MÓDULO FOTOVOLTAICO OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un módulo fotovoltaico, del tipo de los que comprenden una pluralidad de células fotovoltaicas dispuestas definiendo, al menos parcialmente, una superficie fotovoltaica convexa.

Consiste en un módulo fotovoltaico configurado para la captación de la energía solar y el abastecimiento de dicha energía a un dispositivo receptor tal como un elemento de iluminación, un elemento de sensores de presencia, de tráfico, de contaminación, o Wi-Fi, un elemento de señalización de trafico de tipo intermitente, SOS en áreas de servicios, una estación de recarga de teléfonos móviles u otros dispositivos móviles como tabletas u ordenadores.

Dicho módulo fotovoltaico se puede incorporar por ejemplo en la parte superior de un báculo o poste para su anclaje o fijación en un punto fijo, tal como el suelo.

CAMPO DE APLICACIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria de mobiliario urbano, centrándose particularmente en el ámbito de luminaria pública.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen en el mercado, y por lo tanto puede considerarse como el Estado de la Técnica de esta invención, distintos tipos de paneles fotovoltaicos planos, que implementan varias tecnologías tanto que hoy en día existe una gran variedad de dispositivos.

De una manera general, se pueden considerar tres principales categorías de módulos fotovoltaicos existentes en la actualidad que implementan distintas tecnologías: - Módulos de Silicio Cristalino (compuestos principalmente por obleas de silicio cristalino). Pueden ser a su vez de Silicio Monocristalino en el que el material de partida es un único cristal de silicio o bien de Silicio Policristalino formado por múltiples granos, cada uno con una orientación cristalográfica diferente.

- Módulos de capa o lámina delgada, los cuales se realizan creciendo o depositando directamente el semiconductor sobre un substrato rígido o flexible que entrará a formar parte del módulo fotovoltaico. Se utilizan semiconductores con elevado coeficiente de absorción, de tal modo que es suficiente con unas pocas mieras de material. Se dividen en varias tipologías según el material semiconductor que se utiliza en el proceso de deposición en el substrato. Las tecnologías de lámina delgada se engloban principalmente en: las basadas en telururo de cadmio (CdTe), en silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), o en diseleniuro de cobre-indio-galio (CIGS).

- Variantes propietarias (eterojunción y silicio microesférico).

También son conocidos módulos fotovoltaicos que presentan una superficie curvada, realizados por medio de la unión de celdas fotovoltaicas planas así como elementos que integran los módulos fotovoltaicos en su propia estructura como paneles de recubrimiento de fachadas y techos de edificios, azulejos o cristales.

Además se conocen tipos de paneles fotovoltaicos de diferentes colores y formas que se utilizan para una mejor integración de esta tecnología en el espacio urbano.

Dichos sistemas de captación de la energía solar suelen tener notables problemas de pérdida de eficiencia y/o precios prohibitivos: ambas causas determinan una escasa aplicación de las últimas tecnologías citadas y, por lo tanto, una exigua presencia en el mercado de dichos módulos fotovoltaicos curvados.

La tecnología fotovoltaica se utiliza hoy en día para la producción de energía eléctrica para abastecer distintos tipos de dispositivos electrónicos urbanos (tales como farolas, estaciones de recarga de vehículos eléctricos, o estaciones de recarga de aparatos móviles), especialmente en contextos conocidos como "Smart Cities". Son conocidas farolas dotadas de un sistema de captación de energía mediante células fotovoltaicas, las cuales pueden almacenar la energía captada por la radiación solar, en las que se regula la carga de batería, el encendido de las luminarias bien sea desde las mismas o bien a distancia, y en la que se utiliza tecnología fotovoltaica de capa delgada de silicio cristalino o silicio amorfo o CIGS/CIS flexible que incorporan sensores de presencia, y utilizan baterías de litio y, que también incorporan un sistema de lámparas LEDs, con posibilidad de abastecerse de la red eléctrica cuando se agota la energía eléctrica almacenada. Dichos sistemas de iluminación con tecnología fotovoltaica se pueden agrupar en las siguientes principales categorías: a. Farolas con un diseño formado por varios elementos y módulo fotovoltaico plano.

b. Farolas compactas con módulo fotovoltaico plano.

c. Farolas compactas en las cuales el módulo fotovoltaico se adhiere a la luminaria.

d. Farolas compactas en las cuales el módulo fotovoltaico está situado en el báculo.

