MX2014006740A - Sistema hibrido de recuperacion de energia solar. - Google Patents

Abstract

Un sistema híbrido de recuperación de energía solar que comprende una estructura y una placa de recuperación de energía solar de doble propósito montada en la estructura. La placa tiene una pluralidad de lentes en una superficie superior para concentrar la radiación solar incidente en la placa, la placa comprendiendo un intercambiador de calor para recuperar energía térmica y una pluralidad de celdas fotovoltaicas para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las celdas fotovoltaicas. Un solo sistema puede, por lo tanto, proporcionar energía eléctrica, calefacción hidrónica y agua caliente para uso doméstico.

Description

SISTEMA HÍBRIDO DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA SOLAR CAMPO TÉCNICO La presente tecnología se refiere generalmente a energía solar y, en particular, a sistemas solares para calefacción hidrónica y/o para incorporar celdas fotovoltaicas .

ANTECEDENTES Con el aumento de los costos de energía y la creciente preocupación sobre los efectos climáticos de los gases de efecto invernadero liberados por la combustión de hidrocarburos, ahora más que nunca hay un poderoso incentivo para encontrar soluciones de energía limpia. Una de las más prometedoras tecnologías verdes es la energía solar. Muchos sistemas de captación de energía solar son conocidos en la técnica. En general, éstas se dividen en dos categorías: la celda fotovoltaica (es decir fotoeléctrica) que genera directamente una corriente eléctrica y los sistemas de calefacción solar pasiva que absorben energía solar y conducen el calor al agua u otro liquido de calefacción. Algunos de estos sistemas pasivos calientan el agua en un conducto expuesto al sol, por ejemplo, un conducto de azotea, para diversas aplicaciones, como por ejemplo un precalentamiento de agua para un tanque de agua caliente o calentamiento de agua para una piscina.

También se conoce en la técnica de la energía solar incluir en estos sistemas un medio para concentrar y enfocar la radiación solar, así como medios mecánicos para el seguimiento del sol para poder mantener el mecanismo de enfoque en una posición ortogonal relativa a la dirección de los rayos del sol. Estos sistemas utilizan espejos y lentes reflectantes y/o de enfoque refractor, tales como reflectores parabólicos y lentes convexas o lentes tipo Fresnel, para orientar y concentrar un área de superficie relativamente grande de la radiación solar incidente en una pequeña área de superficie que se va a calentar. Las tecnologías de enfoque y/o de concentración se divulgan, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4,257,401; (4) ,168,6(9)6; 4,148,300; 4,038,971; 4,011,858 , que se incorporan en este documento por referencia en su totalidad. Los dispositivos mecánicos para el seguimiento del sol se divulgan, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4,153,039; 4,068,653; 3,999,389 y 4,275,710, que también se incorporan en este documento por referencia en su totalidad.

Algunas otras tecnologías solares ejemplares se divulgan en las patentes de EE.UU 3,929,121; 4,307,710; 4,509,502; 4,823,772; 5,645,045 y 7,388,146 y también la Publicación de Solicitud de Patente de los EE.UU Solicitud 2009/0114212, todas los cuales se incorporan en este documento por referencia en su totalidad.

Como se señaló anteriormente, las técnicas más comunes para aprovechar la energía del sol implican tanto el uso de paneles solares fotovoltaicos o la reflexión/concentración de los rayos del sol (a través de un espejo o cualquier otro dispositivo) a un punto de captación focal en donde esa energía solar concentrada se convierte entonces en otras formas de energía a través de las técnicas convencionales de producción de energía. Un problema común con estas tecnologías de la técnica previa para la recuperación de energía solar es que requieren grandes cantidades de área de superficie (en forma de celdas solares, espejos, lentes, etc.) para producir la energía necesaria.

Se calcula que aproximadamente 11,000 vatios de energía son necesarios para satisfacer los requisitos de energía de un hogar típico que tiene un tamaño moderado casa de 93 a 139 metros cuadrados. Sobre la base de la eficiencia de los paneles solares más actuales, 929 metros cuadrados de paneles solares serían necesarios para generar la energía para una sola familia. Esto ocuparía más espacio del que la familia promedio sería capaz o estaría dispuesta a dedicar a la recuperación de energía solar, sin mencionar la cuestión de los gastos de capital para configurar los paneles o espejos.

