ES3038118T3

ES3038118T3 - Improvements to solar panels and harvesting of solar derived energy

Info

Publication number: ES3038118T3
Application number: ES18883857T
Authority: ES
Inventors: Glen Lee Ryan
Original assignee: Sunovate Pty Ltd
Current assignee: Sunovate Pty Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2025-10-09
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: US20210376787A1; CN111656537A; EP3718147A4; US11888444B2; CA3083535A1; EP3718147C0; AU2024227430A1; CN111656537B; EP3718147A1; PL3718147T3; WO2019104380A1; EP3718147B1; AU2018377851A1

Abstract

El aparato térmico fotovoltaico (PVT) 10 combina un panel fotovoltaico (PV) 24 y un calentador solar de aire (SAH). El SAH incluye un cuerpo 12 con un interior hueco 14 que define los conductos 16a y 18a para la entrada de aire 16 y el retorno de aire 18. Las boquillas 22 proporcionan aire para transportar el calor desde la parte inferior del panel fotovoltaico. Los espacios entre las boquillas proporcionan drenajes 26 para que el aire caliente fluya. Los modificadores/deflectores de flujo 124 pueden guiar el flujo de aire. Un ventilador 42 impulsa el aire ambiente hacia la entrada 16 a través de la unidad de tratamiento de aire (UTA) 50. El aire caliente de retorno fluye a través de la UTA y se escapa por el extractor de aire 40. Una unidad combinada de transferencia y almacenamiento térmico 52 determina si el aire del panel o paneles PVT se desvía al espacio interior. Para condiciones ambientales más frías, el aparato PVT puede radiar calor para devolver el aire frío al espacio. El aparato PVT puede recolectar condensación, calentar/enfriar piscinas y procesos industriales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Mejoras en paneles solares y recolección de energía derivada del sol

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un colector térmico fotovoltaico de aire solar híbrido.

Antecedentes de la invención

Las actividades de la humanidad han tenido un impacto en el clima de la Tierra. Una parte de esta ecuación ha sido el uso y la dependencia de los combustibles fósiles. Se ha dado cuenta de que existe una necesidad apremiante de hacer la transición a una cadena de suministro de energía utilizando una mayor proporción de energía renovable.

La energía solar del Sol es la fuerza motriz principal de todos los sistemas energéticos de la Tierra y los seres humanos han utilizado el potencial de tal energía solar de modo evolutivo durante años; tal como emplear espejos, lentes ópticas, calefacción solar, secado y más recientemente; aire solar, calentadores de agua y celdas o paneles fotovoltaicos (PV, por sus siglas en inglés).

La escala de la utilización de la energía solar ha aumentado drásticamente en los últimos años de instalaciones de kW a grandes campos PV que ahora superan los 200 MW.

En 2 horas cae suficiente energía sobre la superficie de la tierra para satisfacer la demanda anual de energía mundial. Sin embargo, es una forma de energía difusa y desigual que no tiene la capacidad de concentrarse de forma natural como otras formas de energía renovable (p. ej., el viento, las olas y la geotérmica).

La energía solar es bien reconocida como un recurso que puede implementarse ampliamente en todo el mundo y puede escalarse desde varios vatios a instalaciones de varios megavatios utilizando esencialmente el mismo concepto de panel solar. Esto está respaldado por la evidencia de algunos mercados que muestra tasas de crecimiento sostenido año tras año, y se ha informado que tal crecimiento supera el 30 % de la tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR, por sus siglas en inglés) de la capacidad instalada PV. Los sistemas solares térmicos de agua caliente han sido asequibles y han estado disponibles durante mucho más tiempo. Como resultado este mercado es más maduro y mantiene poco crecimiento, pero aún mantiene una cuota de mercado significativa con un valor anual de más de 15.000 millones de dólares. Las últimas estadísticas de 2016 indican que la capacidad instalada total acumulada PV solar es de 303 GW y de solar térmica de 456 GW.

Hasta hace poco, el crecimiento de la energía solar en los techos era relativamente ilimitado debido al espacio, ya que había una gran cantidad de área en la que podían ubicarse estos sistemas. Las instalaciones se construyeron alrededor de estructuras de techo existentes y muchas instalaciones de un único propósito ocuparon el mismo techo (es decir, PV y SHW) usualmente de un modo l reacondicionado al azar, con una consideración limitada por el rendimiento o la estética. Sin embargo, a medida que el entorno construido aspira a avanzar hacia edificios con cero emisiones y “edificios inteligentes” , y los servicios y la movilidad pasan a ser eléctricos, existe una demanda cada vez mayor de electricidad y un aumento de la demanda de un mayor rendimiento de los recursos solares disponibles.

La limitación de la superficie exige que se maximice la cantidad de energía extraída de cada metro cuadrado de espacio de techo (o campo solar). A medida que estos sistemas solares se vuelvan omnipresentes en una variedad de espacios de techo, es probable que también haya una creciente demanda de que estas instalaciones se apliquen de un modo mucho más estético que el enfoque ampliamente adoptado de montaje directo en el techo.

Históricamente, la electricidad se ha utilizado para dar servicio tanto a dispositivos de alto consumo tal como el accionamiento de motores eléctricos hasta dispositivos de baja calidad en calentadores de agua/de espacios con resistencia eléctrica. A medida que la sociedad avance hacia la electrificación de todo el valor atribuido a la electricidad aumentará proporcionalmente a esta demanda. Esto redirigirá el consumo de electricidad lejos de estas aplicaciones de menor calidad que requieren que la energía para estas aplicaciones provenga de fuentes térmicas locales disponibles de modo legible tal como el aire ambiente o la energía solar. Algunas de estas fuentes de calor podrían utilizarse directamente o podrían necesitar mejoras para satisfacer las necesidades de los consumidores. La tecnología de bomba de calor se implementa comúnmente para estas aplicaciones. Las bombas de calor suelen consumir una cuarta parte de la electricidad necesaria para soportar la carga de calentamiento equivalente en comparación con el calentamiento por resistencia eléctrica directa. La tecnología de bombas de calor se utiliza cada vez más para reemplazar todas las formas de calentamiento de agua caliente, electricidad, gas/petróleo y en algunos casos SHW en techos. Las bombas de calor también se utilizan cada vez más en la calefacción de espacios, sustituyendo la resistencia eléctrica y los sistemas de calderas centrales de gas/aceite/madera. El rendimiento de un sistema de bomba de calor aumenta proporcionalmente con una fuente de calor de mayor calidad. Esto permite consumir menos electricidad para ofrecer el mismo servicio de calefacción. Se espera que la creciente dependencia de la calefacción directa o de la calefacción asistida por bomba de calor aumente aún más la demanda de recursos de energía solar.

En los últimos años se han logrado grandes avances en el coste y el rendimiento de los paneles fotovoltaicos (PV), lo que se ha traducido en un crecimiento significativo del mercado para la industria PV. Sin embargo, los paneles solares disponibles en el mercado todavía tienen una eficiencia de conversión eléctrica relativamente baja, de entre el 15 al 22 % (tanto para diseños comunes y prémium, respectivamente). La principal investigación tecnológica precomercial en esta área está viendo paneles con eficiencias de conversión eléctrica superiores al 40 %.

Dado que el espacio del techo es limitado, la eficiencia de los paneles solares PV es cada vez más importante dada la creciente necesidad de energía eléctrica por parte de los edificios, los equipos y las personas.

En los productos PV comerciales actuales, entre el 75-80 % de la energía se convierte en calor y posteriormente se pierde en la atmósfera circundante a través de los efectos de radiación y convección. A modo de ejemplo; para niveles de energía solar incidente de 1000 Wm-2, más de ~ 750 Wm-2, se pierde en la atmósfera. La parte de la energía solar que no se utiliza en la generación de electricidad se convierte en calor. Como resultado, la celda solar se calienta hasta una temperatura donde las pérdidas térmicas están en equilibrio con la energía incidente no convertida. Las temperaturas de las celdas solares se han medido por encima de los 80 0C, pero típicamente se encuentra que son 25 0C más altas que la temperatura ambiente. Las influencias dominantes en la temperatura de las celdas solares se ven afectadas por el nivel de radiación solar incidente, la instalación, la temperatura ambiente y la velocidad del viento.

Una deficiencia en todas las tecnologías de celdas PV solares es la reducción del rendimiento de conversión eléctrica asociada al aumento de la temperatura de las celdas. El factor de degradación térmica común es nominalmente una reducción del 5 % en el rendimiento nominal por cada 10 0C por encima de una temperatura de celda de 25 0C. Por lo tanto, un panel solar con una temperatura de celda de 75 0C mostrará un rendimiento degradado del 25 % de su capacidad nominal. Este es un problema particular para los climas más cálidos, donde la capacidad eléctrica de un PV se degrada al mismo tiempo que la demanda eléctrica alcanza su punto máximo y la demanda de enfriamiento es mayor. En lugar de abordar este problema de pérdida de capacidad debido a la degradación del calor, el enfoque hasta la fecha ha sido añadir más capacidad PV.

Otra propiedad única de los sistemas PV es que su rendimiento es muy sensible a una única variación en cualquier celda de una cadena PV. Un panel PV típicamente consiste en 60 o 72 celdas por panel y un sistema PV conectado a un inversor puede tener entre 6 y 15 paneles conectados en serie por cadena. Por lo tanto, podría haber más de 1000 celdas solares conectadas en serie, y solo hace falta que una celda falle o tenga un rendimiento inferior para afectar al rendimiento de todo el sistema. Es por esta razón que se pone mucho cuidado en probar cada celda solar individual y clasificarla antes de fabricar el panel PV. Las celdas solares de una clasificación de rendimiento común se combinan y solo se utilizan en un único panel. Estos paneles a continuación se agrupan y clasifican posteriormente. En el nivel de sistema PV solo se utilizan los mismos paneles nominales para cualquier cadena de un sistema.

La inconsistencia en la radiación solar debido al sombreado y/o a los ángulos de instalación de los paneles o a las temperaturas de las celdas tiene un gran impacto en el rendimiento del sistema. Para aliviar esto, las cadenas PV usualmente se instalan en el mismo ángulo plano y con espacios libres similares debajo de las holguras de las cavidades del panel solar. Un resultado fundamental de cualquier sistema de enfriamiento PV, que tenga como objetivo recuperar la capacidad PV, es garantizar que haya un enfriamiento homogéneo en todas las celdas solares dentro de un panel solar PV y en toda la cadena PV. Este es un factor que frecuentemente se pasa por alto o no se aprecia cuando se prueban conceptos de enfriamiento.

