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ES2589587T3 - Sistema fotovoltaico de concentración para ensamblar en el destino - Google Patents

Sistema fotovoltaico de concentración para ensamblar en el destino Download PDF

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ES2589587T3
ES2589587T3 ES13717042.9T ES13717042T ES2589587T3 ES 2589587 T3 ES2589587 T3 ES 2589587T3 ES 13717042 T ES13717042 T ES 13717042T ES 2589587 T3 ES2589587 T3 ES 2589587T3
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Abstract

Un módulo de concentración fotovoltaica CPV (200) que comprende: una sección de óptica primaria (1) incluyendo un panel de óptica primaria; una sección receptora fotovoltaica inferior (2); una sección de estructura marco (9), la cual comprende una sección interna y una sección externa, donde la sección interna comprende cuatro paredes internas (3, 4) y la sección externa comprende cuatro paredes externas (5, 6), donde dichas paredes internas y externas incluyen orificios prefabricados para el ensamblaje del módulo (200); varios elementos de fijación (1a, 2a, 7, 8) que unen las secciones superior, inferior y marco (1, 2 , 9), donde dichos elementos de fijación comprenden una primera pluralidad de pestañas de fijación (1a) montadas sobre la sección óptica primaria superior (1) permitiendo el ensamblaje de la sección óptica primaria superior (1) a la parte superior de la sección de estructura marco (9), las pestañas de fijación (1a) siendo posicionadas respecto a puntos de referencia de la óptica primaria; una segunda pluralidad de pestañas de fijación (2a) montadas sobre la sección receptora fotovoltaica inferior (2) permitiendo el ensamblaje de la sección receptora fotovoltaica inferior (2) a la parte inferior de la sección de estructura marco (9); donde las distintas secciones (1, 2, 9) son substancialmente planas y los elementos de fijación (1a, 2a, 7, 8) permiten la unión de las distintas secciones (1, 2, 9) permitiendo que la radiación solar sea concentrada por la sección óptica primaria superior (1) sobre la sección receptora fotovoltaica inferior (2), pasando a través de la sección de estructura marco (9).

Description

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DESCRIPCION
SISTEMA FOTOVOLTAICO DE CONCENTRACION PARA ENSAMBLAR EN EL DESTINO Campo tecnico
La presente invencion se refiere generalmente al ensamblaje de sistemas fotovoltaicos de concentracion (CPV) y en particular a un sistema de montaje que facilita el pre-ensamblaje, almacenamiento, transporte y montaje en campo de los sistemas CPV.
Antecedentes de la invencion
La tecnologia fotovoltaica de concentracion utiliza opticas, como lentes o espejos parabolicos, para concentrar la radiacion solar incidente en su apertura en un area menor de celulas fotovoltaicas, con el fin de generar electricidad. Los sistemas CPV generalmente comprenden una pluralidad de elementos opticos primarios POE que concentran la luz entrante a una pluralidad de receptores CPV. Un tipo comun de sistemas CPV se basa en la combinacion de la optica refractiva primaria con receptores CPV dispuestas de forma matricial.
La optica y los receptores deben estar protegidos del entorno y por lo tanto, el conjunto constituye una forma similar a una caja, su profundidad viene determinada basicamente por la longitud focal de la optica primaria y su anchura y longitud determinada por las dimensiones de la optica primaria y por el numero de receptores en cada dimension. Los centros focales de las opticas y los receptores deben estar perfectamente alineados, y por lo tanto el montaje de estos sistemas requiere de medios de produccion que garanticen unas tolerancias de montaje ajustadas.
El volumen ocupado por un modulo CPV que emplee optica primaria refractiva es por tanto proporcional a la longitud focal de dicha optica primaria. Dada una relacion de concentracion especifica (ratio entre la apertura solar y el area de la celula fotovoltaica) y un numero F de la optica primaria (cociente entre la distancia focal y la diagonal de la apertura), la longitud focal y por lo tanto la profundidad del modulo CPV es proporcional al tamano de la celula. Como consecuencia, el volumen de los modulos CPV es una funcion del tamano de la celula, el cociente de concentracion y el numero de F optica primaria. Esto hace que el volumen de los sistemas CPV con celulas de tamano mediano o a grande (lado de 4 mm o mas) sea significativamente grande.
Este significativo volumen plantea un problema logistico. No es eficiente almacenar y transportar modulos CPV a traves de largas distancias. Cuanto mas grandes sean las celulas que se utilizan mas se agudiza este problema, reduciendo las ventajas de los sistemas CPV frente a los paneles fotovoltaicos tradicionales, que son planos. Algunos fabricantes CPV han decidido utilizar celulas muy pequenas (orden de 1 mm de lado) con el fin de paliar este problema. Esto aumenta el coste de produccion debido a la multiplicacion de receptores CPV a ensamblar por unidad de potencia.