Debido a los problemas de tamaño del panel solar y de los costos de instalación, la energía solar es poco práctica para la mayoría de la gente y no produce un retorno financiero de la inversión. Una tecnología que aborde estos problemas, por lo tanto, sería muy deseable. Por lo tanto, a pesar de los muchos avances en la técnica, sigue existiendo la necesidad en la industria para un sistema híbrido de recuperación de energía solar que pueda, en una sola unidad compacta, generar energía eléctrica y proporcionar calefacción hidrónica.

BREVE DESCRIPCIÓN En general, la presente invención proporciona un sistema novedoso que incorpora tanto las celdas fotovoltaicas para la generación de electricidad como recuperación de energía térmica solar pasiva para calefacción hidrónica en un solo dispositivo compacto. El dispositivo se puede montar en una estructura móvil que rastrea el movimiento del sol para optimizar la recuperación de energía.

Por lo tanto, un aspecto inventivo de la presente divulgación es un sistema híbrido de recuperación de energía solar que comprende una estructura y un montaje de panel de recuperación de energía solar de doble propósito montado en la estructura. El montaje de panel de doble propósito tiene una pluralidad de lentes para concentrar la radiación solar incidente en un intercambiador de calor para recuperar energía térmica y una pluralidad de celdas fotovoltaicas para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las celdas fotovoltaicas . El montaje de panel en una modalidad incluye una placa de recuperación de energía solar de doble propósito que aloja las lentes y las celdas fotovoltaicas que están montadas encima de una placa intercambiadora de calor que aloja el intercambiador de calor. La placa intercambiadora de calor está dispuesta, a su vez, sobre, o montada en la estructura. En una modalidad, la estructura es una estructura móvil que sigue el movimiento del sol.

Otros aspectos de la presente invención se describen más abajo en relación con los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de la tecnología actual serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada en combinación con los dibujos que se acompañan, en los cuales: La FIG. 1 es una vista isométrica, desde una perspectiva frontal izquierda, de un sistema híbrido de recuperación de energía solar novedoso de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La FIG. 2 es otra vista isométrica, desde una perspectiva lateral posterior, del sistema híbrido de recuperación de energía solar ilustrado en la FIG. 1 ; La FIG. 3 es una vista posterior del sistema híbrido de recuperación de energía solar ilustrado en la FIG. 1; y La FIG. 4 es una vista en planta superior de una placa de lente incorporada en el sistema híbrido de recuperación de energía solar de la FIG 1 ; La FIG. 5 es una vista isométrica de la parte inferior de la placa de lente de la FIG. 4; La FIG. 6 es una vista isométrica de un panel solar y un montaje de intercambiador de calor de conformidad con otra modalidad de la presente invención; La FIG. 7 Es una vista frontal del montaje de la FIG. 6; La FIG. 8 es una vista isométrica de un panel solar y un montaje de intercambiador de calor de conformidad con otra modalidad de la presente invención; y La FIG. 9 es una vista isométrica posterior del montaje y la estructura de contrapeso de la FIG. 8.

Cabe señalar que en los dibujos que se adjuntan, las características iguales se identifican por números de referencia iguales .

DESCRIPCIÓN DETALLADA Las FIGS. 1-3 ilustran un sistema híbrido de recuperación de energía solar novedoso de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El sistema híbrido de recuperación de energía solar representado a modo de ejemplo en estas figuras está compuesto por una estructura denotada por el número de referencia 1, una placa intercambiadora de calor (9) dispuesta por encima de la estructura y una placa de recuperación de energía solar de doble propósito (4) montada en la estructura. La placa de doble propósito tiene una pluralidad de lentes (11) para concentrar la radiación solar incidente en la placa intercambiadora de calor para recuperar energía térmica y una pluralidad de celdas fotovoltaicas (12) para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las celdas fotovoltaicas . La placa es de doble propósito porque no sólo genera energía eléctrica mediante las celdas fotovoltaicas sino que tiene lentes para concentrar la luz solar incidente en una placa intercambiadora de calor dispuesta debajo de la placa de doble propósito. Las celdas fotovoltaicas pueden utilizar Fotovoltaica de Alta Concentración (HCPV por sus siglas en inglés). Las lentes pueden utilizar tecnología de concentrador solar micro-óptico.