Los calentadores solares de agua caliente (SHW, por sus siglas en inglés) para techos han estado disponibles y se han utilizado ampliamente durante muchos años. Se presentan en muchas formas, siendo la placa plana acristalada y los tubos evacuados el sistema dominante en el mercado y las tasas de adopción varían de un país a otro. Con el tiempo estos sistemas han aumentado su rendimiento gracias a mejoras tales como el doble acristalamiento, la mejora del aislamiento, el vidrio de baja emisividad y los innovadores recubrimientos absorbentes. Estos sistemas típicamente tienen eficiencias de conversión nominales superiores al 50 %. Aunque tienen eficiencias de conversión relativamente buenas, tienen un factor de capacidad muy bajo. Un sistema típico está diseñado para satisfacer la demanda invernal. En invierno, el factor de capacidad (utilización) del sistema es alto, ya que se tardará la mayor parte del día en satisfacer la demanda; sin embargo, en verano, esta demanda puede satisfacerse en una o dos horas, desperdiciando el resto de los días de energía solar. A medida que aumente la demanda de electricidad, esta mala utilización del limitado espacio utilizable en el techo ya no se considerará aceptable. Se apreciará que no todo el espacio del techo es práctico para montar paneles solares PV debido, por ejemplo, a los valles/faldones/aristas en el techo, las ventanas tipo buhardilla que se proyectan hacia afuera interrumpiendo la línea del techo, las ventanas de tragaluces que deben permanecer descubiertas, etc., y por lo tanto se necesitan sistemas eficientes para tal espacio de techo “ inmobiliario limitado” .

Los calentadores solares de aire (SAH, por sus siglas en inglés) también se han utilizado en climas más fríos para calentar espacios y secar productos agrícolas y comerciales. El diseño de los SAH generalmente se ha regido por el coste y sus aplicaciones. Los SAH típicamente tienen una alta eficiencia de conversión global (superior al 50 %); sin embargo, esto simplemente ha sido posible gracias a los altas velocidad de flujo del aire donde la calidad de energía (temperatura de salida) es de menor consideración. Se han realizado algunos avances tecnológicos en este mercado para aumentar la calidad de energía (temperatura) recibida del absorbedor. Estos han incluido el doble acristalamiento, el aislamiento mejorado, los recubrimientos absorbentes mejorados y los métodos para mejorar el coeficiente de transferencia de calor entre el absorbedor y el fluido de trabajo (aire). Algunos de estos métodos de mejora han incluido perforar o ranurar orificios de transpiración en la placa de absorción, la introducción de aletas y otras protuberancias externas fijas en la placa de absorción, potenciadores de la turbulencia del aire, tales como deflectores y desviadores de flujo, y la utilización de chorros que chocan contra la placa de absorción. Como la demanda de los SAH de alta eficiencia que producen calor de alta calidad es baja, solo se han logrado avances limitados en las mejoras a lo largo del tiempo.

Los problemas anteriores de; la estética, el coste, la escalabilidad comercial, las limitaciones de espacio, la baja eficiencia de conversión de los sistemas PV, los factores de baja capacidad del sistema térmico, el aumento de la demanda térmica, la demanda térmica estacional variable y la degradación térmica, deben abordarse simultáneamente.

Está ampliamente aceptado que la electricidad PV es la forma de producción más valiosa, flexible y comercializable de un sistema solar en comparación con la energía térmica. La reducción de los costes de la energía PV y la priorización de la producción PV han dado lugar a la aparición en el mercado de los primeros sistemas híbridos solares fotovoltaicos térmicos (PVT, por sus siglas en inglés) comerciales que representan un nuevo campo de generación de energía renovable. Esto ha sido reforzado mediante la publicación de aumentos de eficiencia general de 3 a 4 veces mayores que los de los sistemas PV convencionales exclusivamente. Este mercado emergente de PVT ha avanzado a buen ritmo para abordar algunos de los problemas mencionados anteriormente, pero ningún producto por sí solo ha podido satisfacerlos todos.

El mercado de PVT tiene dos clasificaciones principales de fluidos de trabajo utilizados en la mayoría de los sistemas: aire y líquido. El mercado de PVT se clasifica en dos modelos: panel plano (PVT) o concentrador (CPVT, por sus siglas en inglés).

Hasta la fecha, los sistemas de PVT de panel plano líquido/refrigerante han sido la opción más comercializada. Esto puede atribuirse al hecho de que los primeros desarrolladores e innovadores en este ámbito buscaban unir los sistemas de SHW existentes con los sistemas PV utilizando su base de conocimientos existente.

Los sistemas líquidos de PVT generalmente consisten en una placa absorbente que se coloca en la parte posterior de un panel PV convencional en las instalaciones del fabricante (o en una modernización). Este líquido se envía después a un depósito de energía y se utiliza una bomba para controlar el flujo volumétrico y las temperaturas de salida. Estos sistemas logran una mejor utilización del espacio disponible y abordan parcialmente los problemas estéticos con paneles de tamaño uniforme en un factor de forma delgada (ancho de panel delgado). Un número de factores limitan estos sistemas de PVT;

• La incapacidad de ofrecer una temperatura de celda uniforme en todo el panel resultando en un desajuste en el rendimiento de las celdas. El intercambiador de calor típicamente tiene una única entrada y salida que usualmente se encuentran en esquinas opuestas o adyacentes del panel. El intercambiador de calor tiene un diseño intrínsecamente limitado, ya que las celdas más cercanas a la entrada siempre estarán más frías que las más cercanas a la salida, y en los paneles no acristalados, la temperatura de las celdas podría ser 25 0C más que la temperatura ambiente y más alta nuevamente en los paneles de doble acristalamiento.

• El contacto térmico entre el intercambiador de calor y la parte posterior del panel PV es fundamental para asegurar coeficientes de transferencia de calor aceptables entre los dos. Las investigaciones de la industria han demostrado que incluso con un espacio de aire pequeño la transferencia de calor cae exponencialmente con el tamaño del espacio. Algunos fabricantes han introducido una pasta termoconductora para aliviar este inconveniente; sin embargo, tal unión proporcionada por la pasta térmicamente conductora siempre estará sujeta a cambios térmicos y correrá el riesgo de distorsión estructural.

• El potencial de enfriamiento de la celda se limita a la cobertura del intercambiador de calor. En la mayoría del estado de la técnica, el intercambiador de calor no cubre toda la extensión del panel, omitiendo las áreas que rodean la caja de conexiones y las extensiones de los bordes del panel. Esto resulta en un efecto de enfriamiento muy reducido debido a que las áreas descubiertas dependen únicamente de la conducción térmica a lo largo del panel de vidrio y de cualquier pérdida de calor por convección y radiación resultante. Por lo tanto se produce un gradiente térmico ineficiente entre la parte adyacente de la(s) celda(s) enfriada(s) activamente y las que no se enfrían activamente.

• La necesidad de introducir un intercambiador de calor para dispensar calor adicional (que supere la demanda interna) y garantizar que los paneles mantengan una temperatura de celda que sea segura y al mismo tiempo proporcione un buen rendimiento.

• En algunos casos, la necesidad de introducir un circuito intermedio de glicol para evitar que el fluido se congele en climas fríos.

• En algunos casos, la utilización de refrigerantes puede requerir técnicos con capacitación, licencias y manejo especializados. Las fugas también pueden ser difíciles de detectar.

• La introducción de líquidos conductores con el consiguiente potencial de fuga en las juntas en un entorno confinado de CC de alto voltaje.

• El peso adicional del panel asociado al intercambiador de calor líquido.

• Complejidad adicional de los requisitos de plomería durante la instalación.

• Dificultad adicional para reemplazar los paneles o quitarlos si posteriormente se requiere la entrada al techo después de la instalación.

Los sistemas de líquido de CPVT están comenzando a tener una mayor aceptación en el mercado en climas más fríos donde una carga térmica existente domina las necesidades de consumo de las instalaciones y se prioriza sobre las necesidades eléctricas. Los sistemas de líquido de CPVT tienen factores limitantes similares a los del sistema de líquido de PVT; sin embargo, la principal desventaja distintiva es el tamaño relativamente grande del panel comparativo en área y en profundidad (250 mm). Esto dificulta que el CPVT satisfaga las necesidades estéticas a menos que pueda integrarse en el techo o ubicarse fuera de la vista. Una ventaja distintiva es la capacidad de lograr una temperatura de salida del líquido de mayor calidad mediante la utilización de concentradores de espejo.

Los sistemas de PVT de aire/gas suelen consistir en un espacio cerrado que captura el calor irradiado y la convección desde la parte inferior del panel PV. Estos sistemas han tendido a ser de naturaleza voluminosa y se cree que la complejidad asociada a los conductos de aire ha limitado su adopción más amplia en el mercado hasta la fecha.

Los sistemas de aire de PVT parecen haber surgido de dos corrientes de aplicación: la primera consistía simplemente en capturar el calor convectivo disponible en la parte inferior del panel PV encerrándolo y transfiriéndolo a través de conductos. Las mejoras de este proceso incluyeron el aislamiento en la parte inferior de la caja para capturar aún más el elemento de radiación de la parte inferior. La segunda parece ser la adopción de técnicas físicas similares aplicadas en el mercado de SAH para mejorar el coeficiente de transferencia de calor entre la corriente de aire y la superficie posterior del panel PV.

Al igual que los sistemas de SAH, los sistemas de aire de PVT también pueden lograr eficiencias de conversión muy altas mediante la adopción de caudales de masa; sin embargo, han sido limitados en su capacidad de extraer eficientemente una mayor calidad de energía.

Los sistemas de PVT de aire se han implementado como sistemas de bucle abierto o cerrado. Un sistema de bucle abierto introduce aire nuevo directamente desde el exterior (tal como se describe en la patente US-9.103.563 B1), donde, como en un sistema de bucle cerrado, el aire se extrae del interior del edificio. Ambos sistemas utilizan el efecto de flotación del aire caliente que sube y colocan las entradas en la parte inferior de un panel inclinado y el escape de aire caliente en la parte superior. Típicamente, el aire circula utilizando un ventilador incorporado en el circuito de conductos y que se introduce en el edificio durante el modo de calefacción o se ventila al ambiente cuando no hay demanda térmica.

Algunos sistemas, tales como los descritos en una solicitud de patente de los EE. UU. publicada como US-2011/0120528 A1, han introducido una unidad de recuperación de energía (ERU, por sus siglas en inglés) que transfiere el calor de la corriente de aire a las bobinas de calentamiento de fluido que pueden contener agua/glicol o refrigerante.

Todas las formas actuales de sistemas de PVT de aire utilizan un método de transferencia de calor que requiere que el flujo de aire pase por al menos dos celdas PV adyacentes. En un único panel PV el mínimo de celdas PV adyacentes en el eje corto es de 6 y de 10 o 12 en el eje largo. De cualquier modo esto crea un diferencial inevitable de temperatura de la celda a lo largo de la trayectoria del flujo de aire. Esto no conduce a maximizar la salida térmica eficiente y de alta calidad ni a mantener una temperatura constante de la celda para aumentar la capacidad PV. Otros diseños agravan este problema introduciendo paneles adicionales en serie en la trayectoria del flujo.

