ES2738955A1

ES2738955A1 - TRANSPARENT AQUATIC SOLAR PANEL

Info

Publication number: ES2738955A1
Application number: ES201830774A
Authority: ES
Inventors: Miguelez Angel Gutierrez
Original assignee: Universidad de Alicante
Current assignee: Universidad de Alicante
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-27

Abstract

Panel solar acuático transparente. Consistente en un semiconductor entre dos láminas de vidrio que absorbe las longitudes de onda más eficientes para el efecto fotoeléctrico, dejando pasar el resto del espectro, y una capa superior antireflexión, todo ello sustentado por flotadores e inmovilizado por el anclaje.Transparent aquatic solar panel. Consisting of a semiconductor between two sheets of glass that absorbs the most efficient wavelengths for the photoelectric effect, letting the rest of the spectrum pass through, and an upper anti-reflection layer, all supported by floats and immobilized by the anchor.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

PANEL SOLAR ACUÁTICO TRANSPARENTETRANSPARENT AQUATIC SOLAR PANEL

CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a un panel solar acuático transparente en sistemas energéticos de bajo impacto ecológico, fuentes de energía, parques solares acuáticos etc. El panel solar acuático transparente ha sido concebido y realizado para obtener numerosas y notables ventajas respecto a otros medios existentes de análogas finalidades.The present invention relates to a transparent water solar panel in low ecological impact energy systems, energy sources, solar water parks etc. The transparent aquatic solar panel has been conceived and realized to obtain numerous and notable advantages over other existing means of analogous purposes.

El panel solar acuático está previsto para lograr producir energía a partir de la luz del sol de una forma ecológica. Para ello, el panel solar cuenta con 5 partes bien diferenciadas que encajan entre sí formando un único objeto que es capaz de convertir la luz recibida del sol en energía eléctrica.The aquatic solar panel is planned to produce energy from sunlight in an ecological way. For this, the solar panel has 5 distinct parts that fit together forming a single object that is capable of converting the light received from the sun into electrical energy.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIORSTATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE

Se conocen varios sistemas y dispositivos para dotar de energía eléctrica a boyas, e incluso panel solar en tierra firme cuya finalidad es recoger energía lumínica y convertirla en energía eléctrica.Several systems and devices are known to provide electrical power to buoys, and even solar panel on the mainland whose purpose is to collect light energy and convert it into electrical energy.

En tal sentido pueden citarse boyas consistentes en un panel solar orientado hacia la trayectoria del sol y en el ángulo tangencial medio anual de maximizar la radiación incidente en el mismo proveniente del sol, el cual esta unido a otras baterías de ciclo continuo sin mantenimiento, herméticamente selladas y sin intercambio gaseoso, que son las que realmente alimentan las necesidades eléctricas de la boya.In this regard, buoys consisting of a solar panel oriented towards the sun's trajectory and the annual mean tangential angle of maximizing the radiation incident from the sun, which is linked to other maintenance-free continuous cycle batteries, can be cited. sealed and without gas exchange, which really feed the electrical needs of the buoy.

Este sistema presenta diversos inconvenientes, tales como el alto precio que tienen los paneles solares unido a la ineficiencia de los mismos, más si cabe, en un ambiente marino el cual agita la boya en todas las direcciones reduciendo la incidencia de los rayos solares. También hemos de tener en cuenta la existencia de un mercado negro de paneles solares debido a su alto precio, y la casi imposible opción de proteger dichos paneles en una boya en el mar, tanto de forma física como de forma legal. Y desde luego el alto peso que conlleva el panel, y la estructura para mantenerlo en el ángulo correcto no ayudan en nada a la flotabilidad o la estabilidad de la boya.This system has several drawbacks, such as the high price that solar panels have together with their inefficiency, more so if possible, in a marine environment which waves the buoy in all directions reducing the incidence of solar rays. We must also take into account the existence of a black solar panel market due to its high price, and the almost impossible option to protect these panels in a buoy at sea, both physically and legally. And of course the high weight of the panel, and the structure to keep it at the right angle, do not help buoyancy or stability of the buoy.

Igualmente se conocen otros sistemas basados en paneles solares en tierra, los cuales se concentran en una determinada área a la cual se le dota de sistemas de vigilancia con sensores y demás medidas de seguridad, aumentando esta forma la seguridad sin aumentar el coste significativamente por panel solar.Other systems based on solar panels on land are also known, which are concentrated in a certain area which is provided with surveillance systems with sensors and other security measures, thus increasing security without significantly increasing the cost per panel. solar.

