cual está conectado a un extremo inferior del medio de suspensión (16), definiendo el reflector de entrada (22) una superficie de entrada de reflexión (26) configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de reflexión (20) definida por el medio de suspensión (16), y por que dicha superficie de absorción indirecta (8), la superficie de reflexión (20), así como la superficie de entrada de reflexión (26) delimitan juntas un espacio (30) de reflexión y de propagación de luz abierto entre un segundo extremo (34) del reflector de entrada opuesto al primer extremo de este reflector, y un segundo extremo (36) de la estructura de soporte opuesto al primer extremo de esta estructura.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de energía solar fotovoltaica con ganancia mejorada

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la energía solar fotovoltaica, y en particular a sistemas que comprenden células solares fotovoltaicas bifaciales.

La invención se aplica, en particular, a sistemas destinados a ser instalados en el suelo o en tejados de edificios.

Estado de la técnica anterior

De la técnica anterior, es conocido producir sistemas que comprenden células solares fotovoltaicas de naturaleza bifacial, estando estas células agrupadas dentro de paneles fotovoltaicos. El interés de dichas células radica en el hecho de que definen en la cara delantera una superficie de absorción directa destinada a absorber una energía de radiación solar, y, en la cara posterior, una superficie de absorción indirecta también destinada a absorber una energía de radiación solar.

Ya se han previsto varias realizaciones para la obtención de este tipo de sistema como, por ejemplo, el mostrado en el documento US 2017/0063295 A1. También se conoce, por ejemplo, el documento CN 204993212, en el que se describen sistemas equipados con paneles que comprenden células fotovoltaicas bifaciales, prolongadas hacia abajo por reflectores. Cada reflector está inclinado para permitir la irradiación de la superficie posterior de las células de otro sistema situado más adelante.

Este tipo de diseño presenta, no obstante, numerosos inconvenientes, el principal de los cuales la necesidad de hacer cooperar un sistema con al menos otro sistema situado delante, para iluminar su superficie posterior de absorción indirecta. La utilización de este tipo de sistema queda así limitada a centrales solares que presentan una pluralidad de hileras de sistemas. Además, la distancia entre cada hilera se convierte en un parámetro que depende de esta necesidad de irradiación de la superficie posterior por los sistemas de la hilera posterior, de modo que la dimensión en el suelo de la central puede mostrarse no optimizada. Lo mismo ocurre para la dimensión según la dirección vertical, debido a la necesidad de prever bastidores suficientemente elevados para permitir implantar los reflectores debajo de los paneles solares.

Por último, este diseño no permite al reflector reenviar la luz según una dirección óptima en la cara posterior del sistema de delante, lo que ocasiona pérdidas energéticas, así como una heterogeneidad de irradiación no deseable.

Exposición de la invención

La invención tiene, por lo tanto, como objeto remediar al menos parcialmente los inconvenientes mencionados anteriormente relativos a las realizaciones de la técnica anterior.

Para ello, la invención según la reivindicación 1 tiene por objeto, en primer lugar, un sistema de energía solar fotovoltaica, que consta de:

- una pluralidad de células solares fotovoltaicas bifaciales, que definen conjuntamente una superficie de absorción directa, así como una superficie de absorción indirecta, siendo las dos superficies opuestas y estando destinadas a absorber una energía de radiación solar;

- un bastidor de soporte de dichas células, comprendiendo dicho bastidor una estructura de soporte en la que están fijadas las células.

Según la invención, dicho bastidor consta, además, de un medio de suspensión de la estructura de soporte, comprendiendo el medio de suspensión un extremo superior conectado a un primer extremo de la estructura de soporte, y definiendo el medio de suspensión una superficie de reflexión configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de absorción indirecta definida por la pluralidad de células.

La invención contrasta, de este modo, con las realizaciones anteriores esencialmente en que prevé asociar una función de reflector a al menos una parte del bastidor. Según el diseño propuesto, el sistema se revela ventajosamente autónomo. En efecto, su superficie de absorción indirecta es irradiada por la luz que se refleja en la superficie de reflexión del medio de suspensión, de modo que no tenga necesidad de cooperar con otro sistema situado detrás de ella. Por consiguiente, no solamente el sistema se puede utilizar de manera autónoma, sino que, en caso de empleo en una central con varias hileras, la distancia entre las hileras se puede fijar mucho más libremente que en la técnica anterior descrita anteriormente. Es la dimensión global de la central la que se encuentra, entonces, ventajosamente reducida.