Por lo tanto se identifica la necesidad de desarrollar una solucion CPV que permita conjugar los beneficios del uso de celulas CPV de mayor tamano con una logistica optimizada, mediante la descentralizacion del proceso de ensamblaje, de tal manera que sea posible enviar los componentes de los modulos CPV desensamblados, para ser ensamblados en instalaciones provisionales en el lugar de destino, todo ello respetando los requisitos de estrictas tolerancias y de proteccion ambiental de los modulos CPV una vez ensamblados.
La patente US6020554A revela un concentrador solar disenado para ser montado en el campo, en el cual los componentes individuales (disipador de calor, lente de Fresnel, paredes laterales) se ensamblan mediante uniones mecanicas tipo clip y por lo tanto pueden ser montados en el campo. Sin embargo, solo tiene una seccion de marco plano (planos reflectores) y la optica y la seccion receptora no se apilan facilmente. Por lo tanto, los componentes no permiten un eficiente embalaje durante el transporte ni un montaje exacto en el campo.
Sumario
Por lo tanto es un objeto de la presente invencion proporcionar soluciones a los problemas mencionados. De acuerdo con una o mas encarnaciones y su divulgacion correspondiente en esta patente, se describen varios aspectos con respecto a proporcionar un sistema de ensamblaje de modulos CPV que permita el montaje en el campo, uso eficiente del espacio almacenamiento y transporte optimizado, todo de una manera repetitiva.
En una realizacion preferida de la invencion se proporciona un sistema de montaje de modulos CPV que ocupa poco espacio durante el almacenamiento y facilita su transporte debido a la estructura esencialmente plana de sus componentes asi como facilita el montaje de campo en una estructura rigida con tolerancias de montaje muy ajustadas.
Breve descripcion de los dibujos
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Las caracteristicas y ventajas de la presente invencion se hacen mas evidentes mediante la descripcion detallada que se establecen a continuacion tomada conjuntamente con los dibujos correspondientes.
FIG. 1 es una vision general de un modulo CPV ensamblado segun la presente invencion.
FIG. 2 es una vista explosionada de un modulo CPV.
FIG. 3 es una vista detallada del sistema de montaje de la optica primaria mediante pestanas de fijacion.
FIG. 4 es una vista isometrica de la estructura marco de un modulo CPV siguiendo la presente invencion.
FIG. 5 es una vista en seccion de la union de la estructura marco con los paneles frontal y trasero de un modulo CPV.
Descripcion detallada de la invencion
FIG. 1 es una vista general de un modulo CPV producido y ensamblado segun una realizacion de la presente invencion. Cabe senalar que una vez ensamblado el modulo CPV abarca un volumen considerable, lo cual repercute en costes de almacenaje y transporte elevados si se entrega al cliente como producto previamente ensamblado.
FIG. 2 es una vista explosionada de un modulo CPV 200. El modulo CPV 200 comprende una seccion optica primaria superior 1 (panel de optica primaria), una seccion receptora fotovoltaica inferior 2 (panel de receptores), una seccion de estructura marco 9 (paredes laterales), y medios de fijacion mecanica para ensamblar las secciones superior, inferior y marco, permitiendo que la radiacion solar sea concentrada por la seccion optica primaria superior en los receptores sitos en la seccion receptora fotovoltaica inferior, pasando a traves de la seccion de estructura marco. Los componentes que constituyen estas secciones son substancialmente planos, de forma que el volumen que ocupan es muy bajo antes de su ensamblaje final.
Como se puede ver en el dibujo, la seccion optica primaria superior comprende al menos una optica primaria refractiva, la seccion receptora fotovoltaica inferior comprende al menos un receptor CPV y las secciones superiores e inferiores son paralelas entre si. La estructura marco 9 se compone de una seccion interna y otra externa. La seccion interna se compone de cuatro paredes internas. La seccion externa se compone de cuatro paredes exteriores. Una vez que las paredes internas y externas estan unidas forman un marco en el que posteriormente se montan las secciones superiores e inferiores.
En otras palabras, el modulo CPV 200 comprende un panel de optica primaria que incluye una pluralidad de pestanas de fijacion 1a, paredes internas 3 y 4, paredes externas 5 y 6, esquinas internas 7 y esquinas externas 8. Hay que destacar que los componentes que constituyen un modulo CPV 200 son basicamente planos, y pueden por lo tanto ser empaquetados y transportados eficientemente en forma de kit, con el fin de realizar su ensamblaje final en el lugar de destino, requiriendo instalaciones y herramientas simples, de bajo coste de inversion.