Sin embargo la potencia de estos paneles solares está limitada por la radiación incidente, la temperatura, y como es lógico en las zonas de alta radiación incidente existen altas temperaturas, y el precio del m2 es muy elevado o excesivamente cálido, lo cual baja la rentabilidad del panel solar limitando los posibles espacios útiles para estas aplicaciones a nivel planetario.However, the power of these solar panels is limited by the incident radiation, the temperature, and as is logical in the areas of high incident radiation there are high temperatures, and the price of the m2 is very high or excessively warm, which lowers the profitability of the solar panel limiting the possible useful spaces for these applications at the planetary level.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

El panel solar acuático transparente de la invención presenta una nueva estrategia a la hora de explotar la energía del sol en el mar: aprovechando la baja eficiencia que presentan los paneles solares transparentes que los hace inviables en tierra firme, supone un antirrobo además de la seguridad extra que puede aportar que la instalación sea submarina y el bajo precio del m2 del mar que lo convierte económicamente viable.The transparent aquatic solar panel of the invention presents a new strategy when it comes to exploiting the sun's energy at sea: taking advantage of the low efficiency of transparent solar panels that makes them unviable on land, it is an anti-theft in addition to security extra that can provide that the installation is underwater and the low price of the m2 of the sea that makes it economically viable.

El panel solar acuático transparente está diseñado para captar los rayos del sol haciendo pasar toda la energía a través del panel solar captando, la lámina semiconductora, tan solo el 6% de la radiación incidente dejando pasar el resto al agua a través de los vidrios con una capa superior antireflexión.The transparent aquatic solar panel is designed to capture the sun's rays by passing all the energy through the solar panel capturing the semiconductor sheet, only 6% of the incident radiation letting the rest into the water through the glass with a top layer antireflection.

También esta previsto unos flotadores que le empuje hacia arriba contrarrestando el peso del panel, y un anclaje que lo sumerja y lo mantenga en su sitio.It is also planned some floats that push you up against the weight of the panel, and an anchor that submerges it and keeps it in place.

Además se ha previsto la posibilidad de utilizar semiconductores orgánicos termosensibles. In addition, the possibility of using thermosensitive organic semiconductors is planned.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con el objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva de un juego de planos, en base a cuyas figuras se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del dispositivo objeto de la invención.In order to complete the description that is going to be carried out below and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, the present descriptive memory of a set of drawings is attached, based on whose figures innovations will be more easily understood and advantages of the device object of the invention.

En dichos dibujos, la figura 1 representa el diagrama completo del panel solar acuático, donde podemos distinguir el panel solar transparente (1) al cual están fijados los flotadores (2) y a éstos el anclaje (3).In said drawings, figure 1 represents the complete diagram of the aquatic solar panel, where we can distinguish the transparent solar panel (1) to which the floats (2) are attached and to these the anchor (3).

La figura 2 representa el diagrama del panel solar transparente donde podemos distinguir la lámina semiconductora (4) y encerrándola, por la parte inferior y superior, los vidrios (5) con una capa superior antireflexión (6).Figure 2 represents the diagram of the transparent solar panel where we can distinguish the semiconductor sheet (4) and enclosing it, on the bottom and top, the glasses (5) with a top layer antireflection (6).

EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓNDETAILED EXHIBITION OF REALIZATION MODES

En la actualidad existen muy diferentes materiales con los que realizar las diversas partes del panel solar acuático transparente, y múltiples técnicas que podríamos utilizar en la confección de panel solar transparente. No obstante, por simple economía elegiremos materiales y técnicas generalizadas, que resistan los medios acuáticos especialmente el marino. Así pues, el panel solar será de óxido de titanio nanocristalino y nanoestructurado teñido con Ruthenium 535 bis-TBA de los disponibles comercialmente. Los vidrios serán embebidos en metacrilato y permeabilizados al ultravioleta. Los flotadores serán de fibra de vidrio tensionado trasparente y permeabilizado al ultravioleta, al igual que el epoxi que hará de matriz de cimentación y el anclaje será de aluminio.At present there are very different materials with which to make the various parts of the transparent aquatic solar panel, and multiple techniques that we could use in the manufacture of transparent solar panel. However, for simple economy we will choose generalized materials and techniques that resist aquatic environments, especially the marine. Thus, the solar panel will be of nanocrystalline and nanostructured titanium oxide stained with Ruthenium 535 bis-TBA from commercially available ones. The glasses will be embedded in methacrylate and ultraviolet permeabilized. The floats will be made of fiberglass tensioned transparent and ultraviolet permeabilized, just like the epoxy that will be the foundation matrix and the anchor will be made of aluminum.