Además, gracias a la fijación del medio de suspensión y de la estructura de soporte a nivel de sus extremos, la totalidad de la superficie de absorción indirecta, portada por la estructura de soporte, puede ser, de este modo, fácilmente iluminada y esto con una dirección óptima de los rayos reflejados. La irradiación solar de las células se vuelve, así, máxima, y la homogeneidad de iluminación entre las dos superficies mejora ampliamente.

Para mejorar más la irradiación, según la invención, el bastidor de soporte consta, además, de un reflector de entrada un primer extremo del cual está conectado a un extremo inferior del medio de suspensión, definiendo el reflector de entrada una superficie de entrada de reflexión configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de reflexión definida por el medio de suspensión. Además, dicha superficie de absorción indirecta, la superficie de reflexión, así como la superficie de entrada de reflexión delimitan juntas un espacio de reflexión y de propagación de luz abierto entre un segundo extremo del reflector de entrada opuesto al primer extremo de este reflector, y un segundo extremo de la estructura de soporte opuesto al primer extremo de esta estructura.

La invención también prevé las siguientes características opcionales, tomadas de forma aislada o en combinación.

El bastidor de soporte consta, además, de un dispositivo de puesta en movimiento que permite hacer pivotar el conjunto formado por el medio de suspensión y la estructura de soporte, y el dispositivo de puesta en movimiento consta de un brazo telescópico un extremo del cual está articulado en el reflector de entrada. Esta particularidad está adoptada para orientarse mejor con respecto al sol, y esto en todo momento, con una dimensión pequeña. Este pivote se efectúa, preferentemente, según un eje de rotación sustancialmente paralelo al suelo, y sustancialmente paralelo a una línea de unión entre la estructura de soporte y el medio de suspensión.

El reflector de entrada, la estructura de soporte, así como el medio de suspensión son, cada uno, de forma sustancialmente plana, y presentan, preferentemente, sustancialmente la misma anchura según una dirección de anchura L3 paralela a líneas de unión entre estos tres elementos mencionados anteriormente. Por otro lado, las células también son, preferentemente, sustancialmente planas.

Preferentemente, el reflector de entrada está inclinado en un ángulo sustancialmente igual a 90° con respecto al medio de suspensión, y este último está inclinado en un ángulo sustancialmente igual a 45° con respecto a la estructura de soporte. Esta geometría permite fabricar, de modo que, cuando los rayos de luz impactan perpendicularmente con la superficie de absorción directa, los rayos reflejados por el reflector y por el medio de suspensión impactan entonces perpendicularmente con la superficie de absorción indirecta. Esta dirección de impacto ocasiona una ganancia energética y refuerza la homogeneidad de irradiación de la superficie de absorción indirecta.

Preferentemente, el reflector de entrada presenta, entre sus primer y segundo extremos, una longitud "L1" sustancialmente idéntica a la longitud del medio de suspensión entre sus extremos superior e inferior, y la estructura de soporte presenta entre sus primer y segundo extremos una longitud "L2" tal que el valor del cuadrado de L1 sea sustancialmente igual a dos veces el valor del cuadrado de L2.

Preferentemente, dicho medio de suspensión define también una superficie de reflexión adicional, siendo esta superficie adicional preferentemente opuesta/adosada a dicha superficie de reflexión. De esta manera, el medio de suspensión puede reenviar, ventajosamente, luz en dirección de la superficie de absorción directa de un sistema situado detrás.

Por último, dicho medio de suspensión comprende al menos uno de los siguientes elementos:

- un armazón al que está fijada una red que forma un elemento de reflexión;

- un armazón al que está fijado un conjunto de láminas paralelas que forman un elemento de reflexión;

- uno o varios paneles reflectores, por ejemplo, atravesados por aberturas equipadas con medios de recuperación de energía eólica.

La invención también tiene por objeto una central solar que comprende una pluralidad de sistemas como el descrito anteriormente, estando dispuestos dichos sistemas para formar una pluralidad de hileras.

Otras ventajas y características de la invención aparecerán en la descripción detallada no limitativa anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

Esta descripción se hará con referencia a los dibujos adjuntos entre los que;

- la figura 1 representa una vista lateral de una central solar, que comprende hileras, formada cada una por una pluralidad de sistemas según un modo de realización preferido de la invención;

- la figura 2 es una vista en perspectiva de uno de los sistemas mostrados en la figura anterior;

- la figura 3 representa una vista lateral de la de la figura anterior, que esquematiza el funcionamiento del sistema; - la figura 4 representa una vista lateral de dos sistemas situados uno delante del otro, presentándose estos sistemas en forma de otro modo de realización preferido de la invención;

- la figura 5 representa una vista esquemática lateral de un sistema que se presenta en forma también de otro modo de realización preferido de la invención; y

- las figuras 6a a 6c esquematizan diferentes realizaciones posibles para el medio de suspensión que forman parte integrante de los sistemas mostrados en las figuras anteriores.