FIG. 3 es una vista detallada del montaje de las pestanas de fijacion sobre un panel de optica primaria 1. Las pestanas de fijacion 1a y 2a (no mostrada), las cuales incluyen orificios de montaje, se pegan al vidrio o plastico del panel de optica primaria 1 utilizando un metodo de posicionamiento con una tolerancia muy ajustada. En una realizacion preferida de la invencion, estos soportes estan hechos de acero inoxidable o un material similar y se unen mediante adhesivo acrilico sensible a la presion o de curado mediante radiacion ultravioleta.
FIG. 4 es una vista isometrica de la estructura marco 9, la cual comprende las paredes internas y externas ensambladas. Hay que destacar que las paredes y otros componentes estructurales estan unidos mediante remaches mediante orificios, obteniendo asi la estructura marco del modulo CPV. Dicha estructura marco provee de la necesaria integridad estructural y rigidez al modulo CPV. Subsiguientemente, el panel de optica primaria 1 y el panel de receptores 2 se unen a la estructura marco mediante las pestanas de fijacion 1a y 2a.
Consecuentemente, siempre y cuando los componentes hayas sido fabricados utilizando maquinaria de precision y se obedezcan los mas estrictos procesos de control de calidad, el sistema de ensamblaje de la presente invencion proporciona un sistema de referencia para el ensamblaje de los modulos CPV en, o cerca de, el emplazamiento final de los modulos, respetando los requerimientos geometricos del sistema optico, habilitando por lo tanto el correcto funcionamiento de los modulos CPV.
En una realizacion preferida de la invencion, la estructura marco 9, una vez ensamblada, se cubre con pintura epoxi usando un metodo de deposicion electrostatica o cualquier metodo alternativo de pintura. Esta capa de pintura mejora la proteccion de los componentes de la estructura marco y cubre cualquier intersticio entre las piezas de chapa con el fin de asegurar una alta proteccion IP del modulo CPV.
En una realizacion alternativa de la invencion, los componentes de chapa metalica 5, 6 y 8 reciben un tratamiento superficial protector en origen, y en el ensamblaje final se utilizan remaches estancos en aquellas uniones que esten en contacto con el exterior, eliminando la necesidad de disponer de equipos de pintura en el lugar de ensamblaje.
FIG. 5 es una vista en seccion de la union de la estructura marco con los paneles frontal y trasero de un modulo CPV. Puede observarse que los componentes estan disenados de forma que al unirse forman un canal entre el panel de optica primaria 1, el panel de receptores 2 y la estructura marco 9.
3
En una realizacion preferida de la invencion, el canal 10 se rellena con un material de sellado, como silicona o poliuretano, preferentemente de curado a temperatura ambiente, constituyendo una junta 11, estanca y continua. En otra realizacion preferida una base de junta 12, de polietileno extrudido o material flexible similar, es insertada en la 5 parte baja del canal 10 antes de aplicar el material de sellado. Esta configuracion permite alcanzar un mayor grado de proteccion, asegura la estanqueidad por periodos mas prolongados, y facilita la eventual reparacion de los modulos CPV.
Aquellos conocedores del estado actual de la tecnica deben apreciar que la discusion anterior de una o mas 10 realizaciones no limita la presente invencion, como tampoco lo hacen los dibujos que la acompanan. Por el contrario, la presente invencion solo esta limitada por las siguientes reivindicaciones:

Claims (12)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Un modulo de concentracion fotovoltaica CPV (200) que comprende: una seccion de optica primaria (1) incluyendo un panel de optica primaria; una seccion receptora fotovoltaica inferior (2);
    una seccion de estructura marco (9), la cual comprende una seccion interna y una seccion externa, donde la seccion interna comprende cuatro paredes internas (3, 4) y la seccion externa comprende cuatro paredes externas (5, 6), donde dichas paredes internas y externas incluyen orificios prefabricados para el ensamblaje del modulo (200);
    varios elementos de fijacion (1a, 2a, 7, 8) que unen las secciones superior, inferior y marco (1, 2 , 9), donde dichos elementos de fijacion comprenden una primera pluralidad de pestanas de fijacion (1a) montadas sobre la seccion optica primaria superior (1) permitiendo el ensamblaje de la seccion optica primaria superior (1) a la parte superior de la seccion de estructura marco (9), las pestanas de fijacion (1a) siendo posicionadas respecto a puntos de referencia de la optica primaria; una segunda pluralidad de pestanas de fijacion (2a) montadas sobre la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) permitiendo el ensamblaje de la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) a la parte inferior de la seccion de estructura marco (9); donde las distintas secciones (1, 2, 9) son substancialmente planas y los elementos de fijacion (1a, 2a, 7, 8) permiten la union de las distintas secciones (1,2, 9) permitiendo que la radiacion solar sea concentrada por la seccion optica primaria superior (1) sobre la seccion receptora fotovoltaica inferior (2), pasando a traves de la seccion de estructura marco (9).
