19© OFICINA ESPAÑOLA DEPATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

11© Número de publicación: 2 294 96921© Número de solicitud: 20070203251© Int. Cl.:

H01L 31/052 (2006.01)

F24J 2/50 (2006.01)

H01L 31/058 (2006.01)

12© PATENTE DE INVENCIÓN B1

22© Fecha de presentación: 20.07.2007

43© Fecha de publicación de la solicitud: 01.04.2008

Fecha de la concesión: 10.03.2009

45© Fecha de anuncio de la concesión: 01.04.2009

45© Fecha de publicación del folleto de la patente:01.04.2009

73© Titular/es: Antonio Barroso QuiñonesRonda Ponent, nº 174 1-308225 Terrassa, Barcelona, ES

72© Inventor/es: Barroso Quiñones, Antonio

74© Agente: Sugrañes Moliné, Pedro

54© Título: Dispositivo para el aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico.

57© Resumen:Dispositivo para el aprovechamiento de la energía solarde tipo fotovoltaico, del tipo que comprende una placasolar con una superficie de recepción de radiación solarcaracterizado porque el dispositivo presenta medios parainterponer entre el origen de la radiación solar a aprove-char y la placa capa de fluido en movimiento que cubre,al menos parcialmente, la citada superficie de recepción,presentando, en el citado fluido un índice de refracciónsuperior al del aire.

Aviso: Se puede realizar consulta prevista por el art. 37.3.8 LP.ES

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Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, 75 – 28071 Madrid

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DESCRIPCIÓN

Dispositivo para el aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico.

La presente invención hace referencia a dispositivos de aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico.

Más en particular, la presente invención hace referencia a una nueva disposición que permite mejorar la eficacia yeficiencia de los dispositivos de tipo conocido.

Los dispositivos fotovoltaicos comprenden, por regla general, una placa fotovoltaica con una superficie de recep-ción de radiación solar, en la que se dispone un conjunto de células fotovoltaicas que presentan una diferencia depotencial eléctrico en respuesta a la radiación solar recibida en la citada superficie. Por motivos de protección, eshabitual disponer de un vidrio templado que cubre la citada superficie, de tal manera que queda un espacio entre laplaca y el vidrio. Por otro lado, las placas aprovechan únicamente una parte limitada de la radiación, situada alrededordel espectro visible.

Los dispositivos de este tipo presentan dos problemas principales:

- En primer lugar, las placas solares disminuyen su potencia de salida cuando aumenta la temperatura de la super-ficie. Como consecuencia, cuando la aportación energética es mayor, la temperatura también es máxima y la potenciadisminuye.

- En segundo lugar, en los paneles fijos, sólo se consigue un rendimiento aceptable cuando el sol se encuentra enun ángulo alrededor de la perpendicular de la placa o “tilt” de 40ºC. Esta limita las horas de aprovechamiento.

El primer problema afecta al propio diseño de la placa solar, que debe ser diseñada atendiendo a las condicionesde temperatura máxima, sin atender a criterios de minimización de la superficie o aumento medio del rendimiento opotencia. Para solucionar dicho problema, resulta conocida la disposición de intercambiadores de calor a la cara de laplaca opuesta a la superficie de recepción de radiación solar. Ejemplos de soluciones de este tipo se describen en losdocumentos DE 20 2006010460 U1 y KR 20040081816. Esta solución, sin embargo, no resulta suficiente, por cuantolos materiales en los que se realizan las placas son malos conductores térmicos y, por lo tanto, no se consigue unadisminución de la temperatura que provoque un aumento de rendimiento que a su vez compense la complejidad delintercambiador que debe ser colocado en la parte posterior.

En cuanto al segundo problema, resulta conocida la disposición de dispositivos de orientación de placas que hacenque las placas “sigan” el movimiento del sol a lo largo del día. Dichos dispositivos son complicados y, por ello,difícilmente utilizables en aplicaciones domésticas o pequeñas industriales. Además, los dispositivos de orientaciónconsumen energía para orientar las placas.

Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un dispositivo de aprovechamiento solar de tipo fotovoltaico,del tipo que comprende una placa solar con una superficie de recepción de radiación solar, que se caracteriza porqueel dispositivo presenta medios para interponer entre el origen de la radiación solar a aprovechar y la placa una capa defluido en movimiento que cubre, al menos parcialmente, la citada superficie de recepción, presentando el citado fluidoun índice de refracción superior al del aire. El movimiento del fluido podrá ser continuo, variable y/o intermitente.