Los anteriores grupos de farolas adolecen de los siguientes inconvenientes: a. Se trata de sistemas en la mayoría de los casos no compactos, poco funcionales y en los cuales se presta, generalmente, una exigua atención al diseño.

b. Presenta el inconveniente de la necesidad de orientar adecuadamente el módulo fotovoltaico, hecho que puede representar una limitación en varias aplicaciones.

c. Se trata de un sistema escasamente eficaz y no completamente integrado, con una superficie de captación reducida. d. El diseño está limitado a la forma cilindrica.

Por otra parte, es conocido un tipo de farola autosuficiente diseñada por el mismo titular, en su solicitud de patente Europea n ^e 2.522.900, cuyo objeto es una "Lámpara fotovoltaica solar de energía autosuficiente" y cuyo fin es proporcionar una solución simultánea a los anteriores problemas e inconvenientes por medio de un diseño compacto, integrado y eficiente.

Sin embargo, en ningún documento conocido hasta la fecha se muestra un módulo fotovoltaico con una configuración tal que permita captar, gestionar y abastecer a un dispositivo receptor (tal como un elemento de iluminación de tipo LED) con una eficiencia energética óptima y con una gran versatilidad en cuanto a su posible empleo en distintos tipos de sistemas receptores distintos a una luminaria.

La finalidad de la presente invención es concebir un diseño estructural y funcional de un módulo fotovoltaico abovedado, que permita albergar en su interior, en una de sus aplicaciones, todas las herramientas por su correcto funcionamiento, y que sea capaz de ser utilizado para abastecer de la energía captada con una eficiencia energética óptima a uno o varios elemento/s receptor/es, tal como: un elemento de iluminación de tipo LED en forma de luminaria, un elemento de sensores de cualquier tipo tales como de presencia, de tráfico, de contaminación, Wi-Fi, o similar, un elemento de señalización de trafico de tipo intermitente, SOS en áreas de servicios, etc., una estación de recarga de teléfonos móviles u otros dispositivos móviles como tabletas u ordenadores, u otros elementos de todo tipo utilizados en vía pública. Además este módulo fotovoltaico se puede utilizar en el sector náutico.

Otra finalidad de la presente invención es que dicho módulo fotovoltaico sea capaz de trabajar de modo autónomo, que sea capaz de trabajar conectado a la red eléctrica de distribución y que sea capaz de trabajar de modo combinado (autónomamente o bien en red), según convenga en cada caso.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

A tal finalidad, el objeto de la presente invención es un módulo fotovoltaico, definido según la parte caracterizado ra de la reivindicación 1 .

En las reivindicaciones 2 y sucesivas se describen modos de realización del módulo fotovoltaico de la presente invención.

El módulo fotovoltaico de la invención se caracteriza por comprender exteriormente una superficie fotovoltaica de configuración convexa abovedada, otorgando dicha configuración varias prestaciones y ventajas respecto a otro tipo de configuraciones existentes en el mercado.

En una de sus posibles aplicaciones, dicho módulo fotovoltaico puede comprender un elemento de conexión eléctrica conectado a dicha superficie fotovoltaica, cuya finalidad es la de conectar eléctricamente y con total seguridad dicho módulo fotovoltaico con otros dispositivos receptores, para que dicho módulo fotovoltaico abastezca de la energía captada a uno o varios dispositivo/s receptor/es.

La superficie fotovoltaica de la presente invención está constituida por una multitud de células fotovoltaicas conectadas entre sí, lográndose esta particular y ventajosa configuración convexa abovedada por medio de la utilización de un tipo de células fotovoltaicas determinadas que se ha constatado que aportan la idónea flexibilidad a dicha superficie para lograr su doblado y poder adquirir dicha particular configuración, a la vez que cumpla todas las prestaciones en cuanto a su capacidad y eficiencia de captación de la energía solar.