Exposición detallada de unos modos de realización particulares

En referencia, en primer lugar, a la figura 1, se representa una central solar 1 que presenta una pluralidad de hileras la, preferentemente paralelas entre sí, y que constan, cada una, de varios sistemas de energía solar fotovoltaica 2 dispuestos uno al lado de otro.

Con referencia a las figuras 2 y 3, se representa uno de estos sistemas 2, según un modo de realización preferido de la invención. A este respecto, cabe destacar que todos los sistemas de la central solar son idénticos o similares. Estos sistemas están fijados al suelo 14, cada uno con ayuda de su bastidor que se describirá más adelante. En otras aplicaciones, se pueden utilizar uno o varios sistemas para que se dispongan en un tejado de un edificio.

En el modo de realización de las figuras 2 y 3, el sistema 2 consta, en primer lugar, de una pluralidad de células solares 4. Estas células solares fotovoltaicas son de naturaleza bifacial, para definir juntas en la cara delantera una superficie de absorción directa 6, así como en la cara posterior una superficie de absorción indirecta 8. Estas dos superficies 6, 8 son, convencionalmente, sustancialmente planas y paralelas entre sí, incluso si se pudiera prever otra realización previendo que estas dos superficies no sean paralelas entre sí. Las células solares 4 pueden agruparse por paneles, como es visible en particular en la figura 2. En este modo, es posible, en efecto, percibir diez paneles que equipan un mismo sistema 2. Estos paneles están dispuestos sustancialmente en un mismo plano, y todos soportados por un bastidor 10 de soporte, específico de la invención.

En primer lugar, el bastidor 10 comprende una estructura de soporte 12 de las células 4. Esta estructura de soporte puede producirse de manera convencional, por ejemplo, con ayuda de un marco, eventualmente completado por elementos de refuerzo, al tiempo que se deja subsistir entre sí un espacio suficientemente ahuecado para permitir la irradiación de las dos superficies 6, 8 por la luz. La densidad de células 4 es fuerte, ya que su superficie acumulada corresponde sustancialmente a la superficie de la estructura 12 tal como está definida por su periferia.

A nivel de un primer extremo de esta estructura de soporte 12, que corresponde a un extremo superior sustancialmente paralelo al suelo 14, el bastidor consta de un medio de suspensión 16 destinado a suspender la estructura de soporte 12. El medio de suspensión 16 también es de forma sustancialmente plana. Su extremo superior está conectado mecánicamente al extremo superior de la estructura de soporte 12, para formar un pliegue entre los dos. El ángulo A1 definido entre estos dos elementos 12, 16 es, preferentemente, sustancialmente igual a 45°, y más generalmente, comprendido entre 30 y 60°.

Una de las particularidades de la presente invención radica en el hecho de que la superficie del medio de suspensión que está orientada en dirección de la superficie de absorción indirecta 8, constituye una superficie de reflexión 20 configurada para reflejar la luz en dirección de esta superficie 8.

También está previsto un reflector de entrada 22, un primer extremo del cual está conectado mecánicamente a un extremo inferior del medio de suspensión 16. El reflector de entrada 22 también es de forma sustancialmente plana, y define con el medio de suspensión 16 un ángulo A2 sustancialmente igual a 90°. Presenta una superficie de entrada de reflexión 26 configurada para reflejar la luz en dirección de la superficie de reflexión 20 del medio de suspensión 16.

El medio de suspensión 16, la estructura de soporte 12, y el reflector de entrada 22 se extienden, todos, en una anchura sustancialmente idéntica, siendo aquí la dirección de la anchura L3 considerada como paralela a las líneas de unión entre estos tres elementos 12, 16, 22. Por otro lado, la longitud L1 del reflector de entrada 22, entre estos dos extremos, y sustancialmente idéntica a la longitud del medio de suspensión 16 entre su extremo superior y su extremo inferior. Además, entre sus primer y segundo extremos, la estructura de soporte 12 presenta una longitud L2 definida de tal manera que el cuadrado del valor L1 sea sustancialmente igual a dos veces el cuadrado del valor L2. Por consiguiente, las tres superficies 8, 20, 26 definen juntas un espacio 30 de reflexión y de propagación de luz, una abertura 32 del cual está delimitada entre un segundo extremo 34 del reflector de entrada 22, y el segundo extremo 36 de la estructura de soporte 12, considerado como el extremo inferior de esta estructura.