Por último, pero no menos importante, la capa fluida, al presentar un índice de refracción superior al del aire,aumenta el ángulo solar o “tilt” para el que el aprovechamiento de la radiación solar es máximo. En efecto, segúnla Ley de Snell, cuando un rayo luminoso pasa de un medio (por ejemplo aire), con un índice de refracción n1 aun segundo medio de refracción n2 (por ejemplo agua), incidiendo con un determinado ángulo θ1 con respecto ala perpendicular a la superficie de contacto entre ambos medios, éste varía su ángulo θ2 con respecto a la citadaperpendicular, acercándose a ésta, siempre que el índice de refracción n2 del segundo medio sea mayor que el índicede refracción n1 del primer medio, según la fórmula:

n1 sin θ1 = n2 sin θ2; n2 > n1

Si el tilt máximo de aprovechamiento solar de una placa de tipo conocido es θtilt1, la disposición de una placa defluido según la presente invención aumenta el ángulo de incidencia solar en lo que el aprovechamiento de la placa esóptimo, puesto que la capa de fluido aproxima la radiación a la perpendicular a la placa. Matemáticamente:

θtilt2 = arc sin(

n1

n2sin θtilt1

)de donde se deduce que θtilt2 > θtilt1 si n2 > n1.

Dado que, en general, el índice de refracción es mayor cuando mayor es la densidad, el fluido de la capa fluidapresentará, preferentemente, una densidad superior a la del aire.

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Por ello, el fluido será preferentemente un líquido. El aumento de la densidad, además, lleva asociado una mayorcapacidad de extracción de calor procedente de la placa fotovoltaica por aumento de la capacidad calorífica del flujode capa fluida.

El dispositivo objeto de la presente invención presenta las siguientes ventajas:

- La capa fluida en movimiento refrigera la placa fotovoltaica precisamente por el lado que recibe la radiación solar,que es el que sufre un aumento mayor de temperatura. La refrigeración es, por lo tanto, más efectiva, especialmente sila capa fluida en movimiento está en contacto con la placa fotovoltaica.

- El fluido de la capa fluida en movimiento puede elegirse con propiedades filtrantes para el aspecto infrarrojo. Alimpedir la aplicación de radiación infrarroja sobre la superficie de recepción, se evita el aumento de temperatura de laplaca sin disminuir el aprovechamiento fotovoltaico, por cuanto la placa solar no aprovecha el espectro infrarrojo.

Por ello el fluido de la capa fluida podrá comprender ventajosamente agua desionizada, que presenta excelentespropiedades de retención de las radiaciones ultravioletas, es transparente a la radiación visible y presenta altos valoresde densidad y capacidad calorífica.

Para obtener resultados ventajosos, además, no resulta necesario que la capa fluida sea excesivamente gruesa.Mediante capas finas se evita la eliminación de fotones durante el paso de la radiación por la capa fluida.

Según los estudios realizados por el inventor, un espesor de 2 mm de agua desionizada podría ser suficientementeoperativo.

La presente invención presenta, además, la ventaja de un aplicable a placas ya existentes, colocando un dispositivoque genera una capa de fluido que “caiga” a modo de cortina, por el interior del vidrio templado de un dispositivoya existente. De esta manera, como se observa, no es necesario disponer un intercambiador de calor sofisticado pararefrigerar el dispositivo.

Adicionalmente, con objetivo de aumentar adicionalmente el tilt de la placa, puede disponerse al menos una su-perficie transparente con índice de refracción superior al del aire de manera superior a la placa y formando un ángulooblicuo con respecto a ésta para acercar rayos solares oblicuos a la perpendicular a la placa y dirigirlos hacia ésta.

La superficie, por ejemplo un vidrio, podrá presentar una densidad variable, de tal manera que se desvíe la tra-yectoria de aquellos rayos que, por su ángulo próximo a la horizontal, escaparía de la superficie de transformaciónfotovoltaica.

La densidad variable podrá obtenerse, por ejemplo, disponiendo franjas contiguas de densidad creciente.

Preferentemente la densidad será mayor en los puntos de la superficie transparente más alejados de la placa foto-voltaica.

La capa fluida podrá disponerse en contacto con la placa o cubriendo una capa de protección de la placa fotovol-taica.

Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de unarealización preferente de la presente invención.

La figura 1 muestra un esquema en el que se observa el principio en el que se basa el aumento del “tilt” obtenidosegún la presente invención.

La figura 2 muestra tres gráficos que muestran, respectivamente el rendimiento teórico, el real obtenido medianteplacas fijas de tipo conocido y el obtenido con un dispositivo según la presente invención.