A efectos de la presente descripción, la placa de doble propósito (con las lentes y las celdas fotovoltaicas ) junto con el intercambiador de calor definen un montaje de paneles, es decir, un montaje de panel de recuperación de energía solar de doble propósito que está montado en la estructura .

En consecuencia, el sistema híbrido de recuperación de energía solar también puede ser interpretado como que comprende una estructura y un monta e de panel de recuperación de energía solar de doble propósito montado en la estructura, en donde el montaje de panel de doble propósito tiene una pluralidad de lentes para concentrar la radiación solar incidente en un intercambiador de calor (que puede estar integrado dentro de una placa) para recuperar energía térmica y una pluralidad de celdas fotovoltaicas para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las celdas fotovoltaicas .

En una modalidad principal, el montaje está formado por la placa de recuperación energía solar de doble propósito (que tiene las lentes y las celdas fotovoltaicas ) y una placa intercambiadora de calor placa que aloja el intercambiador de calor. La parte inferior de la placa de doble propósito (por ejemplo, la placa superior o placa de cubierta) puede, en una modalidad, tener un acabado o recubrimiento a fin de reflejar el calor a la placa intercambiadora de calor para maximizar la eficiencia del intercambiador de calor y para minimizar la transferencia de calor no deseada a la placa de doble propósito.

En una modalidad, la estructura es una estructura móvil. La estructura móvil puede moverse automáticamente mediante el seguimiento de la posición del sol . La recuperación de energía solar óptima se logra manteniendo la estructura y la placa de doble propósito ortogonal a la radiación solar incidente. El sistema puede incluir un controlador (6) para accionar un mecanismo de rotación biaxial (3) para mover la estructura móvil con el fin de seguir el movimiento del sol. El sistema puede incluir un sensor solar (7) para la detección de una posición del sol y para proporcionar una señal al controlador. El controlador maximiza la eficiencia de recuperación de energía, asegurando que la placa de doble propósito siga siendo tan ortogonal como sea posible a los rayos del sol.

En una modalidad probada, el controlador mantiene la placa ortogonal a los rayos del sol en una variación de +/-1 %. El controlador envia señales de control al mecanismo de rotación biaxial, que puede utilizar un motor eléctrico y los engranajes adecuados para ofrecer movilidad de eje X y eje Y. Un contrapeso 2 opcional puede ser proporcionado para equilibrar el mecanismo para reducir al mínimo el consumo de energía necesario para mover la estructura.

En una modalidad, el sistema comprendiendo, además, un soporte 8 montado a la estructura. El soporte está adaptado para ser conectado a una estructura inamovible, por ejemplo, una casa, apartamento, u otra vivienda o edificio, un cobertizo, o alguna otra estructura. Cualquier medio de sujeción mecánica, medios de fijación, medios de anclaje o medios de conexión adecuados pueden ser empleados para el anclaje o sujeción del soporte a la estructura inamovible. En otra modalidad, la unidad se puede montar atierra (es decir, la estructura se apoya en el suelo con una estructura, base, pedestal u otros miembros de soporte) . En una modalidad más, la unidad puede montarse en un vehículo, como un vehículo de recreo, caravana, etc. (es decir, la estructura puede ser montada en cualquier parte del vehículo) . En otra modalidad, el sistema puede ser portátil. El sistema puede ser fácilmente adaptado a cualquier sistema de calefacción circulatorio al reconectar las líneas de entrada y salida al sistema a ser adaptado. Un sistema portátil se podría utilizar en una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo en un campamento, cabaña, u otros, o con un vehículo de recreo.

En una modalidad, la pluralidad de lentes y la pluralidad de celdas están dispuestas en hileras y columnas alternantes. Una implementación ejemplar específica se representa en las Figs . 4 Y 5. En este ejemplo específico, que tiene por objeto únicamente ilustrar una implementación particular, hay 48 lentes y 35 celdas fotovoltaicas . Las lentes en este ejemplo específico están dispuestas en una serie de 8 x 6 lentes y las celdas están dispuestas en una serie de 7 x 5 celdas. Las hileras y las columnas de las lentes y las celdas se mezclan, es decir, hay una hilera o columna de lentes, seguida de una hilera o una columna de celdas, seguida de una hilera o columna de lentes, etc. Hay que destacar que la implementación representada en las Figs. 4 Y 5 es sólo un ejemplo. Cabe reconocer que el número de lentes puede ser variado. Del mismo modo, el número de celdas puede ser variado. Por otra parte, debe entenderse que la configuración o diseño de las lentes y las celdas como hileras y columnas alternantes es simplemente ejemplar. Otras configuraciones o diseños pueden ser empleados. Por último, el espaciado equitativo entre las hileras y columnas de las lentes y las celdas también es ejemplar. Un espaciado irregular también puede utilizarse .