Los materiales de fabricación de las células fotovoltaicas constituyentes del módulo fotovoltaico que han sido seleccionados por ser los más idóneos para llevar a cabo esta invención, tras numerosos ensayos y pruebas de campo efectuadas por parte del solicitante, son:

(a) con la tecnología no flexible (tecnología rígida) de Silicio Cristalino (Si-x), o bien

(b) con la tecnología flexible de capa/lámina fina: que engloban principalmente, las basadas en telururo de cadmio (CdTe), o silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), o diseleniuro de cobre-indio-galio (CIGS).

De modo preferente, dentro de la tecnología flexible de capa/lámina fina, la que ha demostrado unos resultados más satisfactorios es el material diseleniuro de cobre- indio-galio (CIGS), aunque otro tipo de materiales de la tecnología flexible también han demostrado unos notables resultados.

Por otra parte, el solicitante ha evidenciado que al compartimentar la superficie fotovoltaica en una pluralidad de porciones o segmentos axiales del mismo tamaño unidos lateralmente entre sí, y constituidos a su vez por múltiples células fotovoltaicas, aporta una serie de ventajas. La citada pluralidad de porciones o segmentos axiales unidos lateralmente entre sí una vez se montan quedan conectados eléctricamente (en serie y/o en paralelo) cada porción/segmento con el siguiente.

Ventajosamente el hecho de compartimentar o subdividir la superficie fotovoltaica en distintas porciones axiales se ha constatado y verificado por parte del solicitante que facilita en gran medida la correcta y más fácil fabricación del módulo con la curvatura indicada.

De modo preferente, la superficie fotovoltaica de la invención comprende una superficie interior constituida por una pluralidad de células fotovoltaicas conectadas entre sí, la cual está cubierta total o parcialmente por una superficie exterior de encapsulado fabricada con material de protección por ejemplo un material polimérico con fibras reforzadas, cristal, u otro material equivalente a los dos anteriores. Dicho encapsulado tiene la función de proteger a la superficie interior fotovoltaica del deterioro de los agentes externos, tales como la lluvia, nieve, polvo o viento. De modo opcional, la superficie fotovoltaica de la invención puede comprender una lámina o superficie interior aislante térmicamente que está dispuesta en la parte interna de la totalidad o parte de la superficie fotovoltaica, por ejemplo fabricada con un material tipo "alfombra". La principal finalidad de dicha lámina o superficie aislante no es otra que la de minimizar el calentamiento del espacio que queda en la parte interior del módulo fotovoltaico debido a la acción de las propias células fotovoltaicas, y evitar así el desgaste o incluso el fallo de los elementos que están ubicados en el interior del módulo fotovoltaico (por ejemplo un elemento de almacenamiento de la energía fotovoltaica) debido a las elevadas temperaturas alcanzadas en este espacio interior.

En una realización preferida de la invención, la superficie fotovoltaica de configuración abovedada está truncada superiormente definiendo una abertura superior. En dicha abertura superior se dispone un elemento en forma de cúpula, que cierra superiormente el volumen interior del módulo fotovoltaico.

Dicho elemento en forma de cúpula se configura preferentemente de tal manera que presenta una fácil extracción por parte de un usuario, por ejemplo para poder acceder fácilmente a la parte interior del módulo en las tareas de mantenimiento de los dispositivos de almacenamiento y control. Este elemento en forma de cúpula, preferentemente no está fabricado por células fotovoltaicas.

En una realización preferida de la invención, en la abertura inferior de la superficie fotovoltaica se dispone un elemento inferior que cierra inferiormente el volumen interior del módulo fotovoltaico. Preferentemente, este elemento inferior no está fabricado por células fotovoltaicas, sino de otro material.

La forma tan particular y ventajosa del módulo fotovoltaico, la disposición de las células fotovoltaicas en el mismo, así como la forma global del panel, se ha concebido tras numerosos estudios, teóricos y de campo llevados a cabo por el titular, el cual ha investigado tanto cuestiones de aprovechamiento de la máxima cantidad de energía eléctrica potencialmente producida por el panel, como aspectos que se refieren a las conexiones eléctricas de las porciones de células fotovoltaicas y, finalmente, también aspectos estéticos.

Se ha constatado que dicha geometría abovedada truncada superiormente del módulo fotovoltaico presenta unas condiciones óptimas si presenta los siguientes parámetros:

Diámetro inferior (D2) / Altura (H)= comprendido entre los valores 1 ,3 y 1 ,6.