  2. 2. El modulo CPV de la reivindicacion 1, donde la seccion optica primaria superior (1) comprende al menos una optica refractiva primaria, la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) comprende al menos un receptor CPV, y ambas secciones superior e inferior (1,2) son paralelas entre si.
  3. 3. El modulo CPV de la reivindicacion 2, donde la altura de la seccion de estructura marco (9) es igual o superior a la longitud focal de al menos una de las opticas primarias refractivas.
  4. 4. El modulo CPV de la reivindicacion 1, donde los elementos de ensamblaje comprendan remaches estancos para unir las paredes externas (5, 6) del modulo.
  5. 5. El modulo CPV de la reivindicacion 1, donde un canal (10) se forma alrededor de la parte superior e inferior de la seccion de estructura marco (9) al ensamblar las secciones interna y externa de dicha estructura marco, permitiendo la creacion de una junta de sellado estanca y continua (11) mediante el rellenado con un material de sellado, como silicona y/o poliuretano y/u otro material de sellado.
  6. 6. El modulo CPV de la reivindicacion 5, donde una base de junta (12) se inserta en la parte inferior del canal (10), antes de la aplicacion del material de sellado.
  7. 7. El modulo CPV de la reivindicacion 1, donde los medios de fijacion comprenden refuerzos internos (7) para el mutuo ensamblaje de las paredes internas (3, 4).
  8. 8. El modulo CPV de la reivindicacion 4, donde los medios de fijacion comprenden refuerzos externos (8) para el mutuo ensamblaje de las paredes externas (5, 6).
  9. 9. El modulo CPV de la reivindicacion 1, donde la primera y la segunda pluralidad de pestanas de fijacion (1a, 2a) estan hechas de acero inoxidable, fijadas mediante adhesivo acrilico sensible a la presion y/o de curado ultravioleta.
  10. 10. El modulo CPV de la reivindicacion 2, donde la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) es pintada al menos en su cara posterior, la seccion de estructura marco (9) es pintada con pintura epoxy, las paredes externas (5, 6) son sometidas a tratamiento superficial o pintadas de origen.
  11. 11. El modulo CPV de la reivindicacion 2, donde los orificios de montaje en la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) y en las paredes (3, 4, 5, 6) se realizan mediante punzonado o corte laser, bajo control numerico.
  12. 12. Metodo de ensamblaje de modulos fotovoltaicos de concentracion CPV (200) que comprende una seccion de optica primaria (1) incluyendo un panel de optica primaria, una seccion receptora fotovoltaica inferior (2), una seccion de estructura marco (9), la cual comprende una seccion interna y una seccion externa, donde la seccion interna comprende paredes internas (3, 4) y la seccion externa comprende paredes externas (5, 6), donde dichas paredes internas y externas incluyen orificios prefabricados para el ensamblaje del modulo (200) asi como varios elementos de fijacion (1 a, 2a, 7, 8) que unen las secciones superior, inferior y marco (1, 2, 9), donde las distintas secciones (1,2, 9) son substancialmente planas, dicho metodo consistiendo en:
    el montaje de medios de fijacion (1a) en la seccion de optica primaria (1) cuyo posicionamiento se establece respecto a puntos de referencia de la optica primaria;
    el ensamblaje de la seccion optica primaria superior (1) a la parte superior de la seccion de estructura marco (9) mediante los previamente mencionados medios de fijacion (1a) posicionados sobre la seccion optica 5 primaria superior (1) donde dichos medios de fijacion (1a) comprenden una pluralidad de pestanas de fijacion
    (1a);
    el ensamblaje de la seccion receptora fotovoltaica inferior (2) a la parte inferior de la seccion de estructura marco (9) mediante una segunda pluralidad de pestanas de fijacion (2a) montadas sobre la seccion receptora fotovoltaica inferior (2), de tal forma que queden unidas las distintas secciones (1,2, 9) del modulo CPV y que 10 la radiacion solar sea concentrada por la seccion optica primaria superior (1) sobre la seccion receptora
    fotovoltaica inferior (2), pasando a traves de la seccion de estructura marco (9).
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