En consecuencia, para conseguir un potencial de 50 kw/ hora en un panel solar acuático transparente, partiremos de un vidrio de 0,434 m2 embebido en metacrilato donde depositaremos una película de dióxido de estaño enriquecido con flúor mediante dip coating. Sobre este recubrimiento depositaremos óxido de titanio nanocristalino mediante confinamiento con un grosor de 7 micras, usando como origen tetracloruro de titanio. Sobre esta estructura depositamos una suspensión de esferas de poliestileno de un grosor de 250 nm en una suspensión de agua, etanol y etilenglicol, en la cual partiendo de una suspensión acuosa para látex, deshidratamos con etanol hasta llegar al 95 % de etanol, y a continuación le añadimos un 20 % de etilenglicol, manteniendo la relación de solvente/soluto en peso en el 25%. Tras esto aplicamos spin coating con una velocidad de 50 r.p.s. durante un minuto sobre la superficie previamente mojada con la disolución. Tras esto calentamos la lámina hasta 60 °C y lo enfriamos a 6 °C en atmosfera saturada de etanol, tras lo que eliminamos la saturación permitiendo la evaporación. 24 horas mas tarde infiltramos tereacloruro de silicio y posteriormente agua, ambos mediante nitrógeno, y luego se dejan evaporar a 50°C. Tras esta capa de apenas 4nm se rellena la estructura con TiO2 mediante spin coating a partir de tetraisopropóxido de titanio disuelto en agua (5%), etanol (85%) y etilenglicol (10%) secándolo a 60°C y 150 r.p.s, repitiendo una segunda vez el spin coating a 75 r.p.s pero lo horneamos a 200°C durante 30 minutos, posteriormente subimos la temperatura a 450° C y la mantenemos otros 30 minutos. Tras esto, reducimos la temperatura a 50°C grados por minuto hasta los 100°C momento en el que lo introducimos en una inmersión de Ruthenium 535 bis-TBAal 1% en etanol durante 5 horas. A continuación hacemos una segunda spin coating con una suspensión de esferas de poliestileno de un grosor de 250 nm en una suspensión de agua, etanol y etilenglicol, en la cual partiendo de una suspensión acuosa para latex, deshidratamos con etanol hasta llegar al 30 % de etanol, y a continuación le añadimos un 1 % de etilenglicol, manteniendo la relación de solvente/soluto en peso en el 25%, a 30 r.ps. Después de esto calentamos la lámina hasta 60 °C, tras lo cual infiltramos tereacloruro de silicio y posteriormente agua, ambos mediante nitrógeno, y luego se dejan evaporar a 50 °C. Y repetimos este proceso de infiltración hasta que el brillo rojizo de la lámina desaparezca. A continuación pasamos a hornearlo a 450°C durante 30 minutos, y bajamos su temperatura lentamente a 50°C grados por minuto hasta los 80°C momento en que lo enfriamos de forma repentina. Una vez preparada la lámina la introducimos en el tanque de inmersión de disolución etílica de yoduro-triyoduro, de disponibilidad comercial, hasta que sobresalga, momento en el que se sella térmicamente con goma EVA, cerrándolo herméticamente con otro vidrio idéntico sobre el que habremos depositado previamente la capa superior antireflexión calentando con un soplete de butano el vidrio y depositando la capa superior antireflexión comprada, de las comercialmente disponibles, para paneles solares. Todo ello unido con epoxy transparente incluso al ultravioleta, el cual también permitirá unirlo a los flotadores que serán de fibra de vidrio tensionado, trasparente y permeabilizado al ultravioleta, disponible comercialmente para maquetas y cristales de seguridad, depositado en un molde fusiforme de 500 litros con orientaciones opuestas, que rellenaremos con epoxy transparente, incluso al ultravioleta. El anclaje será de aluminio mecanizado disponible comercialmente para barcos y boyas, todo ello unido con epoxy.Consequently, to achieve a potential of 50 kW / hour in a transparent aquatic solar panel, we will start from a glass of 0.434 m2 embedded in methacrylate where we will deposit a film of fluoride-enriched tin dioxide through dip coating. On this coating we will deposit nanocrystalline titanium oxide by confinement with a thickness of 7 microns, using titanium tetrachloride as its origin. On this structure we deposit a suspension of polystyrene spheres of a thickness of 250 nm in a suspension of water, ethanol and ethylene glycol, in which, starting from an aqueous suspension for latex, we dehydrate with ethanol until reaching 95% ethanol, and then add 20% ethylene glycol, maintaining the solvent / solute weight ratio at 25%. After this we apply spin coating with a speed of 50 rps for one minute on the surface previously wetted with the solution. After this we heat the sheet to 60 ° C and cool it to 6 ° C in a saturated atmosphere of ethanol, after which we eliminate saturation allowing evaporation. 