Diámetro superior (D1 ) / Altura (H)= comprendido entre los valores 0,5 y 0,9.

Ángulo inferior de curvatura de la generatriz (Alfa 1 ) = comprendido entre los valores 80 ^e y 95 ^e .

Ángulo medio de curvatura de la generatriz (Alfa 2) = comprendido entre los valores 65 ^e y 75 ^e .

Ángulo superior de curvatura de la generatriz (Alfa 3) = comprendido entre los valores 35 y 46 ^e .

No obstante, otra configuración similar a la descrita anteriormente se podrá utilizar, sin que ello altere la esencialidad de la presente invención.

En una de sus posibles aplicaciones de la invención, dicho módulo fotovoltaico comprende además, como mínimo, unos medios de almacenamiento de la energía fotovoltaica y/o unos medios de control de la energía fotovoltaica. Los citados medios de almacenamiento de la energía fotovoltaica y/o los medios de control se disponen preferentemente en la parte interior de dicha superficie fotovoltaica de configuración abovedada, estando ambos medios conectados eléctricamente a dicho módulo fotovoltaico.

El módulo fotovoltaico de la invención está adaptado también para conectarse con uno o más dispositivo/s receptor/es de la energía captada, donde el/los dispositivo/s receptor/es de energía es seleccionado/s preferentemente de uno o una combinación del grupo constituido por: un elemento de iluminación formado por LEDs o OLEDs; y/o

un elemento sensor de: presencia, de tráfico, de contaminación, o de Wi- Fi; y/o

un elemento de señalización de trafico de tipo intermitente, o SOS en áreas de servicios; y/o

una estación de recarga de teléfonos móviles u otro elementos móviles tales como tabletas u ordenadores; y/o

un elemento electrónico de los utilizados en la vía pública.

El/los mencionado/s dispositivo/s receptor/es puede/n formar parte del módulo fotovoltaico, o bien ser externo/s al mismo y estar conectado/s a él mediante los medios adecuados.

Opcionalmente, el módulo fotovoltaico objeto de la invención puede presentar un óptimo sistema de ventilación con el objetivo de garantizar el correcto funcionamiento de las herramientas y elementos o dispositivos contenidos en el interior del módulo. Dicho sistema de ventilación está constituido por una pluralidad de aberturas de ventilación dispuestas preferentemente en la parte inferior, adaptadas para crear una corriente de convención natural de aire que penetra por dichas aberturas inferiores y sale por otras aberturas previstas en la parte superior, en el contacto entre el módulo fotovoltaico y la cúpula. Un posible ejemplo de realización de la presente invención es un módulo fotovoltaico que está configurado para abastecer de la energía captada a un dispositivo receptor constituido por un elemento de iluminación a base por ejemplo de LEDs, estando el módulo fotovoltaico integrado y formando parte del elemento de iluminación o luminaria. En esta realización concreta de la invención, la abertura inferior de la superficie fotovoltaica se cierra por un elemento inferior en el que se disponen en posiciones específicas una pluralidad de fuentes de luz, por ejemplo LEDs, de tal modo que el número de fuentes de luz, sus distintas ópticas, y las posiciones específicas en que están colocados dichas fuentes de luz en el elemento inferior determinan fotometrías distintas, según el emplazamiento que se desee iluminar.

Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que sigue a continuación, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompañan en los que se muestra a título ilustrativo pero no limitativo una representación gráfica de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS:

Sigue a continuación una relación de las distintas partes de la invención que se encuentran en las figuras anexas y que se identifican con los números que siguen;

(1 ) farola,

(2) poste,

(3) módulo fotovoltaico,

(4) superficie fotovoltaica,

(5) cúpula,

(6) elemento inferior,

(7) fuente de luz,

(8) abertura superior de la superficie fotovoltaica,

(9) medios de almacenamiento de la energía o batería,

(10) medios o electrónica de control,

(1 1 ) elemento de soporte de la batería y electrónica,

(12) luminaria,

(13) porciones o segmentos. En las figuras:

La figura n ^e 1 es una vista en alzado de una luminaria (12) integrada en la parte superior de una farola (1 ) anclada en el suelo, y formando parte el módulo fotovoltaico (3) de la citada luminaria (12);

La figura n ^e 2 es una vista detallada en perspectiva de la luminaria (12) de la figura n ^e 1 , la cual comprende el módulo fotovoltaico (3), que comprende superiormente una cúpula (5), por debajo un elemento inferior (6) montado en el extremo superior de un poste (2);

La figura n ^e 3 es una vista en planta superior de la luminaria (12) de la figura n ^e 1 , en la que puede verse la superficie fotovoltaica (4) y la cúpula (5); La figura n ^e 4 es una vista en planta inferior de la luminaria (12) de la figura n ^e 1 , en la que puede observarse la disposición específica de las fuentes de luz (7);

La figura n ^e 5 es una sección transversal en alzado de la luminaria (12) de la figura n ^e 1 , en la cual se muestran la batería (9), los medios o electrónica de control (10) y el elemento de soporte de la batería y electrónica (1 1 );

La figura n ^e 6 muestra esquemáticamente un ejemplo preferido de los parámetros que definen la geometría específica del módulo fotovoltaico (3); La figura n ^e 7 ilustra en perspectiva un ejemplo posible de la configuración exterior del módulo fotovoltaico (3); y

La figura n ^e 8 ilustra otro ejemplo posible de la configuración exterior del módulo fotovoltaico (3), en la que la superficie fotovoltaica (4) está compartimentada en porciones o segmentos (13).

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN:

En una de las realizaciones preferidas de la invención, y tal y como puede verse en las figuras n ^e 1 a 8, la luminaria (12), incorporada en el extremo superior de un poste (2) formando una farola (1 ), incorpora un módulo fotovoltaico (3) según la invención.

En el caso concreto de las figuras n ^e 1 a 8, el módulo fotovoltaico (3) comprende una superficie fotovoltaica (4) exterior de configuración convexa en donde se disponen las distintas células fotovoltaicas, disponiéndose en la parte superior de dicha superficie fotovoltaica (4) una cúpula (5), y en la parte inferior un elemento inferior (6). En dicho elemento inferior (6) se disponen, en posiciones específicas, una pluralidad de fuentes de luz (7), por ejemplo LEDs, de tal modo que el número de fuentes de luz (7), sus distintas ópticas, y las posiciones específicas en que están colocadas dichas fuentes de luz (7) en el elemento inferior determinan fotometrías distintas, según el emplazamiento que se desee iluminar.

La estructura interna de la luminaria (12) puede verse en la figura n ^e 5.

En el volumen interior del módulo fotovoltaico (3) se disponen todos los medios eléctricos y electrónicos para su perfecto funcionamiento, y que convierten la energía captada por las células fotovoltaicas en la superficie fotovoltaica (4) en energía eléctrica para el encendido de las fuentes de luz (7).

Presenta como mínimo unos medios de almacenamiento de la energía fotovoltaica o batería (9) y unos medios de control (10), los cuales preferentemente se disponen en un elemento de soporte (1 1 ), dispuesto preferentemente a una cierta altura respecto al elemento inferior, para facilitar el alcance del usuario en las tareas de mantenimiento al desmontar la cúpula (5) por la parte superior.

Una geometría específica preferida de la superficie fotovoltaica (3), mostrada en la figura n ^e 10, presenta los siguientes parámetros:

Diámetro inferior (D2)= 800mm.

Diámetro superior (D1 )= 385mm.

Altura (H)= 537mm.

Altura (h) de cambio de curvatura= 268 mm.

Ángulo inferior de curvatura de la generatriz (Alfa 1 )= 87,5 ^e

Ángulo de cambio de curvatura de la generatriz (Alfa 2)= 71 ,2 ^e

Ángulo superior de curvatura de la generatriz (Alfa 3)= 41 ,5 ^e

Distancia de cambio de curvatura= 41 ,5 mm.

Distancia de inicio abertura superior= 204,7 mm. Descrita suficientemente la presente invención en colaboración con las figuras anexas, fácil es comprender que podrán utilizarse en la misma cualesquiera modificaciones de detalle que se puedan diseñar, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención que queda resumida en las siguientes reivindicaciones.