La figura 3 es una vista en perspectiva, parcialmente seccionada, de una realización de placa según la presenteinvención.

La figura 4 es un esquema de otro dispositivo según la presente invención, en el que el fluido de la capa fluida esrecirculado.

La figura 5 es una vista en perspectiva de otro dispositivo según la presente invención.

La figura 6 es una vista esquemática en alzado lateral que muestra un principio de funcionamiento de la realizaciónde la figura 6.

En la figura 1 se ha representado de manera esquemática el principio de funcionamiento del dispositivo objeto dela presente invención. Como puede observarse, el ángulo de incidencia de los rayos solares varía con la posición delsol y, por ende, con el momento del día. Sin embargo, la placa fotovoltaica (2) resulta eficiente solamente dentro de

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un determinado ángulo (α) alrededor de la perpendicular de la placa. Otro problema asociado es el aumento de latemperatura de la placa por la exposición a la radiación solar.

La presente invención propone interponer una capa de un fluido en movimiento entre el sol y la placa fotovoltaica(2), de tal manera que los rayos solares deban atravesar la capa fluida en movimiento (4). Además, el fluido debepresentar un coeficiente de refracción superior al del aire. De manera ventajosa, el coeficiente de refracción es lo másalto posible. Dado que, en general, los materiales más densos presentan mayores coeficientes de refracción, el fluido autilizar será preferentemente un líquido.

La capa fluida en movimiento (4), dado su coeficiente de refracción elevado, desvía los rayos solares hacia laperpendicular a la placa (2), con lo que aumenta el aprovechamiento de los rayos. Además, el fluido (4) refrigera laplaca (2). El flujo (4) puede estar en contacto directo con la placa (2) o bien puede disponerse, por ejemplo a modo decortina, por encima de un vidrio transparente protector de la placa. Obviamente, cuando el flujo (4) está en contactodirecto con la placa (2) la disminución de temperatura de la placa es mayor para una misma temperatura de placa. Acambio, el líquido debe estar exento de agentes que puedan atacar la placa fotovoltaica (2).

Para ello, por ejemplo, puede utilizarse agua desionizada, o un líquido compuesto desionizado.

En la figura 2 se observan 3 gráficos de rendimiento de placas fotovoltaicas fijas en función del momento del día,es decir, en función del ángulo de incidencia de los rayos solares. En los gráficos, el rendimiento se expresa comoporcentaje sobre el rendimiento máximo teórico y las horas son horas solares.

La gráfica (X) representa una gráfica teórica de una placa fotovoltaica fija de tipo conocido, como se observa, elrendimiento disminuye bruscamente fuera de las horas de sol centrales. La gráfica (Y) es la gráfica de una placa real.Con respecto a la gráfica teórica (X) se observa que el rendimiento disminuye debido al aumento de la temperatura.La gráfica (Z) corresponde a un dispositivo según la presente invención, en la que el cociente rendimiento máximoobtenido con respecto al máximo teórico o obtenible se aproxima al 100% debido a la refrigeración de la placa y,además, aumenta el número de horas con rendimiento elevado debido al efecto Snell que se obtiene mediante la capade fluido.

Las figuras 3 y 4 muestran dos posibles realizaciones de un dispositivo (1) objeto de la presente invención.

En el dispositivo de la figura 3 se observa una placa (2) cubierta por un vidrio templado (3) de alta transmitabilidadexistiendo entre la placa (2) y el vidrio (3) una capa fluida móvil que entra y sale por las entradas/salidas (41); (42).

El fluido de refrigeración -por ejemplo agua desionizada- calentado una vez ha refrigerado la placa (2), puedeutilizarse para aplicaciones técnicas o bien ser reciclado, tras pasar por ejemplo, por un refrigerador (13), un motor(11) y un depósito regulador (12). La temperatura del fluido a la entrada (41) será preferiblemente inferior, en uso, ala de la placa (2).

A efectos de la presente invención, no es necesario incluir un refrigerador activo que consuma energía eléctrica.Con un refrigerador pasivo es posible efectuar una recirculación de agua con un mínimo de consumos eléctricos. Coneste mismo fin, en algunos casos, será posible, por ejemplo, disponer de la bomba de recirculación (11) y conseguiruna recirculación de agua por gravedad. En el caso de que el fluido no sea reciclado, es posible conectar el fluido conun circuito de agua caliente sanitaria (ACS), por ejemplo.

Las figuras 5 y 6 muestran una realización adicional preferente cuya finalidad es captar rayos solares de inclinacióncercana a la horizontal y que caen fuera de la zona de la placa (2), y enviarlos hacia la capa fluida (4) y la placa (2) endirección a la perpendicular a la placa.