Se han logrado medios adicionales para aumentar la transferencia de calor de PVT del aire a través del empleo de aletas fijas para permitir que se conduzca más calor a la trayectoria del flujo de aire, mientras que se han agregado obstrucciones de flujo adicionales para aumentar la rugosidad de la superficie. Esto da como resultado un aumento de la turbulencia del fluido que permite la ruptura de la capa límite del fluido. La efectividad de estas técnicas depende en gran medida de las velocidades de flujo de aire. En condiciones donde hay una baja incidencia solar o condiciones de entrada muy frías (y al mismo tiempo debe reducirse la velocidad de flujo de aire para permitir alcanzar una condición de salida viable), los efectos de transferencia de calor de estas medidas se reducen exponencialmente. Las condiciones de flujo reducido también crean el entorno para un flujo inestable donde el flujo se vuelve variable (ascendente) y/o crea trayectorias de canalización a través de las obstrucciones que conducen a una mayor transferencia de calor no uniforme.

Este problema es reconocido y se requiere investigación para desarrollar nuevas técnicas que mejoren la transferencia de calor y masa. Se ha considerado la utilización de técnicas de impacto de chorros para abordar esta necesidad. Por ejemplo, la patente US-4.201.195 (Sakhuja) intentó abordar este problema con una placa de impacto por chorro ubicada debajo de la placa de absorción con aire forzado a lo largo del eje longitudinal del panel acristalado. El aire se introduce en un extremo por debajo de la placa de impacto del chorro y después es forzado a través de la placa de impacto del chorro hacia el absorbedor. El aire gastado se expulsa entonces a través de la salida de aire. La limitación de este diseño y sus diversas realizaciones es que el aire gastado interrumpe cada vez más los chorros ubicados hacia el extremo de escape del panel. Esto reduce la efectividad de esos chorros, al igual que la transferencia de calor adicional que se experimenta cuando el aire pasa por debajo de la placa de inyección.

La patente FR 2727790 A1 describe un colector térmico PV de aire solar híbrido según el preámbulo de la reivindicación 1.

La industria de la informática y la electrónica de energía ha experimentado un crecimiento exponencial en las últimas décadas. Este sector ha buscado emplear nuevas técnicas innovadoras para disipar más y más energía por unidad de área a medida que aumentan cada año los avances en la capacidad de carga actual de la electrónica de energía y la velocidad de conmutación de los chips de las computadoras. Los diseños típicos de intercambiadores de calor utilizados en estas aplicaciones se centran más en maximizar las velocidades de disipación de calor que en optimizar la potencia de bombeo de los fluidos de enfriamiento. La industria está investigando los microchorros y la microcanalización como un enfoque para lograrlo, con el potencial de disipar entre 150-200 Wcm-2. Esto supera con creces una carga térmica solar equivalente de 0,1 Wcm-2 en condiciones de aislamiento solar de 1000 Wm-2.

Un ejemplo de una realización de enfriamiento electrónica de energía se expresa en una solicitud de patente de los Estados Unidos de América publicada como US-2005/0143000 (Eisele). Este ejemplo utiliza una matriz de chorros de líquido para enfriar los componentes electrónicos.

La presente invención se ha desarrollado teniendo en cuenta los sistemas y problemas anteriormente mencionados.

La presente invención propone un colector térmico PV (PVT) híbrido de aire solar.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un colector térmico PV de aire solar híbrido que incluye un panel solar PV que tiene una pluralidad de celdas fotovoltaicas para recibir la radiación solar y un aparato de transferencia de calor.

El aparato de transferencia de calor incluye pasos de aire para que el aire fluya dentro de, a través de o fuera del aparato de transferencia de calor, en donde los pasos de aire incluyen múltiples pasos de aire, cámaras o cámaras impelentes a través de los cuales fluye el aire durante su utilización, y medios de modificación del flujo de aire configurados para dirigir el flujo de aire para transferir calor hacia o desde la parte posterior del panel PV solar.

Los medios de modificación del flujo de aire incluyen una matriz de chorros, boquillas de aire u orificios dispuestos en una trayectoria de flujo entre los pasos de aire del aparato de transferencia de calor y la parte posterior del panel PV solar, en donde dichos chorros, boquillas u orificios están dispuestos para dirigir el flujo de aire en la parte posterior del panel PV solar para permitir/mejorar el enfriamiento del panel PV solar, y al menos un drenaje para permitir la eliminación del aire después de impactar en la parte posterior del panel PV solar desde la matriz de chorros, boquillas de aire u orificios, a través de al menos un espacio entre cámaras impelentes adyacentes y/o entre al menos una cámara impelente y un borde periférico del panel PV solar o un casete de montaje, en donde la disposición de los chorros, boquillas de aire u orificios suministra el mismo potencial de enfriamiento a través de una serie de dichas cámaras impelentes de aire a cada celda del panel PV solar para proporcionar una temperatura de celda media sustancialmente idéntica de cada celda para maximizar la recuperación eléctrica.

El aparato o colector puede incluir acristalamiento sobre al menos parte de la al menos una celda o panel solar, de tal modo que la radiación solar pase a través del acristalamiento antes de llegar a la(s) celda(s) PV.

Las múltiples cámaras impelentes/cámaras pueden disponerse en serie de tal modo que el aire fluya de una a otra, o pueden disponerse en paralelo de tal modo que el flujo de aire se comparta/divida a través de las cámaras impelentes/cámaras.

El colector híbrido puede utilizarse para condensar la humedad de la atmósfera en la noche durante la operación de enfriamiento radiativo nocturno. Por ejemplo, un panel PV asociado expuesto al cielo nocturno inducirá una temperatura de la superficie del panel inferior a la del aire ambiente exterior. El paso del aire a través de la(s) cámara(s) impelentes y a través de la superficie inferior del panel PV asociado puede enfriar suficientemente la temperatura del aire que está por debajo del punto de rocío y la humedad se condensa del aire ambiente. Esta humedad puede recolectarse para su utilización.

La condensación recolectada por el sistema puede canalizarse, tal como mediante canales o conductos dispuestos en o dentro del panel PV, o conectarse al panel PV.

El control del número de dichos chorros operativos en uso en cualquier momento y/o el control de la velocidad del aire a través del chorro o de cada uno de dichos chorros pueden utilizarse/optimizarse para gestionar el enfriamiento del panel/cadena PV y, por lo tanto, la eficiencia del panel/cadena PV. Por ejemplo, es posible que se necesite menos enfriamiento por la utilización del (de los) chorro(s) en la noche en comparación con el día.

Alternativamente, o además, puede ser necesario aumentar el flujo de aire a través de uno o más chorros detrás de las zonas más calientes del panel/cadena, mientras que puede ser necesario disminuir el flujo de aire a través de uno o más chorros detrás de las zonas más frías del panel/cadena PV.

Una o más formas de la presente invención proporcionan por lo tanto chorros o números o regiones de chorros controlados individualmente. Por ejemplo, el flujo de aire desde el paso de aire, cámara o cámara impelente respectivo a uno o más chorros en una región de chorros puede controlarse limitando o aumentando la presión de aire dentro del paso de aire, cámara o cámara impelente respectivo y/o restringiendo/abriendo el diámetro/ancho o tamaño de uno o más de los chorros en una dicha región y/o permitiendo/impidiendo el flujo de aire hacia o fuera del uno o más chorros de la región.

El chorro o cada chorro pueden tener un perfil seccional de perfil de bordes cuadrados paralelos, perfil convexo, perfil cóncavo, perfil de salida de extremo cuadrado de boquilla de radio largo, perfil de boquilla de radio largo (extremo de lápiz), boquilla de radio largo (extremo de expansión), boquilla de radio largo (extremo ingleteado), o un número de los chorros que tienen una combinación de dos o más de los mismos.

Preferiblemente, el o cada chorro tiene una altura ('H') con respecto a una altura del chorro de montaje montado ('h'), es decir, con respecto a una apertura/orificio plano. La altura H es por lo tanto la altura a la que el chorro se proyecta por encima del plano/superficie base en la raíz del chorro. Preferiblemente, la altura está entre 3,0 mm y 25 mm, más preferiblemente entre 5 mm y 18 mm, y más preferiblemente alrededor de 10 mm.

La altura H puede expresarse como una proporción con respecto a h, tal como el 50 % para minimizar el arrastre del fluido gastado dentro del chorro. La proporción puede estar entre el 20 % y el 80 %, más preferiblemente entre el 40 % y el 60 %, y preferiblemente alrededor del 50 %.

Puede aplicarse un tratamiento/recubrimiento de la superficie en la parte posterior del panel PV que mejora el efecto de enfriamiento del flujo de aire del chorro de aire que incide en la parte posterior del panel.

Alternativa o adicionalmente, el tratamiento de superficie de la parte posterior del panel PV puede incluir una superficie texturizada, tal como aristas, ondulaciones, reticulados, patrones elevados o dentados/grabados/estampados, textura de superficie aleatoria o rugosidad. Ta textura de superficie puede aplicarse sobre o dentro de la capa externa del panel PV o como una lámina aplicada.

Los accesorios o recubrimientos aplicados al o detrás del panel pueden proporcionarse inmediatamente debajo del eje del flujo del chorro, a lo largo de la trayectoria de la superficie del chorro y en el límite entre dos o más flujos de chorro que se interponen.

El o cada paso, cámara o cámara impelente puede incluir aislamiento, tal como un recubrimiento o capa reflectante, una estructura de pared de celdas de espuma, una estructura laminada, o combinaciones de los mismos.

Una energía térmica fotovoltaica puede incorporar un inversor de energía, al menos un colector PV de aire solar híbrido según la presente invención y una unidad de tratamiento de aire principal (AHU).

Preferiblemente, la AHU principal incluye al menos un ventilador, interconexiones de conductos a al menos un aparato de PVT, conexiones de conductos a un módulo combinado de transferencia y almacenamiento térmicos (CTTSM), interconexiones de conductos a una entrada de aire ambiente y a un escape de aire ambiente.

Un sistema que incorpore un colector PV de aire solar híbrido de una o más formas de la presente invención puede monitorizar el caudal y/o la temperatura, tal como dentro o a través del al menos un paso, cámara o cámara impelente o antes o después de los chorros, o en una entrada y/o salida, o una combinación de dos o más de los mismos, y puede controlar una mezcla de aire en modo de bucle abierto y cerrado, de tal modo que pueda añadirse aire ambiente fresco al flujo de aire en bucle cerrado o viceversa, para lograr el resultado de servicio requerido u óptimo para el sistema y las exigencias del mismo.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1a muestra una vista superior en perspectiva con una sección recortada hacia atrás que muestra los componentes principales; el casete de montaje con conductos realizados, las cámaras impelentes de aire de las celdas y el panel PV solar de cobertura según una realización de la presente invención.

La figura 1b muestra una vista superior en perspectiva de un panel PVT y un casete de montaje completamente ensamblados según una realización de la presente invención.

La figura 1 c muestra una vista superior en perspectiva esquemática despiezada como se muestra en la figura 1 a, que muestra los componentes principales; el casete de montaje, las cámaras impelentes de aire de las celdas, el panel PV solar de cobertura y en esta figura 1c una lámina de acristalamiento adicional opcional para mejorar el rendimiento térmico según una realización adicional de la presente invención.

La figura 1 d muestra una vista superior en perspectiva despiezada que muestra el casete de montaje y una cámara impelente de aire de la celda individual con una superficie superior plana y drenajes ranurados según una realización alternativa de la presente invención.