En una modalidad, las lentes están integradas en un retenedor de panal de tal forma que todos y cada uno de los cristales/lentes tendrá las mismas propiedades focales cuando los rayos del sol pasen a través de cada lente. La distancia desde la superficie superior de la lente a este punto focal en la placa intercambiadora de calor puede ser de corta longitud (p. ej . 7.6 a 15.2 cms) a pesar de que el tamaño, la orientación y la forma de las lentes puede ser variada para diferentes aplicaciones.

En una modalidad, la placa intercambiadora de calor se monta a una superficie superior de la estructura. La estructura puede comprender una pluralidad de brazos de soporte o pilares (10) para soportar la placa de doble propósito. La placa de doble propósito se puede montar en los brazos de soporte de la estructura en una relación sustancialmente paralela y espaciada a la placa intercambiadora de calor, con lo que se define un espacio de aire entre la placa intercambiadora de calor y la placa de doble propósito. En una modalidad específica, el hueco de aire es una función de la longitud focal de la lente. En concreto, el hueco de aire puede ser igual a la longitud focal de las lentes para optimizar la concentración de energía de luz en lugares objetivo específicos en la placa intercambiadora de calor.

En una modalidad, el intercambiador de calor consta de uno o más conductos de calefacción hidrónica integrados en una aleación de conductividad de calor, los conductos estando sustancialmente alineados con las lentes. Una entrada y salida 5 se proporcionan para el intercambiador de calor. La aleación tendría un punto de fusión muy superior a la máxima temperatura localizada que podría ser producida por las lentes. Una vez que la aleación es calentada por la radiación solar, un líquido (por ejemplo, agua, propilenglicol , etc. ) en los conductos se calienta. Este líquido transfiere el calor a los diversos elementos de calefacción o unidades conductoras térmicas para proporcionar energía térmica a una casa residencial o al medio ambiente de un enorme complejo de edificios. El exceso de energía térmica en el líquido circulante puede ser almacenado en un termotanque bien aislado .

En una modalidad, el sistema comprende, además, sensores de temperatura para supervisar la temperatura de un fluido en los conductos de calefacción hidrónica y para proporcionar una señal de temperatura a un controlador para activar y desactivar el sistema de forma selectiva. Por ejemplo, el controlador puede provocar que la estructura se aleje del sol, para reducir la carga solar hasta que la temperatura descienda por debajo del umbral de funcionamiento máximo.

En otra modalidad, en lugar de un controlador multi-función integrado, tres diferentes controladores pueden ser proporcionados . Un primer controlador controla la colocación X e Y del dispositivo mediante la detección y seguimiento del movimiento del sol . Un segundo controlador puede recibir las señales de los sensores de temperatura para controlar la temperatura de la placa intercambiadora de calor, para supervisar la temperatura del líquido en el fluido del conducto en la entrada y para supervisar la temperatura del líquido en el conducto a su regreso. El segundo controlador puede controlar una bomba (p. ej . una bomba de 12V DC o 120V AC) para controlar el líquido administrado al intercambiador de calor y a los tanques de suministro. Un tercer controlador derivará energía del sistema fotovoltaico para suministrar corriente directa (por ej . 12V DC) para activar la batería (o baterías) , condensador (es) u otro(s) dispositivo (s) de almacenamiento, por ejemplo, a través de un sistema de carga de mantenimiento. Este sistema de batería/condensador/almacenamiento suministrará corriente directa (p. ej . 12 V CC) a todos los controladores de potencia (es decir, el primero, segundo y tercer controlador) . Opcionalmente, el tercer controlador puede suministrar corriente directa (p. ej . 12 V CC) a un inversor para convertir energía almacenada a corriente alterna (p. ej . 120V AC) para uso doméstico (p. ej . , alumbrado) y/o para energía de respaldo de emergencia.