24 hours later we infiltrate silicon tereachloride and subsequently water, both by nitrogen, and then allowed to evaporate at 50 ° C. After this layer of just 4nm, the structure is filled with TiO2 by spin coating from titanium tetraisopropoxide dissolved in water (5%), ethanol (85%) and ethylene glycol (10%) by drying at 60 ° C and 150 rps, repeating a second time the spin coating at 75 rps but we bake it at 200 ° C for 30 minutes, then we raise the temperature to 450 ° C and keep it another 30 minutes. After this, we reduce the temperature to 50 ° C degrees per minute to 100 ° C at which time we introduce it in a immersion of Ruthenium 535 bis-TBAal 1% in ethanol for 5 hours. Then we make a second spin coating with a suspension of polystyrene spheres of a thickness of 250 nm in a suspension of water, ethanol and ethylene glycol, in which starting from an aqueous suspension for latex, we dehydrate with ethanol until we reach 30% of ethanol, and then we add 1% ethylene glycol, maintaining the solvent / solute weight ratio at 25%, at 30 r.ps. After this we heat the sheet to 60 ° C, after which we infiltrate silicon tereachloride and subsequently water, both by nitrogen, and then allowed to evaporate at 50 ° C. And we repeat this infiltration process until the reddish glow of the sheet disappears. Then we bake it at 450 ° C for 30 minutes, and slowly lower its temperature to 50 ° C degrees per minute until 80 ° C when we suddenly cool it. Once the sheet is prepared, we introduce it in the immersion tank of ethyl iodide-triiodide solution, commercially available, until it protrudes, at which point it is thermally sealed with EVA rubber, sealing it tightly with another identical glass on which we will have deposited previously the top antireflection layer by heating the glass with a butane torch and depositing the superior antireflection layer purchased, commercially available, for solar panels. All this together with transparent epoxy even to the ultraviolet, which will also allow it to be attached to the floats that will be made of glass fiber tensioned, transparent and ultraviolet permeabilized, commercially available for models and glass security, deposited in a fusiform mold of 500 liters with opposite orientations, which we will fill with transparent epoxy, even ultraviolet. The anchor will be commercially available machined aluminum for boats and buoys, all bonded with epoxy.

Serán independientes del objeto de la invención los materiales empleados en la fabricación de los componentes del panel solar acuático transparente, formas y dimensiones de los mismos, y todos los detalles accesorios que puedan presentarse, siempre y cuando no afecten a su esencialidad. The materials used in the manufacture of the components of the transparent aquatic solar panel, shapes and dimensions thereof, and all the accessory details that may arise, will be independent of the object of the invention, provided they do not affect their essentiality.

Claims

1. - Transparent aquatic solar panel in energy, ecological systems, energy sources, aquatic solar parks, etc., characterized by comprising five pieces that can be coupled together creating the transparent aquatic solar panel, which are the following:

transparent solar panel (1) to which the floats (2) are attached and to these the anchor (3), where the transparent solar panel comprises the thermosensitive organic semiconductor sheet (4) and enclosing it, from the bottom and top, the glasses ( 5) with a top layer antireflection (6).

2. - Transparent aquatic solar panel characterized by being composed of thermosensitive organic semiconductors.

3.- Transparent solar panel characterized by absorbing some specific wavelengths that maximize the photoelectric effect by passing the rest of the electromagnetic spectrum.

4.- Transparent solar panel characterized by absorbing some specific wavelengths that maximize the photoelectric effect, thus not interfering with the biological functions.