La figura 1 e se refiere a la vista superior en perspectiva despiezada que muestra el casete de montaje y una cámara impelente de aire de la celda individual con una superficie superior plana y drenajes circulares que se alimentan con drenajes de cuchara adyacentes para recolectar el aire gastado en el perímetro de la celda PV según una realización alternativa de la presente invención.

La figura 1f muestra una vista superior en perspectiva despiezada que muestra el casete de montaje y una cámara impelente de aire de la celda individual con drenajes de cuchara para el aire gastado incorporado en la superficie superior plana. Los drenajes de cuchara están ubicados entre cada línea de boquilla y se extienden perpendicularmente a la línea central de la cadena PV. La profundidad de drenaje de cuchara aumenta a medida que pasa de la línea central al perímetro de la celda PV. En el perímetro de la celda PV, el drenaje de cuchara suministra un único drenaje circular compartido con la celda PV adyacente según una realización alternativa de la presente invención.

La figura 2a muestra una vista superior tridimensional esquemática de dos series completas de paneles de PVT según una realización de la presente invención que se muestra instalada en el techo de un edificio.

La figura 2b muestra una vista esquemática en sección de la figura 2a que muestra una disposición de conductos simplificada conectando dos cadenas completas de matrices de paneles de PVT con los interiores de un edificio.

La figura 3a muestra un diagrama en bloque que representa un sistema térmico y eléctrico integrado completo para una instalación típica que se muestra por separado para las funciones eléctricas y térmicas como se aplica en al menos una realización adicional de la presente invención.

La figura 3b muestra el mismo diagrama en bloque que la figura 3a y además representa el modo de bucle cerrado con el aire que se extrae del espacio del usuario mediante la unidad de tratamiento de aire y después se conduce a través del panel de PVT y después se devuelve a través de la transferencia térmica opcional y el módulo de almacenamiento de nuevo al espacio del usuario según otra realización de la presente invención.

La figura 4 muestra una vista esquemática en sección de los principales componentes de PVT aplicables a un edificio, y en particular ilustra las trayectorias de flujo de aire para una disposición de bucle abierto configurada para el modo de enfriamiento de PVT con el modo de enfriamiento de bucle cerrado de aire acondicionado (AC) de los ocupantes durante el día, según al menos una realización adicional de la presente invención.

La figura 5a muestra una vista esquemática en sección de los principales componentes de PVT para una aplicación de construcción (tal como una vivienda), y en particular ilustra las trayectorias de flujo de aire para una disposición de bucle cerrado configurada para el modo de calefacción durante el día según otra realización de la presente invención.

La figura 5b muestra una ilustración del diagrama en bloque del flujo del proceso de la realización mostrada en la figura 5a.

La figura 5c muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de la figura 5b configurada para el modo de calentamiento directo de los ocupantes en el modo de bucle cerrado. Ilustra la opción de omitir un módulo de transferencia y almacenamiento térmicos o, en algunas aplicaciones, la opción de no suministrar un módulo de transferencia y almacenamiento térmicos como parte de la instalación.

La figura 5d muestra una ilustración de un diagrama en bloque de flujo del proceso de la figura 5b configurada para el modo de transferencia térmica directa y calentamiento por almacenamiento en un modo de bucle cerrado, y en particular ilustra que el espacio ocupante/usuario está aislado o no se suministra como parte de la instalación según una realización adicional de la presente invención.

La figura 5e muestra una ilustración del diagrama en bloque del flujo del proceso de la figura 5b configurada tanto para el modo de calentamiento directo del ocupante/usuario y para el modo de calentamiento de transferencia y almacenamiento térmicos (modo de calor combinado), y en particular ilustra la opción de variar el flujo entre las dos demandas térmicas para que se adapte mejor a los requisitos del usuario según otra realización de la presente invención.

La figura 6a muestra una vista esquemática en sección de los principales componentes de PVT para una aplicación de construcción, y en particular ilustra las trayectorias de flujo de aire para una disposición de bucle cerrado configurada para el modo de enfriamiento nocturno según una realización adicional de la presente invención.

La figura 6b muestra una ilustración de un diagrama en bloque de flujo del proceso de una instalación de PVT de la figura 6a que muestra las opciones del proceso.

La figura 6c muestra una ilustración del diagrama en bloque del flujo del proceso de la figura 6b configurada para el modo de enfriamiento directo del ocupante y en particular ilustra la opción de omitir o no suministrar un módulo de transferencia térmica y almacenamiento como parte de la instalación según otra realización de la presente invención.

La figura 6d muestra una ilustración de un diagrama en bloque de flujo del proceso de la figura 6b configurada para el modo de transferencia térmica directa y enfriamiento de almacenamiento, y en particular ilustra que el espacio ocupante/usuario está aislado o no se suministra como parte de la instalación según una realización adicional de la presente invención.

La figura 6e muestra una ilustración del diagrama en bloque del flujo del proceso de la figura 6b configurada tanto para el modo de enfriamiento directo del ocupante como para el modo de enfriamiento por transferencia térmica y almacenamiento (modo de enfriamiento combinado), y en particular ilustra la opción de variar el flujo entre las dos demandas de enfriamiento térmico para que se adapte mejor a los requisitos del usuario.

La figura 7a muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de la figura 4 con la inclusión de una función de acondicionamiento de temperatura ambiente en un modo de “ bucle abierto” de enfriamiento de PVT diurno según una realización adicional de la presente invención.

Las figuras 7b a 7e ilustran métodos alternativos para realizar esta función según realizaciones alternativas de la presente invención.

La figura 7b muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de una aplicación de una alimentación de un enfriador evaporativo desde un suministro de agua de la red para enfriar la temperatura de entrada del aire ambiente en un modo de enfriamiento de PVT, de bucle abierto, según otra realización de la presente invención.

La figura 7c muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de una aplicación de una alimentación de un enfriador evaporativo desde un suministro de almacenamiento de agua fría para enfriar la temperatura ambiente de entrada del aire en un modo de enfriamiento de PVT diurno, en bucle abierto, según otra realización de la presente invención.

La figura 7d muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de una aplicación de un material de cambio de fase o masa refrigerado encapsulado para enfriar la temperatura de entrada del aire ambiente en un modo de enfriamiento de PVT, de bucle abierto, según otra realización de la presente invención.

La figura 7e muestra una ilustración del diagrama en bloque de flujo del proceso de la aplicación de un material de cambio de fase o masa refrigerado encapsulado para enfriar la temperatura de entrada del aire según una realización adicional de la presente invención, y en particular muestra el material de cambio de fase o masa térmica refrigerado integrado como parte del módulo combinado de masa térmica y almacenamiento. A diferencia de las realizaciones mostradas en las figuras 7b a 7c, la realización mostrada en la figura 7e está configurada en modo de bucle cerrado.

La figura 8a muestra un esquema simplificado que ilustra los componentes clave de la unidad de tratamiento de aire principal (AHU) para un modo de enfriamiento de PVT en un circuito de bucle abierto y la relación física de estos entre sí según una realización adicional de la presente invención.

La figura 8b muestra el mismo esquema simplificado de la figura 8a, pero con la trayectoria del flujo de aire en el modo de bucle cerrado.

La figura 9 muestra un esquema simplificado para ilustrar los componentes clave de la disposición del módulo combinado de transferencia y almacenamiento térmicos (CTTSM) y la relación física de estos entre sí, según una realización de la presente invención.

La figura 10a muestra el rendimiento térmico de una selección de colectores solares disponibles en un intervalo de condiciones de entrada asociadas a las temperaturas medias de los fluidos, la temperatura ambiente y el aislamiento solar en relación con una o más realizaciones de la presente invención.

La figura 10b muestra el rendimiento térmico de un sistema de PVT de acristalamiento único y doble según una realización de la presente invención.

La figura 10c muestra el rendimiento térmico de un sistema de PVT de acristalamiento único y doble según una realización de la presente invención y compara este rendimiento con disposiciones alternativas. El rendimiento térmico se ilustra en un intervalo de condiciones de caudales de masa.

La figura 11 a muestra una vista esquemática en sección transversal del panel de PVT dispuesto sobre un casete de montaje, y en particular ilustra el flujo de aire que se inicia desde el conducto de suministro y fluye hacia arriba hacia la entrada de la cámara impelente de aire de la celda según una realización de la presente invención.

La figura 11 b muestra un esquema de una vista seccional longitudinal parcial del panel de PVT dispuesto sobre un casete de montaje según una realización de la presente invención. Es una vista seccional que es perpendicular a la de la figura 11a.

La figura 12a muestra un esquema de un orificio en forma de chorro con un diámetro de orificio “d” según una realización de la presente invención.

La figura 12b muestra un esquema de un chorro de ranura con un diámetro/ancho de ranura “d” según una realización de la presente invención.

La figura 13 muestra un esquema en sección transversal del perfil de diversos chorros, incluido el chorro de orificio o el chorro de ranura (a) generado con un tubo de pared delgada, un chorro de orificio o un chorro de ranura (b) generado con un orificio o ranura perforado o perforado de paredes paralelas, un chorro de orificio o un chorro de ranura (c) generado con un orificio o ranura avellanado con el diámetro/ancho de salida del chorro mayor que el diámetro/ancho de entrada del chorro, un orificio, chorro o ranura (d) generado con un orificio o ranura avellanado con el diámetro/ancho de entrada del chorro mayor que el diámetro/ancho de salida del chorro, un orificio chorro o chorro de ranura (e) generado con una boquilla convergente con extremos cuadrados en la salida normal al flujo de salida, un chorro de orificio o chorro de ranura (f) generado con una boquilla convergente con extremos cónicos en la salida, un chorro de orificio o chorro de ranura (g) generado con una boquilla convergente con extremo avellanado en la salida, un chorro de orificio o chorro de ranura (h) generado con una boquilla convergente con un bisel angulado en los extremos en la salida, según al menos una realización de la presente invención.

La figura 14a-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa una disposición que incorpora una distribución uniforme de patrones en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes que corren solo por dos lados según una realización de la presente invención.

La figura 14a-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 a-a que muestra el perfil general de una cámara impelente de la celda de aire cuadrada y el flujo de aire localizado según una realización de la presente invención.

La figura 14b-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una distribución de desplazamiento de patrones en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes que corren solo por dos lados según una realización de la presente invención.

La figura 14b-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 b-a que muestra el perfil general de una cámara impelente de la celda de aire triangular y el flujo de aire localizado según una realización de la presente invención.

La figura 14c-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa una disposición que incorpora una distribución de patrones en forma de cuadrícula de los chorros y los drenajes internos de la cámara impelente de aire de la celda según una realización de la presente invención.

La figura 14c-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 c-a que muestra el perfil general de una cámara impelente de la celda de aire cuadrada con la inclusión de drenajes adicionales a través del cuerpo de la cámara impelente de aire de la celda y el flujo de aire localizado resultante según una realización de la presente invención.

La figura 14d-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una serie de ranuras de chorro a lo largo de la línea central axial de la cámara impelente de la celda de aire y la incorporación de una distribución uniforme del patrón de cuadrícula de los chorros de los orificio a cada lado de las ranuras y los drenajes que recorren cada borde según una realización de la presente invención.