Las modalidades de la presente invención enfocan al menos parcialmente algunas de las deficiencias detectadas en la técnica previa. El sistema híbrido de recuperación de energía solar captura la energía de los rayos del sol para aplicaciones residenciales o comerciales .

El sistema (o "dispositivo" o "unidad") divulgado en este documento e ilustrado a modo de ejemplo en las Figs . 1-5 es un sistema de recuperación de energía solar compacto que aprovecha la energía del sol al generar simultáneamente energía eléctrica mediante celdas fotovoltaicas al tiempo que enfoca los rayos del sol a través de una o más lentes (también conocidas como "cristales") hacia una placa de recuperación térmica pasiva (intercambiador de calor) . El sistema, y en particular la placa intercambiadora de calor, puede fabricarse a partir de cualquiera de varios materiales (por ejemplo, acero inoxidable o cualesquiera otros metales o aleaciones, etc.) . El diseño es escalable para que el sistema pueda ser construido en diferentes tamaños y formas. Como se señaló anteriormente, las lentes y las celdas pueden ser organizadas en cualquier número de diferentes configuraciones o diseños .

La serie de lentes proporciona una serie de puntos focales térmicos en donde la energía enfocada es absorbida, captada y conducida a través de un metal, aleación u otra sustancia. El calor puede ser transferido por conducción, convección, radiación o cualquier combinación de los mismos . El calor se puede convertir en otras formas de energía utilizando técnicas conocidas. Por ejemplo, la energía térmica puede convertir agua en vapor para activar una mini-turbina u otro mini-generador . En otra modalidad, el sistema en una escala más amplia podría ser utilizado como una fuente de producción de vapor eficaz y potente que, a su vez, podría mover las turbinas para producir electricidad para consumo masivo. Por otra parte, como otro ejemplo, la(s) celda (s) fotovoltaica ( s ) puede (n) generar voltaje de CC para separar H20 (en hidrógeno y oxígeno) y el hidrógeno resultante se puede utilizar para generar electricidad mediante una celda de combustible de hidrógeno .

Esta energía solar recuperada puede ser utilizada para fines comerciales o residenciales de alto consumo de diversas maneras. En una modalidad, un fluido se distribuye a través de la aleación caliente u otro tipo de metal para de ese modo transferir calor al fluido circulante en circulación en el intercambiador de calor. Luego, el fluido transfiere su calor a los elementos de calefacción o sistemas de circulación existentes en una adaptación para permitir que los consumidores puedan utilizar este calor para su propósito particular (p. ej . calefacción de viviendas, aplicaciones comerciales de calefacción, calentamiento de depósito de agua caliente doméstico o comercial, calefacción hidrónica de suelo radiante, calefacción de garaje, calefacción de piscina, etc.). Además de la calefacción térmica pasiva amplificada por, las modalidades de la invención también incorporan producción de energía fotoeléctrica que puede producir simultáneamente energía eléctrica para almacenamiento de respaldo y para proporcionar electricidad al controlador y el motor mientras que la energía térmica se recolecta.

Las modalidades de la presente invención usan relativamente pocos metros cuadrados para la cantidad de energía que producen. Aunque la utilidad principal de este novedoso sistema es la de captar energía solar en donde el espacio es muy limitado, debe apreciarse que el sistema es escalable y las versiones a mayor escala del sistema pueden ser usadas para aumentar su capacidad de producir más energía .

El sistema divulgado en este documento, por lo tanto, proporciona un dispositivo de utilidad amigable con el ambiente, costeable y compacto (ahorro de espacio) que no sólo ahorrará dinero a los consumidores sino también salvará el medio ambiente del consumo de combustibles fósiles actual. La unidad también contribuye a un paisaje mucho más verde (es decir, no hay necesidad de una plétora de espejos o paneles) . Dependiendo de las condiciones climáticas de la localidad donde se utiliza el sistema, un usuario promedio puede esperar entre (30)% a 50% de ahorro en los costos de energía térmica (sólo de la calefacción de casa/negocio y utilización de agua caliente) . Si la localidad elegida tiene muchas más horas solares disponibles, uno podría esperar incluso un mayor ahorro de costos.