Para ello se dispone de un soporte (102) y dos superficies transparentes (101) que forman ángulo oblicuo con laplaca (2). El principio de funcionamiento puede verse en la figura 6. Como se observa en la figura, la superficie (101)presenta una densidad variable, lo que le proporciona y cociente de refracción variable. Como se observa, el coeficientede refracción (densidad) es mayor en los puntos más alejados de la superficie (101). Esto puede conseguirse, porejemplo, disponiendo de manera contigua tipos de vidrio de diferente coeficiente de refracción o densidad.

Si bien la invención se ha descrito con respecto a un ejemplo de realización preferente, éstos no se deben considerarlimitativos de la invención, que se definirá por la interpretación más amplia de las siguientes reivindicaciones.

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el aprovechamiento de la energía solar de tipo fotovoltaico, del tipo que comprende una placasolar con una superficie de recepción de radiación solar caracterizado porque el dispositivo presenta medios parainterponer entre el origen de la radiación solar a aprovechar y la placa capa de fluido en movimiento que cubre, almenos parcialmente, la citada superficie de recepción, presentando, en el citado fluido un índice de refracción superioral del aire.

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad del citado fluido es superior a la delaire.

3. Dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque el fluido es un líquido.

4. Dispositivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque el fluido comprende agua.

5. Dispositivo, según la reivindicación 4, caracterizado porque el agua es agua desionizada.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el fluido está en contacto conla placa.

7. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa de fluido se disponecubriendo una superficie de protección de la placa fotovoltaica.

8. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el dispositivo dispone demedios de recirculación de la capa de fluido.

9. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en uso, la capa fluida presentauna temperatura inferior a la de la superficie de recepción de energía solar.

10. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque el fluido presenta un espesorigual o superior a 2 mm.

11. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque adicionalmente, se disponeal menos una superficie transparente con índice de refracción superior al del aire de manera superior a la placa yformando un ángulo oblicuo con respecto a ésta para acercar rayos solares oblicuos a la perpendicular a la placa ydirigirlos hacia ésta.

12. Dispositivo, según la reivindicación 11, caracterizado porque la superficie presenta una densidad variable,siendo la densidad mayor en las zonas más alejadas de la placa.

13. Dispositivo, según la reivindicación 12, caracterizado porque la superficie presenta franjas contiguas de den-sidad creciente.

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21© Nº de solicitud: 20070203222© Fecha de presentación de la solicitud: 20.07.2007

32© Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA

51© Int. Cl.: Ver hoja adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría Documentos citados Reivindicacionesafectadas

Categoría de los documentos citadosX: de particular relevanciaY: de particular relevancia combinado con otro/s de la

misma categoríaA: refleja el estado de la técnica

O: referido a divulgación no escritaP: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación

de la solicitudE: documento anterior, pero publicado después de la fecha

de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado

�5 para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe Examinador Página

11.03.2008 P. Tauste Ortiz 1/2

X WO 03001610 A1 (TANAKA KUNIHIDE) 03.01.2003, página 4, 1-10línea 12 - página 14, línea 21; figuras 1-2.

Y 11-13

Y US 5280557 A (NWASOKWA et al.) 18.01.1994, columna 4, 11-13líneas 27-39,54-58; columna 13, línea 63 - columna 14, línea 2,columna 16, líneas 28-40; figuras 11A-11C.

X JP 2004079900 A (MATSUSHITA ELECTRIC WORKS LTD) 11.03.2004, BASE 1-10DE DATOS WPI en EPOQUE: resumen; dibujos.

X US 4169738 A (LUQUE et al.) 02.10.1979, columna 3, 1-4,6-11línea 53 - columna 6, línea 38; figuras 1-3.

X US 4052228 A (RUSSELL et al.) 04.10.1977, columna 2, 1-4,6-11línea 32 - columna 4, línea 2; dibujos.

X US 4045246 A (MLAVSKY et al.) 30.08.1977, columna 2, 1-4,6-11línea 13 - columna 7, línea 55; dibujos.

X US 2001006066 A (CHERNEY et al.) 05.07.2001, 1-3,6-11párrafos [51],[58],[78],[81]; figuras 1-10,30-34.

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Nº de solicitud: 200702032

CLASIFICACIÓN DEL OBJETO DE LA SOLICITUD

Informe del Estado de la Técnica (hoja adicional) Página 2/2

H01L 31/052 (2006.01)F24J 2/50 (2006.01)H01L 31/058 (2006.01)