La figura 14e-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una serie de ranuras de chorro a lo largo de la línea central axial de la cámara impelente de la celda de aire y la incorporación de una distribución uniforme del patrón de cuadrícula de los chorros de los orificio a cada lado de las ranuras y los drenajes que recorren cada borde según una realización de la presente invención.

La figura 14f-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora solo una serie de ranuras de chorros, con un conjunto alineado con la línea central axial de la cámara impelente de la celda de aire y las otras ranuras normales a la línea central y que se extienden hacia el borde hacia los drenajes, según una realización de la presente invención.

La figura 14g muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda representada en la figura 1d que ilustra una disposición que incorpora una distribución de patrones uniforme en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes segmentados que corren solo por dos lados. Se incluyeron además esquemas de las vistas en sección transversal B-B (figura 14gB-B) y C-C (figura 14gC-C) que muestran el perfil general de una cámara de cámara impelente de la celda de aire y los drenajes ranurados localizados para el flujo de aire agotado según una realización de la presente invención.

La figura 14h muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de aire de la celda representada en la figura 1e que ilustra una disposición que incorpora una distribución de patrones uniforme en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes segmentados que corren solo por dos lados. Se incluyeron además esquemas de las vistas en sección transversal B-B (figura 14hB-B) y C-C (figura 14hC-C) que muestran el perfil general de una cámara de cámara impelente de la celda de aire y los drenajes localizados para el flujo de aire agotado según una realización de la presente invención.

La figura 14i muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara impelente de celda representada en la figura 1f que ilustra una disposición que incorpora una distribución uniforme de patrones en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes de cuchara incorporados entre los chorros normales a la línea central de la celda PV. El área de la sección transversal del drenaje de cuchara aumenta a medida que avanza desde la línea central de la celda PV hasta el drenaje ubicado en el perímetro de la celda PV. Los drenajes corren en forma de matriz solo por dos lados. Se incluyeron además esquemas de las vistas en sección transversal B-B (figura 14iB-B) y C-C (figura 14iC-C) que muestran el perfil general de una cámara impelente de la celda de aire y los drenajes localizados para el flujo de aire agotado según una realización de la presente invención.

La figura 15a muestra un esquema de una sección de vista parcial en planta que ilustra el patrón de tratamiento de superficie de las aristas radiantes que se aplicará a la parte inferior de un panel PV convencional para mejorar la transferencia de calor al chorro incidente según una realización de la presente invención.

La figura 15b muestra un esquema de una sección de vista parcial en planta que ilustra un patrón de tratamiento de superficie de realización alternativo de aristas en espiral que se aplicará a la parte inferior de un panel PV convencional para mejorar la transferencia de calor al chorro incidente según una realización de la presente invención.

La figura 15c muestra un esquema de una sección de vista en planta parcial que ilustra un tratamiento de superficie alternativo según una realización de la presente invención.

La figura 15d muestra una ilustración esquemática de una vista en sección transversal A-A de un único chorro tal como se indica en la realización ilustrada en la figura 15c.

La figura 15e muestra un esquema que ilustra una sección transversal del panel de PVT con la inclusión de una arista deflectora aplicado a la parte inferior del panel PV que se ajusta coaxialmente a lo largo de toda la longitud de cada drenaje entre cada cámara impelente de aire de la celda, según una realización de la presente invención.

La figura 16a muestra un esquema de vista en planta de la superficie superior del panel de PVT que ilustra el patrón de flujo de condensado generado a partir de un panel ligeramente inclinado cuando funciona en el modo de enfriamiento radiativo nocturno según una realización de la presente invención.

La figura 16b muestra una vista en sección transversal esquemática de la figura 16a que ilustra el patrón de flujo de condensado a lo largo de la parte inferior del panel hacia el drenaje de recolección de condensado a través del canal de recolección de condensado según una realización de la presente invención.

La figura 16c muestra una vista esquemática detallada en sección transversal de la figura 16b que ilustra la fijación del canal de condensado a la parte inferior del panel PV y cómo el flujo se dirige al canal y a continuación se suministra a los drenajes de recolección según una realización de la presente invención.

La figura 17a muestra un esquema isométrico simplificado de una disposición de conductos dentro del casete de montaje y la configuración de la cámara impelente de aire de la celda resultante y los patrones de flujo de aire según una realización de la presente invención. Esta figura ilustra la realización preferida de líneas centrales de un único conducto de suministro y retorno orientándose paralelas al eje corto del panel de PVT y con las cámaras impelentes de aire de la celda (nominalmente 6) que se extienden a lo largo de toda la longitud del eje longitudinal del panel de PVT.

La figura 17b muestra un esquema isométrico simplificado que ilustra una realización alternativa de líneas centrales de un único conducto de suministro y retorno orientadas paralelas al eje largo del panel de PVT y con las cámaras impelentes de aire de la celda (nominalmente 10 o 12) que se extienden a lo largo de toda la longitud del eje corto del panel de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 17c muestra un esquema isométrico simplificado que ilustra una realización alternativa de conductos de suministro único (central) y de doble retorno (exterior) con líneas centrales orientadas paralelas al eje corto del panel de PVT y con las cámaras impelentes de aire de la celda (nominalmente 6) que se extienden desde el centro en igual longitud hasta cada extremo del eje largo del panel de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 17d muestra un esquema isométrico simplificado que ilustra una realización alternativa de las líneas centrales de los conductos de suministro único (central) y de doble conducto de retorno (exterior) orientándose paralelas al eje largo del panel de PVT y con las cámaras impelentes de aire de la celda (nominalmente 10 o 12) extendiéndose desde el centro en igual longitud hasta cada extremo del eje corto del panel de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 18a muestra un esquema de una vista seccional transversal de una cámara impelente de la celda de aire individual estándar dispuesta dentro del espacio cerrado del panel de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 18b muestra un esquema de una vista seccional transversal de una cámara impelente individual estándar (como en la figura 18a) dispuesta dentro del espacio cerrado del panel de PVT con la adición de aislamiento en la parte inferior de la cámara impelente para reducir la transferencia de energía del aire gastado al aire entrante, según una realización de la presente invención.

La figura 18c muestra un esquema de una vista seccional transversal de una cámara impelente de la celda de aire individual (como en la figura 18b) dispuesta dentro del espacio cerrado del panel de PVT con la adición de aislamiento a la superficie superior de la cámara impelente para reducir además la transferencia de energía del aire gastado al aire entrante, según una realización de la presente invención.

La figura 18d muestra un esquema de una vista seccional transversal de una cámara impelente de la celda de aire individuales (como en la figura 18c) dispuesta dentro del espacio cerrado del panel de PVT con la adición de una lámina de adsorción de radiación al aislamiento de la superficie superior de la cámara, según una realización de la presente invención. Esta disposición mejora la captura de la radiación térmica inversa y aumenta la capacidad de recuperación en la trayectoria del flujo de aire gastado y evita que entre en el aire entrante.

La figura 19a muestra un esquema de una vista seccional transversal longitudinal de un panel de PVT como se ilustra en la figura 17a. Se muestran tres cámaras impelentes individuales con diversas vistas en sección transversal a lo largo de la longitud longitudinal del panel de PVT. La primera serie de secciones transversales representa el perfil rectangular estándar, la segunda serie tiene un perfil triangular en la parte inferior y la tercera la formación de un perfil en V invertido en el extremo de las cámaras impelentes.

La figura 19b muestra un esquema de una vista seccional transversal longitudinal de un panel de PVT como se ilustra en la figura 17c. Se muestra una cámara impelente de la celda de aire individual con diversas vistas en sección transversal a lo largo de la longitud longitudinal del panel de PVT.

La figura 20a muestra un esquema de una vista seccional transversal longitudinal de un panel de PVT como se ilustra en la figura 17a. Se muestra una barrera aislante aplicada a la superficie interna del conducto de entrada y retorno para evitar la ganancia y pérdida de calor.

La figura 20b muestra un esquema de una vista seccional transversal longitudinal de un panel de PVT como se ilustra en la figura 17a. Se muestra una espuma expandida aislante aplicada a los huecos dentro del cuerpo del conducto de entrada y retorno del casete de montaje para evitar la ganancia y la pérdida de calor.

La figura 21 a muestra un esquema de una vista seccional transversal de una disposición de montaje en el techo de un panel de PVT según una realización de la presente invención. El casete de montaje de PVT se muestra montado en una estructura de techo corrugado mediante la utilización de tornillos para fijarlo a los listones/soportes del techo. La inclusión de aristas en la parte inferior alineados con los valles de corrugación permite la fijación al techo sin deformar la corrugación.

La figura 21b muestra un esquema de una vista seccional transversal de una disposición de montaje en el techo de un panel de PVT según una realización de la presente invención. El casete de montaje de PVT se muestra asegurado a una estructura de techo mediante un “perfil de patio” mediante la utilización de los tornillos de fijación existentes para fijarlo a los listones/soportes del techo. La inclusión de aristas en la parte inferior alineados para separar la arista permite la fijación al techo sin deformar las juntas del perfil del patio.

La figura 21c muestra un esquema de una vista seccional transversal de una disposición de montaje en el techo de un panel de PVT según una realización de la presente invención. Ilustra la fijación del casete de montaje de PVT a una estructura de techo utilizando un perfil de cubierta moldura mediante la utilización de los tornillos de fijación del techo existentes para fijarlo a los listones del techo. La inclusión de aristas en la parte inferior alineados para proporcionar una separación con respecto a la arista permite la fijación al techo sin deformar las juntas del perfil de la cubierta de moldura.

La figura 22a muestra un esquema de una vista seccional transversal de un diseño de casete de montaje alternativo para acomodar una disposición alternativa de montaje en techo de un panel de PVT según una realización de la presente invención. Ilustra la utilización de accesorios de montaje PV para fijar el casete de montaje de PVT a una estructura de techo con un espacio general entre listones de 900 mm. Incorpora las modificaciones que sería necesario realizar en el casete de montaje, los conductos de entrada y salida y las cámaras impelentes de aire de la celda para adaptarse a un diseño de desplazamiento central.

La figura 22b muestra un esquema alternativo de una vista seccional transversal de la realización mostrada en la figura 22a que ilustra las modificaciones necesarias para adaptarse a una disposición desplazada del conducto de entrada.

La figura 22c muestra un esquema alternativo de una vista seccional transversal de la realización mostrada en la figura 22a que ilustra las modificaciones necesarias para adaptarse a una disposición desplazada del conducto de retorno.

La figura 23a muestra un esquema de una vista lateral que ilustra el montaje en voladizo de un panel de PVT en una pared/estructura vertical según una realización de la presente invención. En esta disposición, el panel de PVT está dispuesto en una pendiente que se extiende alejándose de la pared/estructura.

La figura 23b muestra un esquema de una vista lateral que ilustra el montaje en voladizo de un panel de PVT en una pared/estructura vertical según una realización de la presente invención. En esta disposición, el panel de PVT está dispuesto perpendicularmente extendiéndose lejos de la pared/estructura.