En las modalidades divulgadas, la invención soluciona las limitaciones tanto financieras como de espacio al permitir al consumidor residencial promedio o a los negocios comerciales proporcionar energía térmica para calentar las residencias y las empresas y proporcionar un suministro de agua caliente continuo en los climas más fríos e, inversamente, a través de otra modalidad que involucra la conversión de la energía térmica en electricidad, enfriar sus alojamientos o lugares de comercio en el verano. Esta invención puede ser utilizada para construir una casa o edificio. El sistema se puede montar en cualquier lugar en donde los rayos del sol pueden ser seguidos para lograr una eficiencia óptima.

Las modalidades de la invención pueden incorporar diversas funciones de seguridad, como por ejemplo un apagado automático activado mediante la detección de una condición de sobrecalentamiento (como se describe más arriba). Los sensores térmicos puede ser colocados, como se ha indicado anteriormente, en las entrada y las salidas del intercambiador de calor para supervisar las temperaturas del líquido entrante y saliente. Los sensores de temperatura también pueden ser colocados dentro de un contenedor de almacenamiento de fluido o en cualquier otro lugar en el sistema presente o en cualquier sistema conectado. El apagado automático también puede ser activado por una condición de funcionamiento incorrecto (por ejemplo, un fallo eléctrico o por un mensaje de error del controlador) . El apagado automático puede lograrse al girar la unidad completamente lejos del sol.

La unidad puede ser a prueba de condiciones climáticas al revestir la unidad en una carcasa de protección. Una película de protección sobre las lentes puede ser proporcionada para proteger las lentes del clima y también para ayudar a reducir al mínimo la degradación térmica.

La unidad puede proporcionar un espacio (por ejemplo, en la parte posterior de la unidad) con instrucciones para la instalación, funcionamiento seguro y mantenimiento .

Las FIGS . 6 y 7 representan un montaje de panel de recuperación de energía solar de doble propósito ("montaje de panel") de conformidad con otra modalidad de la presente invención. El montaje de panel (20) comprende tanto una pluralidad de lentes (22) como una pluralidad de celdas fotovoltaicas (24). En la modalidad ilustrada en la FIG. 6, el montaje de panel (20) es sustancialmente rectangular aunque otras formas pueden ser empleadas. Las celdas fotovoltaicas (24) en esta modalidad ilustrada son sustancialmente cuadradas y no son ortogonales con respecto a los lados del panel. En la modalidad específica ilustrada, las celdas (24) son giradas unos 45 grados con respecto a los lados del montaje de panel (20) . Esta configuración permite que un gran número de lentes (22) y celdas fotovoltaicas (24) sean densamente colocadas en el panel. En la configuración específica que se muestra a manera de ejemplo en las FIGS. 6 y 7 hay 48 lentes (8 X 6) y 35 celdas fotovoltaicas (7 5) dispuestas en hileras y columnas alternantes de lentes y celdas. Como puede apreciarse, el número de lentes y el número de celdas, así como su geometría, tamaño relativo y el espaciamiento y configuración, puede variar en otras modalidades. El conjunto de panel (20) incluye tubos de entrada y de salida (o tuberías) (25) para la conexión a un sistema de agua caliente (26) que se muestra en la FIG. (7) . Las celdas fotovoltaicas están conectadas a una unidad de almacenamiento de energía (28) como se muestra en la FIG. 7. Las celdas fotovoltaicas pueden utilizar Fotovoltaica de Alta Concentración (HCPV por sus siglas en inglés) . Las lentes pueden utilizar tecnología de concentrador solar micro-óptico.

En una modalidad, las células fotovoltaicas están integradas en la placa de doble propósito (placa superior) de tal manera que la superficie superior de la placa de doble propósito (placa superior) del conjunto del panel es sustancialmente plana lo cual, cuando es orientada ortogonalmente al sol, maximiza la captación de radiación solar. En una modalidad, hay una placa intermedia dispuesta entre la placa superior y la placa intercambiadora de calor, la placa intermedia con orificios alineados con las lentes. Por lo tanto, en una modalidad, el conjunto de panel está compuesto por la placa superior y una placa intermedia opcional que, a su vez, está montada en una relación espaciada con la placa intercambiadora de calor para crear un espacio de aire entre la placa intermedia y la placa intercambiadora de calor. En otras modalidades, es posible que no haya un espacio de aire.