La abertura 32 se extiende, por lo tanto, según una longitud de media hipotenusa del triángulo rectángulo hipotético formado por los elementos 12, 16, 22, estando la otra media hipotenusa constituida por la estructura de soporte 12.

Con esta geometría particular del bastidor 10, en vista lateral, rayos de luz R1 impactan de forma sustancialmente perpendicular con la superficie de absorción directa 6. Esta orientación particular se obtiene gracias a un dispositivo de puesta en movimiento 40 que forma parte integrante del bastidor 10, que une los elementos mencionados anteriormente 12, 16, 22 al suelo 14. Este dispositivo 40 permite una puesta en rotación de estos elementos solidarios, según un eje de rotación 42 sustancialmente paralelo al suelo 14 y sustancialmente paralelo a las uniones entre los elementos del bastidor. Preferentemente, el eje de rotación 42 se sitúa a nivel de la unión entre el medio de suspensión 16 y el reflector de entrada 22. El dispositivo 40 consta, por ejemplo, de uno o varios brazos verticales 44 que conectan el suelo 14 a la unión mencionada anteriormente, y comprende también uno o varios brazos telescópicos 46 un primer extremo de los cuales está conectado a los brazos fijos 44, y un segundo extremo de los cuales está articulado en el reflector de entrada 22. Gracias a este dispositivo 40, es, en efecto, fácil gobernar la orientación del bastidor 10 para que la superficie de absorción directa 6 sea en cualquier momento del día, sustancialmente perpendicular a los rayos R1. Este dispositivo 40 permite, por ejemplo, al conjunto efectuar un pivotamiento de una amplitud total de 30 a 60° alrededor del eje de rotación 42.

Aunque esto no se haya representado, el bastidor también podría constar de un dispositivo que gira según un eje vertical, para seguir el azimut del sol.

Además, rayos de luz R2 penetran a través de la abertura 32 en el espacio 30, como se esquematiza en la figura 3. Estos rayos R2 se reflejan en la superficie de reflexión de entrada 26, y a continuación en la superficie de reflexión 20, antes de ir a impactar de forma sustancialmente perpendicular en la superficie de absorción indirecta 8, en toda la superficie de la misma. En el caso en que el bastidor 10 no se pudiera orientar para dirigir los rayos R2 perpendicularmente a la superficie 8 en vista lateral, por ejemplo, en caso de ausencia del dispositivo de puesta en movimiento 40, los rayos R'2 representados en línea discontinua en la figura 3 serían capturados de todos modos en el espacio 30 después de atravesar la abertura 32. En este caso se produce un efecto de rebote propicio a una irradiación satisfactoria de la superficie de absorción indirecta 8.

Según otro modo de realización mostrado en la figura 4, el medio de suspensión 16 presenta, opuesta a su superficie de reflexión 20, una superficie de reflexión adicional 48 cuya función consiste en irradiar la superficie de absorción directa 6 de otro sistema situado detrás. En efecto, rayos de luz R3 impactan con el suelo 14 entre dos sistemas 2, y a continuación se reflejan en primer lugar en la superficie de reflexión adicional 48 detrás del medio de suspensión 16 del sistema delantero, para impactar, a continuación, con la superficie de absorción directa 6 de las células del sistema posterior. La ganancia de la central solar se encuentra, en este caso, ventajosamente aumentada.

La figura 5 muestra un modo de realización en el que una o varias barras de refuerzo 50 pueden completar el bastidor 10, conectando el medio de suspensión 16 a la estructura de soporte 12. No obstante, su número y su sección siguen siendo limitados, para no restringir demasiado la extensión de la irradiación de la superficie de absorción indirecta 8.

Por último, las figuras 6a a 6c muestran diferentes posibilidades para producir el medio de suspensión 16. Según una primera realización mostrada en la figura 6a, está previsto un armazón 52 que forma la periferia del medio 16. A este armazón, se fija una red 54 que presenta, por lo tanto, aberturas para dejar pasar el viento, reduciendo así la fuerza de presión que se aplica al medio de suspensión 16. En el ejemplo mostrado, se trata de una red de camuflaje empleada habitualmente en el campo militar, preferentemente de color blanco para favorecer la reflexión óptica.