La figura 23c muestra un esquema de una vista lateral que ilustra el montaje en voladizo de un panel de PVT en una pared/estructura vertical según una realización de la presente invención. En esta disposición, el panel de PVT está dispuesto en una declinación que se extiende alejándose de la pared/estructura.

La figura 24a muestra un esquema de una vista lateral que ilustra el montaje en voladizo de un panel de PVT en una pared/estructura vertical según una realización de la presente invención. En esta disposición el panel de PVT está montado sobre una bisagra giratoria de tal modo que puede disponerse en cualquier ángulo entre 0 grados y 180 grados. Esta figura proporciona detalles adicionales relacionados con una realización alternativa donde el aire se extrae directamente del ambiente hacia la entrada y el difusor.

La figura 25 muestra un esquema isométrico que ilustra la aplicación de la opción de montaje en voladizo en una configuración de toldo de taller.

La figura 26a muestra un esquema de una vista lateral que ilustra el montaje en voladizo de un panel de PVT en una pared/estructura vertical según una realización de la presente invención. En esta disposición el marco de montaje facilita la unión de dos paneles de PVT hacia fuera de la pared.

La figura 26b muestra un esquema de una vista lateral en sección detallada que ilustra la junta del panel de PVT a la que se hace referencia en la realización mostrada en la figura 26a.

La figura 26c muestra un esquema de una vista en planta en sección detallada que ilustra la junta del panel de PVT a la que se hace referencia en la realización mostrada en la figura 26a.

La figura 27a muestra un esquema de una vista lateral que ilustra una estructura independiente que incorpora una matriz de paneles de PVT que tiene cuatro paneles de ancho según una realización de la presente invención.

La figura 27b muestra un esquema de una vista isométrica que ilustra la realización mostrada en la figura 27a con la inclusión de una inclinación hacia arriba de los paneles alejándolos del tubo central de la estructura.

La figura 27c muestra un esquema de una vista isométrica que ilustra la realización mostrada en la figura 27a. La figura 27d muestra un esquema de una vista isométrica que ilustra la realización mostrada en la figura 27a con la inclusión de una inclinación hacia abajo de los paneles alejándose del tubo central de la estructura.

La figura 28a muestra un esquema de una vista lateral que ilustra una realización de la presente invención que incluye una extensión del casete de montaje para facilitar la inclusión de un canal invertido multipropósito, tal como para canalones, bandejas portacables y pasarelas de servicio.

La figura 28b muestra un esquema de una vista lateral, ilustración adicional de una realización de la presente invención que incluye una extensión del casete de montaje, tal como se indica en la figura 28a, para facilitar un diseño modificado de la pasarela de servicio para adaptarse a un ángulo de instalación que no sea plano.

La figura 29a muestra un esquema de una vista seccional transversal parcial que ilustra una realización de la presente invención que incluye un elemento de doble acristalamiento adicional montado en un panel PV convencional existente utilizado en un sistema de PVT. El doble acristalamiento mejora el rendimiento de captura térmica del panel de PVT. La figura 29b muestra un esquema de una vista seccional transversal parcial que ilustra una realización alternativa de la presente invención que incorpora un elemento de doble acristalamiento adicional que está integrado en el marco de un nuevo diseño de panel PV utilizado en un sistema de PVT.

La figura 29c muestra un esquema de una vista seccional transversal parcial que ilustra la realización alternativa de la presente invención que incluye un elemento de doble acristalamiento adicional. Se coloca una lámina acristalada estándar en un marco de panel PV existente. A continuación, se monta, fija o pega un elemento acristalado adicional equipado con cadenas individuales de celdas PV a la lámina acristalada del marco PV con espaciadores que proporcionan un espacio de aire entre las dos superficies acristaladas.

La figura 29d muestra un esquema de una vista seccional transversal parcial que ilustra una realización alternativa de la presente invención que incorpora un elemento de doble acristalamiento adicional. Se coloca una lámina acristalada estándar en un marco de panel PV existente. Un elemento acristalado adicional equipado con cadenas de celdas PV individuales, como en la realización mostrada en la figura 29c. En lugar de estar fijada al acristalamiento exterior, la cadena PV acristalada se sostiene y se fija a las cámaras impelentes de aire de la celda. La figura 29e muestra un esquema de una vista seccional transversal A-A de la figura 29f, que ilustra una mejora adicional de la realización mostrada en la figura 29d. Se expulsa aire adicional a través del espacio entre la superficie superior de la cadena acristalada PV y el acristalamiento exterior. El aire se suministra mediante conductos internos incorporados en los postes de soporte.

La figura 29f muestra un esquema recortado de la vista en planta de la realización mostrada en la figura 29d que ilustra el flujo de aire que sale a chorros desde los postes de soporte.

Las figuras 30a a 30h muestran diagramas en bloque que ilustran el flujo del proceso básico dentro de los paneles de PVT y la colocación de los ventiladores principales y secundarios en relación con las cadenas de paneles de PVT según una realización de la presente invención.

El diagrama en bloque tiene dos matrices de PVT ilustradas. La figura 30a ilustra un ventilador principal 186 que proporciona aire presurizado a la entrada de ambas matrices de PVT.

La figura 30b muestra un diagrama en bloque simplificado que ilustra un ventilador principal 186 que extrae aire presurizado negativamente a través del retorno de ambas matrices de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 30c muestra un diagrama en bloque que ilustra ventiladores principales 186 duales que proporcionan aire presurizado a las entradas individuales de ambas matrices de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 30d muestra un diagrama en bloque que ilustra los ventiladores principales 186 duales extrayendo negativamente aire presurizado a través de los conductos de retorno individuales de ambas matrices de PVT según una realización de la presente invención.

La figura 30e muestra un diagrama en bloque que ilustra un ventilador principal que proporciona aire presurizado a través de la entrada de ambas matrices de PVT con la ayuda de ventiladores de aire secundarios ubicados en el conducto de entrada que pueden desplegarse para equilibrar el flujo de aire a través de los paneles de PVT dentro de una cadena según una realización de la presente invención.

La figura 30f muestra un diagrama en bloque que ilustra un ventilador principal que echa aire presurizado negativamente a través del conducto de retorno de ambas matrices de PVT con la ayuda de ventiladores de aire secundarios ubicados en el conducto de retorno que pueden desplegarse para equilibrar el flujo de aire a través de los paneles de PVT dentro de una cadena según una realización de la presente invención.

La figura 30g muestra un diagrama en bloque que ilustra dos ventiladores principales 186 que proporcionan aire presurizado a través de las entradas de ambas matrices de PVT junto con dos ventiladores principales 186 adicionales que aspiran aire desde cada conducto de retorno según una realización de la presente invención. La figura 30 muestra un diagrama en bloque que ilustra dos ventiladores principales 186 que proporcionan aire presurizado a través de las entradas de ambas matrices de PVT junto con dos ventiladores principales 186 adicionales que aspiran aire desde cada conducto de retorno según una realización de la presente invención. Se ilustran ventiladores secundarios 188 adicionales ubicados en los conductos de entrada y retorno de cada matriz de paneles de PVT para equilibrar el flujo de aire adicional.

La figura 31a muestra un esquema de la vista en planta y las figuras 31 aA1-A1 y 31 aA2-A2 muestran vistas en sección respectivas de un casete de montaje solo para ilustrar la colocación de un ventilador interno singular suministrando aire presurizado a todas las entradas de la cámara impelente de aire de la celda a través de un distribuidor desde el conducto de entrada según una realización de la presente invención.

La figura 31b muestra un esquema de la vista en planta y las figuras 31 bB1-B1 y 31 bB2-B2 muestran vistas en sección respectivas de un casete de montaje para ilustrar la colocación de múltiples ventiladores internos suministrando aire presurizado a entradas de cámara impelente de aire dedicadas directamente desde el conducto de entrada, según una realización de la presente invención.

La figura 31c muestra un esquema de la vista en planta y las figuras 31 cC1-C1 y 31 cC2-C2 muestran vistas en sección respectivas de un casete de montaje para ilustrar la colocación de un ventilador singular interno que extrae aire de la cavidad interna del panel de PVT y lo suministra al conducto de retorno según una realización de la presente invención. La presión negativa desarrollada en la cavidad de PVT induce el flujo a través de la entrada hacia la cámara impelente de aire de la celda y sale por los chorros respectivos.

La figura 31d muestra un esquema de la vista en planta y las figuras 31dD1-D1 y 31 dD2-D2 muestran vistas en sección respectivas de un casete de montaje para ilustrar la colocación de múltiples ventiladores internos que extraen aire de la cavidad interna del panel de PVT y lo suministran al conducto de retorno según una realización de la presente invención. La presión negativa desarrollada en la cavidad de PVT induce el flujo a través de la entrada hacia la cámara impelente de aire de la celda y sale por los chorros respectivos.

La figura 31e muestra un esquema de la vista en planta y las figuras 31 eE1-e1 y 31 eE2-e2 muestran vistas en sección respectivas de un panel de PVT para ilustrar la colocación de los ventiladores directamente en la entrada de cada cámara impelente de aire de celda individual según una realización de la presente invención. Esta realización de la invención permite que el panel de PVT y los ventiladores de aire se suministren como una unidad de paquete simple.

La figura 31f muestra un esquema detallado de una vista seccional de la realización mostrada en la figura 31e que ilustra la instalación de los ventiladores dentro de la entrada de la cámara impelente de aire de la celda y las interfaces de sellado entre el ventilador, la cámara impelente de aire de la celda y el conducto de entrada.

La figura 32a muestra un dibujo en bloque que ilustra los flujos de proceso de diversas disposiciones de conductos de paneles de PVT para paneles de PVT donde los conductos están alineados a lo largo del ancho del panel según una realización de la presente invención. Las diversas configuraciones de conductos del panel incluyen el extremo, el paso, la entrada posterior, y la entrada lateral.

La figura 32b muestra un dibujo en bloque que ilustra los flujos de proceso de diversas disposiciones de conductos de paneles de PVT para paneles de PVT donde los conductos están alineados a lo largo de la longitud del panel según una realización de la presente invención. Las diversas configuraciones de conductos del panel incluyen el extremo, el paso, la entrada posterior, y la entrada lateral.

La figura 33a muestra un dibujo en bloque que ilustra los flujos de proceso de diversas disposiciones de conductos de paneles de PVT para cadenas de paneles de PVT dobles según una realización de la presente invención. En esta realización, cada cadena de paneles de PVT se suministra con conductos de entrada y retorno separados desde un puerto de entrada lateral en el mismo panel de PVT.

La figura 33b muestra un dibujo en bloque que ilustra los flujos de proceso de diversas disposiciones de conductos de paneles de PVT para cadenas de paneles de PVT dobles según una realización de la presente invención. En esta realización, las dos cadenas de paneles de PVT se unen y se suministran desde la misma fuente de entrada y se envían al mismo puerto de retorno. Tal configuración incorpora la utilización de un conducto externo junto con una conexión de puerto cruzado para completar los circuitos entre las dos cadenas.