Las FIGS . 8 y 9 ilustran una vista frontal de un panel solar y un montaje de intercambiador de calor que tiene una estructura de contrapeso (30) de conformidad con otra modalidad de la presente invención. Esta estructura de contrapeso toma el lugar del contrapeso opcional (2) descrito anteriormente. La estructura de contrapeso (30) mejora la dinámica del mecanismo y minimiza los requerimientos de energía para girar el conjunto de panel para seguir el sol. La FIG. 9 muestra un mecanismo ejemplar para el montaje del conjunto del panel (20) en la estructura de contrapeso (20) . Como se muestra en esta figura, un par de soportes giratorios superiores (32) están montados en la parte posterior de la estructura del contrapeso (30) . Cada uno de los soportes giratorios superiores (32) define un agujero para recibir y soportar giratoriamente el correspondiente de un par de brazos de soporte superior (34) . Los soportes giratorios superiores (32) pueden incluir baleros, casquillos o rodamientos. Los brazos de soporte superior (34) se conectan a un eje de accionamiento (37) que se extiende desde un motor eléctrico (36). El motor eléctrico (36) es análogo al mecanismo de rotación biaxial (3) descrito en los párrafos anteriores, con referencia a la FIG. 1. El motor eléctrico (36) y el mecanismo de rotación biaxial (3) actúan como un rotador para girar el conjunto de panel. Como puede apreciarse, cualquier motor, hélice o mecanismo de rotación biaxial adecuado se puede utilizar para mover el conjunto de panel. En otras variantes, el conjunto de panel se puede girar con un mecanismo de rotación que tenga uno o más actuadores lineales y un medio para convertir el movimiento lineal del (los) actuador(es) lineal (es) en movimiento de rotación del conjunto de panel. Tal como se ilustra en la FIG. 9, el motor eléctrico (36) también se conecta a través del eje de accionamiento (37) a un par de brazos de soporte inferior (38) que giran dentro de un par de soportes giratorios inferiores (40) montados en la parte posterior del panel. Los soportes giratorios inferiores (40) pueden incluir baleros, casquillos o rodamientos. En algunas modalidades, los brazos de soportes superior e inferior están formados integralmente como una sola varilla o miembro.

Como se muestra en la FIG. 9, los brazos de soporte superior e inferior (34), (38) comprende cada uno un miembro superior e inferior que son ortogonales al eje de accionamiento que se extiende desde el motor. Cada uno de los brazos de soporte superior e inferior (34), (38) comprende también miembros paralelos que son paralelos al eje de accionamiento (37) del motor (36) para acoplar los soportes giratorios (32), (40). Los soportes giratorios (32), (40), por tanto, son paralelos al eje de accionamiento (37) del motor (36). Como se muestra en la FIG. 9, los miembros inferiores y superiores se curvan o flexionan 90 grados en el miembro paralelo. Durante el funcionamiento, el motor (36) ejerce torsión sobre los brazos (34), (38), lo que provoca la rotación del conjunto de panel (20) y una rotación de equilibrio de la estructura de contrapeso (30) . En una modalidad, la estructura de contrapeso comprende una pluralidad de celdas fotovoltaicas para aumentar la capacidad de generación de electricidad.

El conjunto del panel puede estar abierto o cerrado. En este último caso, un conjunto de panel cerrado puede incluir un espacio herméticamente cerrado que puede contener un vacío, vacío parcial, un gas que no sea aire, por ejemplo, un gas inerte o aire comprimido o un gas presurizado. El gas cautivo puede ser utilizado para modificar las propiedades de transferencia de calor y/o las propiedades de transmisión de luz entre las lentes y el intercambiador de calor.

En una modalidad, el sistema puede incluir alas con otras celdas fotovoltaicas en uno o más lados del conjunto de panel. Las alas pueden estar permanentemente fijadas o montadas de manera extraíble. Las alas pueden ser plegables o abatibles o pueden deslizarse hacia afuera, o ser desplegadas en cualquier otra forma. En una modalidad, las alas se pueden desplegar para captar la máxima carga solar y retraerse por la noche o cuando la intensidad solar cae por debajo de un umbral determinado.