Según otra realización mostrada en la figura 6b, el armazón 52 porta láminas paralelas 56 que forman elementos de reflexión. También en este caso, los espacios previstos entre las láminas permiten que el viento atraviese el medio 16 sin ejercer fuerzas de presión demasiado grandes. Estas láminas 56, equiparables a un estor californiano, pueden producirse con ayuda de un material compuesto polimérico blanco, como por ejemplo productos comercializados por la compañía Dupont® con las denominaciones t Pt ® o Tedlar®.

Como alternativa, el medio de suspensión 16 podría ser macizo, y estar diseñado para resistir la fuerza de presión resultante del viento. No obstante, una tercera realización mejorada consiste en prever uno o varios paneles reflectores 58, de naturaleza estructural o añadidos a un armazón, como se muestra en la figura 6c. Cada panel 58 constaría, entonces, de varias aberturas 60 equipadas con medios de recuperación de energía eólica, como miniaerogeneradores 62 representadas únicamente de forma esquemática en la figura 6c.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de energía solar fotovoltaica (2) que consta de:

- una pluralidad de células solares fotovoltaicas bifaciales (4), que definen conjuntamente una superficie de absorción directa (6) así como una superficie de absorción indirecta (8), siendo las dos superficies opuestas y estando destinadas a absorber una energía de radiación solar;

- un bastidor (10) de soporte de dichas células, comprendiendo dicho bastidor una estructura de soporte (12) en la que están fijadas las células (4),

caracterizado por que dicho bastidor (10) consta, además, de un medio de suspensión (16) de la estructura de soporte (12), comprendiendo el medio de suspensión (16) un extremo superior conectado a un primer extremo de la estructura de soporte, y por que el medio de suspensión (16) define una superficie de reflexión (20) configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de absorción indirecta (8) definida por la pluralidad de células (4), y por que el bastidor de soporte (10) consta, además, de un reflector de entrada (22) un primer extremo del cual está conectado a un extremo inferior del medio de suspensión (16), definiendo el reflector de entrada (22) una superficie de entrada de reflexión (26) configurada para reflejar la luz en dirección de dicha superficie de reflexión (20) definida por el medio de suspensión (16), y por que dicha superficie de absorción indirecta (8), la superficie de reflexión (20), así como la superficie de entrada de reflexión (26) delimitan juntas un espacio (30) de reflexión y de propagación de luz abierto entre un segundo extremo (34) del reflector de entrada opuesto al primer extremo de este reflector, y un segundo extremo (36) de la estructura de soporte opuesto al primer extremo de esta estructura.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el bastidor de soporte (10) consta, además, de un dispositivo (40) de puesta en movimiento que permite hacer pivotar el conjunto formado por el medio de suspensión (16) y la estructura de soporte (12), y por que el dispositivo de puesta en movimiento (40) consta de un brazo telescópico (46) un extremo del cual está articulado en el reflector de entrada (22).

3. Sistema según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el reflector de entrada (22), la estructura de soporte (12) así como el medio de suspensión (16) son, cada uno, de forma sustancialmente plana, y por que presentan, de manera preferente, sustancialmente la misma anchura según una dirección de anchura (L3) paralela a líneas de unión entre estos tres elementos (12, 16, 22).

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el reflector de entrada (22) está inclinado en un ángulo (A2) sustancialmente igual a 90° con respecto al medio de suspensión (16), y por que esté último está inclinado en un ángulo (A1) sustancialmente igual a 45° con respecto a la estructura de soporte (12).

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado por que el reflector de entrada (22) presenta, entre sus primer y segundo extremos, una longitud "L1" sustancialmente idéntica a la longitud del medio de suspensión (16) entre sus extremos superior e inferior, y por que la estructura de soporte (12) presenta entre sus primer y segundo extremos una longitud "L2" tal que el valor del cuadrado de L1 sea sustancialmente igual a dos veces el valor del cuadrado de L2.

6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho medio de suspensión (16) define también una superficie de reflexión adicional (48).

7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho medio de suspensión (16) comprende al menos uno de los siguientes elementos:

- un armazón (52) al que está fijada una red (54) que forma un elemento de reflexión;

- un armazón (52) al que está fijado un conjunto de láminas paralelas (56) que forman un elemento de reflexión; - uno o varios paneles reflectores (58), por ejemplo, atravesados por aberturas (60) equipadas con medios de recuperación de energía eólica (62).

8. Central solar (1) que comprende una pluralidad de sistemas (2) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando dispuestos dichos sistemas para formar una pluralidad de hileras (1a).