La figura 33c muestra un dibujo en bloque que ilustra los flujos de proceso de diversas disposiciones de conductos de paneles de PVT para una cadena de paneles de PVT individual según una realización de la presente invención. En esta configuración, cada cadena de paneles de PVT recibe aire de entrada desde un puerto posterior en un extremo de la cadena y aire de retorno a través de un puerto posterior en el otro extremo de la cadena.

La figura 34a muestra un dibujo en bloque que ilustra las interfaces del sistema de control PVT con todos los diversos sistemas relacionados según una realización de la presente invención.

La figura 35a muestra un esquema isométrico de una realización adicional de la presente invención que ilustra un sistema de cápsulas PVT transportables que pueden transportarse e instalarse fácilmente para aplicaciones de energía temporales.

La figura 35b muestra un esquema isométrico de una realización de la presente invención mostrada en la figura 35a cuando se instala como parte de una matriz completa.

La figura 35c muestra un esquema isométrico de la realización mostrada en la figura 35b cuando está empaquetada para su transporte.

La figura 36 muestra un esquema isométrico que ilustra una instalación de un techo de PVT integrado en una aplicación comercial según una realización de la presente invención.

Descripción de realizaciones preferidas

Una o más formas de la presente invención se refieren a un colector solar o intercambiador de calor híbrido, denominado AIR PVT.

Se apreciará que una o más formas de la presente invención combinan dos tecnologías, 1. Fotovoltaica (PV) y 2. Calentador solar de aire (SAH) en un solo ensamblaje, instalación o panel.

Una o más formas preferidas de la presente invención incorporan un aparato de PVT (PVTA) (1) que incluye tres elementos; 1. Panel PV,

2. Cámara(s) impelente(s) de aire de la celda, y

3. Casete de montaje y, opcionalmente, doble acristalamiento, pero no se limita a tal disposición.

La electricidad se suministra con una capacidad operativa mejorada y un “ módulo de montaje de transferencia de calor” (HTMM, por sus siglas en inglés) muy eficiente y adaptable. El HTMM puede ajustarse para proporcionar una fuente de calor de aire de alta calidad y/o inundar el panel con aire frío distribuido uniformemente a las celdas PV para aumentar la producción de electricidad.

Una o más formas de la presente invención utilizan un proceso de intercambio de calor muy efectivo dentro del HTMM, que consume mucha menos energía para funcionar, y mantiene estas condiciones de modo consistente en un amplio rango de condiciones de flujo.

Además, o como alternativa, una o más formas de la presente invención proporcionan un enfriamiento nocturno mejorado utilizando los fenómenos de enfriamiento nocturno por radiación utilizando el aparato de PVT. Este mismo proceso también se puede utilizar para condensar el agua de la atmósfera.

Algunas realizaciones preferidas de la presente invención se ilustran en las figuras 1a a 1f.

En particular, un aparato 10 de PVT incluye un cuerpo 12 que tiene un interior hueco 14 que proporciona cámaras/conductos 16a, 18a asociados a los respectivos puertos/canales de entrada/entrada 16 de aire y retorno 18 de aire.

Un número de aberturas 20 transportan aire a través de chorros 22 para enfriar la parte inferior de un panel PV 24 solar. Los espacios entre las matrices de chorros proporcionan drenajes 26 para que el aire caliente fluya a través del canal de retorno. La figura 1b muestra un panel 10 PVT ensamblado.

Como se muestra en la vista despiezada de la figura 1c, puede proporcionarse un acristalamiento 30 adicional sobre el panel PV. La separación entre las series de chorros proporciona drenajes 26 para la salida de aire caliente, que puede fluir hacia el canal 18 de retorno a través de una abertura 32.

La figura 1d muestra una disposición de drenajes 26a incorporada en un panel 22a que incorpora matrices de chorros. El panel 22a incluye una parte 34 de interfaz de aire para conectarse a las aberturas 20 de entrada al panel de chorros. La figura 1e muestra una versión alternativa de la realización de un panel de PVT de la figura 1d con drenajes 26b en forma de “cuchara” más grandes entre matrices de chorros.

La figura 1f muestra una realización alternativa adicional del panel de PVT de la figura 1d o la figura 1e con drenajes 26c en forma de “cuchara” más grandes entre matrices de chorros.

En la figura 2a se muestra una aplicación de una realización preferida de un aparato 10 de PVT montado en un techo 36 de un edificio 38.

La figura 2b muestra una disposición típica de un sistema que incorpora una o más formas de un panel 10 de PVT de la presente invención en una aplicación de techo doméstico 36 común en un edificio 38. El exceso de calor puede ventilarse a la atmósfera a través de un escape 40.

Un ventilador 42 de entrada y una válvula 44 de control de retorno controlan el ciclo de enfriamiento/calefacción en la(s) habitación(es) 46 del edificio.

La figura 3a muestra un diagrama en bloque que representa un sistema térmico y eléctrico integrado completo para una instalación típica. El diagrama en bloque los presenta por separado para las funciones eléctricas y térmicas. El diagrama en bloque ilustra la relación funcional entre el sistema de PVT; los sistemas de conversión, transferencia y almacenamiento; y los sistemas de usuario final.

La figura 3a representa además el modo de bucle abierto, en el que el aire es aspirado desde el ambiente por la unidad de tratamiento de aire para ser conducido a continuación a través del panel de PVT y después devuelto al ambiente a través del tubo de escape.

La figura 3b muestra un diagrama en bloque similar a la figura 3a y además representa el modo de bucle cerrado con el aire que se extrae del espacio del usuario mediante la unidad de tratamiento de aire y luego se conduce a través del panel de PVT y después se devuelve a través de la transferencia térmica opcional y el módulo de almacenamiento de nuevo al espacio del usuario. En el modo de bucle cerrado no hay transferencia neta de volumen de aire entre el espacio del usuario y el ambiente.

El suministro eléctrico puede provenir de o hacia una red eléctrica 66. El sistema de PVT puede suministrar electricidad al almacenamiento 68 de batería/condensador y/o a una carga 70 de consumo. El suministro eléctrico de corriente continua 72 desde los paneles 10 de PVT puede pasar por un inversor 74 y un interruptor 76 de corriente alterna para alimentar la red 66 y/o el almacenamiento 68.

La figura 4 ilustra las trayectorias de flujo de aire para una disposición de bucle abierto configurada para el modo de enfriamiento de PVT con el modo de enfriamiento de bucle cerrado del aire acondicionado (AC) de los ocupantes durante el día, según al menos una realización adicional de la presente invención.

El aire ambiente fluye hacia una entrada 48 de aire ambiente, aspirada por un ventilador 42. El ventilador empuja el aire hacia la entrada 16 del panel o paneles 10 de PVT a través de la unidad 50 de tratamiento de aire principal (a HU).

El aire caliente de retorno fluye a través de la AHU principal 50 del PVT para escapar por el escape ambiente 40.

Una unidad 52 combinada de transferencia térmica y almacenamiento determina si el aire del panel o paneles de PVT se desvía hacia el interior del edificio, dependiendo de si el aire está caliente o frío y de si el edificio necesita calefacción o enfriamiento.

Una bomba 54 de calor asociada a un intercambiador 56 de calor (p. ej., un bobina de enfriamiento) puede utilizarse también o en su lugar para calentar/enfriar. Pueden proporcionarse luces 58 sanitarias UV para desinfectar el aire/humedad transportados a través del sistema. El aire puede suministrarse 60 desde/hacia el intercambiador de calor. Los filtros 64 eliminan las partículas del aire.

En un sistema de bucle cerrado mostrado en la figura 5a a modo de ejemplo, puede proporcionarse un módulo 62 de interfaz PVT a calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC).

La figura 5b muestra un ejemplo de opciones de flujo de PVT durante el día. La figura 5c muestra un modo de calefacción de los ocupantes mientras que la figura 5d muestra un modo de calentamiento de masa de almacenamiento térmico (en el módulo 52 combinado de almacenamiento y calentamiento). La figura 5e muestra un ejemplo de conducción del calentamiento de ocupantes de almacenamiento de masa térmica y de bucle cerrado.

En la figura 6a se muestra una disposición nocturna/vespertina. Durante las horas más frías de la tarde/oscuridad, los paneles 10 de PVT pueden irradiar calor, que puede extraerse del interior del edificio y bombear aire más frío a las habitaciones 46.

La figura 6b muestra una disposición esquemática de los procesos de enfriamiento empleados durante la tarde/noche.

Las figuras 6c y 6d muestran las aplicaciones respectivas del modo de enfriamiento de los ocupantes y del modo de enfriamiento de masa térmica.

La figura 6e muestra un ejemplo de enfriamiento combinada para la masa térmica y los ocupantes.

Aparato de transferencia de calor:

Una o más formas de la presente invención emplean una disposición de chorro que suministra un potencial de enfriamiento equitativo a través de una serie de cámaras impelentes de aire de la celda a cada celda solar individual. Esto garantiza una temperatura media de celda equivalente en toda la cadena de paneles y paneles PV.

El aparato de transferencia de calor puede emplear un proceso denominado impacto por chorro que permite lograr velocidades de transferencia de calor muy altas en comparación con otros procesos de transferencia de calor (tal como los efectos radiactivos o de convención natural y de fuerza). Esto permite lograr una envoltura compacta con la posibilidad de que las cámaras impelentes de aire de la celda se alojen completamente dentro de la envolvente del panel PV existente. Véase, por ejemplo, la figura 1c que muestra una disposición de la cámara impelente.

El beneficio adicional del enfriamiento por impacto de un chorro (p. ej., cuando se combina con la disposición propuesta de los chorros en las cámaras impelentes de aire de la celda y los drenajes adyacentes creados entre cada cámara impelente de aire de la celda) es que el flujo de aire puede controlarse a lo largo de todo el régimen de flujo.

Lograr un flujo de aire estable garantiza una transferencia de calor estable y eficiente entre los regímenes operativos, tal como desde las condiciones del proceso de calentamiento de alta calidad y bajo flujo hasta el proceso de enfriamiento de flujo de aire de gran volumen permitiendo aumentar la capacidad de energía PV.

Véanse, por ejemplo, las trayectorias de flujo en la figura 11a y la figura 11b. Un conducto 16a de suministro proporciona aire de entrada desde la entrada 16 a un puerto 110 de entrada que suministra una cámara 112 impelente de aire de la celda de la celda PV 10a. La celda PV está sellada al cuerpo 12 mediante un sello 114. El aire de retorno de la cámara impelente de aire de la celda de PV fluye hacia el conducto 18a de retorno y a continuación puede fluir desde la salida 18 de retorno para ser utilizado.

La figura 11c muestra una sección transversal longitudinal de un aparato de PVT según una realización de la presente invención. El aire fluye desde la cámara impelente de aire de la celda PV a través de chorros/boquillas 116, absorbe el calor que irradia desde la parte inferior del panel PV 10a y regresa a través de al menos un drenaje 118 al conducto 18a de retorno.

Puede proporcionarse un chorro/boquilla 116 mediante uno o más huecos/orificios perfilados (x), tal como se muestra en la figura 12d, o como una ranura (x), como se muestra en la figura 12b.