Calibración del sistema se puede hacer manualmente, por ejemplo, ajustando los tornillos o los miembros roscados de cada una de las esquinas de la unidad, que, al girar, mueven la placa de la lente ligeramente hacia arriba o hacia abajo para así optimizar el enfoque de los puntos focales de la lente y, por lo tanto, para mejorar la eficacia de la calefacción de la unidad. Por lo tanto, el rotador proporciona un movimiento de eje del eje X y eje Y mientras que el mecanismo de calibración proporciona eje Z (movimiento hacia arriba y abajo) de tal manera que hay movimiento con tres grados de libertad.

En una modalidad más, la calibración automática para la calibración precisa automatizada de los puntos focales de la placa de la lente puede estar basada en las señales de retroalimentación de los sensores térmicos integrados o instalados en la unidad misma. En la opción de calibración automática, diminutos motores sustituyen los tornillos roscados manuales para lograr el movimiento hacia arriba y hacia abajo. La dirección y el grado de ajuste se determina por la retroalimentación de los sensores térmicos internos y los parámetros establecidos para el logro de una eficacia óptima dentro de la unidad. Un microcontrolador o microprocesador puede ser proporcionado para auto-calbirar la unidad en respuesta a las señales de retroalimentación recibidas de los sensores en el conjunto de panel.

Esta nueva tecnología ha sido descrita en términos de implementaciones y configuraciones específicas que están destinadas a ser ejemplares únicamente. Las personas con conocimientos ordinarios en la materia apreciarán que muchas variaciones obvias, ajustes y modificaciones se pueden hacer sin necesidad de apartarse de los conceptos de actividad inventiva presentados en esta solicitud. El alcance del derecho exclusivo que busca el solicitante, por tanto, tiene la intención de estar limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema híbrido de recuperación de energía solar que comprende: una estructura; un montaje de panel de recuperación de energía solar de doble propósito montado en la estructura, el montaje de panel de doble propósito teniendo: una pluralidad de lentes para concentrar la radiación solar incidente en un intercambiador de calor para recuperar energía térmica; y una pluralidad de celdas fotovoltaicas para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las células fotovoltaicas .

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de panel comprende : una placa de recuperación de energía solar de doble propósito que comprende: la pluralidad de lentes para concentrar la radiación solar incidente en una placa intercambiadora de calor del intercambiador de calor, la placa intercambiadora de calor montada debajo de la placa de doble propósito; y la pluralidad de celdas fotovoltaicas para generar una corriente eléctrica en respuesta a la radiación solar incidente sobre las células fotovoltaicas .

3. El sistema de conformidad con la reivindicación o la reivindicación, caracterizado porque la estructura es una estructura móvil.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , comprendiendo un controlador para accionar un mecanismo de rotación biaxial para mover la estructura móvil con el fin de seguir el movimiento del sol .

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 4, comprendiendo un sensor solar para la detección de una posición del sol y para proporcionar una señal al controlador.

6. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo, además, un soporte montado a la estructura, el soporte estando adaptado para ser conectado a una estructura inamovible.

7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la pluralidad de lentes y la pluralidad de celdas están dispuestas en hileras y columnas alternantes.

8. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porgue la placa intercambiadora de calor se monta a una superficie superior de la estructura.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la estructura comprende una pluralidad de brazos de soporte para soportar la placa de doble propósito.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la placa de doble propósito monta en los brazos de soporte de la estructura en una relación sustancialmente paralela y espaciada a la placa intercambiadora de calor, con lo que se define un espacio de aire entre la placa intercambiadora de calor y la placa de doble propósito.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el hueco de aire es una función de la longitud focal de la lente.

12. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la placa intercambiadora de calor comprende conductos de calefacción hidrónica integrados en una aleación de conductividad térmica, los conductos estando sustancialmente alineados con las lentes .

13. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, comprendiendo, además, sensores de temperatura para supervisar la temperatura de un fluido en los conductos de calefacción hidrónica y para proporcionar una señal de temperatura a un controlador para activar y desactivar el sistema de forma selectiva.

14. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, comprendiendo, además, un contrapeso de estructura.

15. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, comprendiendo un mecanismo de calibración para el ajuste de una distancia entre las lentes y el intercambiador de calor.

16. El sistema de conformidad con la reivindicación 15, comprendiendo, además, un microcontrolador para controlar automáticamente el mecanismo de calibración basado en las señales de retroalimentacion de los sensores en el conjunto del panel.

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la estructura de contrapeso comprende una pluralidad de celdas fotovoltaicas .