Un diámetro “d” de cada hueco/orificio de inyector/boquilla (o el ancho de una ranura de inyección) que puede aplicarse oscila entre 0,5 y 5,0 mm en incrementos de 0,5 mm. Un diámetro de hueco/orificio o ancho de ranura preferido es de 2,5 mm.

La sección transversal del chorro/boquilla 116 puede expresarse de diversos modos; pared recta extendida (figura 13 (a)); perfil de borde cuadrado paralelo (figura 13 (b)); perfil convexo (figura 13 (c)); perfil cóncavo (figura 13 (d)); boquilla de radio largo con salida de extremo cuadrado (figura 13€); boquilla de radio largo - extremo de lápiz (figura 13 (f)); boquilla de radio largo - extremo de expansión (figura 13 (g)); boquilla de radio largo - extremo ingletado (figura 13 (h)). La referencia a un chorro también abarca una boquilla y otros orificios/aberturas para un flujo de aire a alta velocidad. Una realización preferida del chorro es la aplicación de la boquilla de radio largo junto con un extremo de lápiz. Tal sección transversal proporciona un bajo factor de pérdida de carga por fricción, lo que reduce la potencia del ventilador. También proporciona un método para reducir la distancia entre la salida del chorro y la celda PV que impacta, al tiempo que proporciona un vacío mayor para que el fluido del chorro gastado se descargue y drene. Otra ventaja es que reduce el arrastre del fluido gastado al chorro, resultando en menos perturbaciones en la estructura del chorro y en un mejor rendimiento de transferencia de calor.

La altura del chorro se define como “h” para un chorro montado de descarga. La altura de un tipo de chorro que sobresale de la superficie se define como “H” y la ruta del chorro se define como “h” , tal como se ilustra en la figura 13h.

La altura del chorro “ h” es un parámetro variable que depende de la aplicación. Es una consideración de la capacidad de fabricación, el rendimiento y las restricciones asociadas al espacio disponible debajo del panel. La altura de chorro preferida es de 10 mm, con un intervalo de altura preferido de 5-25 mm.

La altura de un chorro “ H” que sobresale puede expresarse como una proporción de “ h” . La proporción preferida para esta aplicación es del 50 % para minimizar el arrastre del fluido gastado en el chorro, con un intervalo preferido del 20 al 80 %. El patrón de disposición de los chorros se basa en lograr, en general, un patrón uniforme y repetible para cada celda PV a lo largo de una cadena de paneles fotovoltaicos, y solo es necesaria una ligera modificación para aplicarla en áreas como los bordes de los paneles, los extremos de las cadenas de paneles fotovoltaicos y las obstrucciones tales como las cajas de conexiones fotovoltaicas.

El patrón de disposición de los chorros puede configurarse preferiblemente utilizando combinaciones de orificios y ranuras de diferentes diámetros y espaciamientos.

El patrón de disposición de los chorros se ajustará generalmente a un patrón que pueda reflejarse alrededor del eje de la línea central de la cadena de paneles PV y tendrá una serie de chorros colocados colinealmente con esta línea central. El propósito de esta disposición es dividir el flujo a través de las celdas PV por la mitad e iniciar el régimen de flujo tangencialmente desde la línea central hasta los drenajes laterales para mejorar la transferencia de calor y minimizar la potencia de entrada requerida. Los chorros adicionales están separados tangencialmente de la línea central a una distancia “x” y axialmente a lo largo de la línea central de la cadena “y” . Las dimensiones “x” e “y” se refieren comúnmente a una relación del diámetro del chorro para permitir realizar una comparación del rendimiento. Una relación preferida es 10, con un posible intervalo aplicable de 5 a 25.

Las figuras 14a a 14i ilustran ejemplos de las opciones preferidas de esta realización, con la figura 14e mostrando una realización particularmente preferida.

En particular, la figura 14a-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara 112 impelente de aire de celda que representa una disposición que incorpora una distribución uniforme de patrones en forma de cuadrícula de los chorros 116 con drenajes 118 que corren solo por dos lados según una realización de la presente invención. La figura 14a-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 a-a que muestra el perfil general de una cámara 112 impelente cuadrada y el flujo de aire localizado según una realización de la presente invención.

La figura 14b-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara 112 impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una distribución de desplazamiento de patrones en forma de cuadrícula de los chorros 116 con drenajes 118 que corren solo por dos lados según una realización de la presente invención.

La figura 14b-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 b-a que muestra el perfil general de una cámara 112 impelente de la celda de aire triangular y el flujo de aire localizado desde los chorros 116 según una realización de la presente invención. La figura 14c-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara 112 impelente de aire de la celda que representa una disposición que incorpora una distribución de patrones en forma de cuadrícula de los chorros 116 y los drenajes internos de la cámara 118 impelente de aire de la celda según una realización de la presente invención. La figura 14c-b muestra un esquema de la vista seccional transversal de la figura 14 c-a que muestra el perfil general de una cámara 112 impelente de aire cuadrada con la inclusión de drenajes 118 adicionales a través del cuerpo de la cámara 112 impelente de aire de la celda y el flujo de aire localizado resultante según una realización de la presente invención.

La figura 14d-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior 112a de una cámara 112 impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una serie de chorros/boquillas ranuradas 116 a lo largo de la línea central axial de la cámara impelente de aire de la celda y la incorporación de una distribución uniforme del patrón de cuadrícula de los chorros 116 de los orificio a cada lado de los chorros/boquillas ranurados 116 y los drenajes 118 que recorren cada borde según una realización de la presente invención.

La figura 14e-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior 112a de una cámara 112 impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una serie de chorros/boquillas ranuradas 116 a lo largo de la línea central axial de la cámara impelente de aire de la celda y la incorporación de una distribución de patrones de cuadrícula de desplazamiento de los chorros 116 de los orificios a cada lado de los chorros/boquillas ranurados 116 y los drenajes 118 que recorren cada borde según una realización de la presente invención.

La figura 14f-a muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior 112a de una cámara 112 impelente de aire de la celda que representa la disposición que incorpora una serie de chorros ranurados 116s, con un conjunto alineado con la línea central axial de la cámara impelente de la celda de aire y las otras ranuras 116sn normales a la línea central y que se extienden hacia el borde hacia los drenajes según una realización de la presente invención.

La figura 14g muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior 112a de una cámara 112 impelente de aire de la celda representada en la figura 1d que ilustra una disposición que incorpora una distribución de patrones uniforme en forma de cuadrícula de los chorros con drenajes segmentados que corren solo por dos lados. Se incluyen además esquemas de las vistas en sección transversal B-B (figura 14gB-B) y C-C (figura 14GcgC-C) que muestran el perfil general de una cámara impelente 112 y los drenajes 118s ranurados localizados para el flujo de aire agotado según una realización de la presente invención.

La figura 14 h muestra un esquema de una sección con vista en planta parcial de la superficie superior de una cámara 112 impelente de aire de la celda representada en la figura 1e que ilustra una disposición que incorpora una distribución de patrones uniforme en forma de cuadrícula de los chorros 116 con drenajes 118s segmentados que corren solo por dos lados. Se incluyeron además esquemas de las vistas en sección transversal B-B (figura 14hB-B) y C-C (figura 14hC-C) que muestran el perfil general de una cámara 112 impelente de celdas de aire y los drenajes 118s localizados para el flujo de aire agotado según una realización de la presente invención.

Los drenajes de fluido utilizados por los chorros y su colocación son características valiosas de una o más realizaciones de la presente invención. Los drenajes determinan cómo se extrae el fluido de la descarga por chorro y se transporta hacia el puerto de salida. Los drenajes generalmente se logran como resultado de los espacios que se desarrollan entre las cámaras impelentes de aire de las celdas adyacentes y el borde del panel PV.

El ancho de drenaje “d” (figura 11 b), cuando se multiplica por la longitud “ L” de la cámara impelente de aire de la celda puede expresarse como una relación del área de la sección transversal de la cámara impelente de aire de la celda inmediatamente después de la entrada, que es normal a la superficie del panel PV. Una relación preferida es al menos 1, con un posible intervalo de 0,5 a 5.

Una disposición alternativa de una o más realizaciones de la presente invención incluye la adopción de una cámara impelente de aire de la celda individual para todo el panel PV (en lugar de una cadena PV). Tal disposición puede incluir la provisión de drenajes a través de la cámara impelente. Un ejemplo de esto se ilustra en la figura 1d.

La suma total del área de drenaje “ D” puede expresarse como una relación del área de la sección transversal de la cámara impelente de aire de la celda inmediatamente después de la entrada que es normal a la superficie del panel PV.

La geometría de la trayectoria de flujo de HTM de la invención tiene como objetivo mantener una velocidad del aire casi constante desde la entrada hasta la salida, excepto en el chorro real. El propósito de esto es mantener las pérdidas al mínimo y lograr un perfil de presión común en cualquier sección transversal plana que sea perpendicular a la superficie de la celda PV y perpendicular al eje longitudinal de la cámara impelente de aire. Esta es la razón principal de la disminución de la cámara impelente de aire de la celda desde su entrada. Véase, por ejemplo, la figura 11d.

Una o más formas de la presente invención se dan cuenta de que la capacidad de transferencia de calor del chorro puede mejorarse además con la adopción de tratamientos de superficie en la lámina 10 de soporte de la celda PV y/o en los acoplamientos físicos. Esta característica no se limita a la aplicación de la transferencia de calor PV. Por ejemplo, véanse la figura 15a a la figura 15e.

Los tratamientos de superficie a los que se hace referencia incluyen impresión(es) o aristas/rugosidades introducidas en la capa plástica externa del proceso de encapsulación PV más utilizado por la industria (también conocido como lámina posterior PV Du Pont “Tedlar®” , duradera y resistente a la intemperie para paneles o módulos solares PV). Estas impresiones, aristas y/o rugosidades pueden disponerse además para reflejar y alinearse con el patrón del chorro 116. En tal disposición, cuando se emplean líneas de aristas 120, los bordes podrían irradiarse linealmente desde la línea/plano central del chorro (figura 15a) o irradiarse curvilíneas para formar un patrón en espiral (figura 15b).

Los accesorios físicos a los que se hace referencia pueden emplearse en tres áreas generales de la trayectoria del chorro 116; inmediatamente debajo del eje del chorro, a lo largo de la trayectoria de la superficie del chorro y en el límite entre dos chorros que se interponen (véanse las figuras 15c y 15d).

Los accesorios ubicados debajo del chorro pueden perfilarse para proporcionar un control infinito de la dirección y el volumen del flujo al chocar con él. Esto puede oscilar desde un flujo concéntrico (perfil similar a una boquilla) hasta un cambio total de dirección del chorro (perfil similar a una cubeta).

Los accesorios que se fijan a lo largo de la trayectoria de la superficie del chorro se emplean para inducir turbulencia en el chorro y romper la capa límite del chorro para reponerla con fluido de trabajo fresco.

Los accesorios ubicados en las capas límite del chorro introducen un área de superficie adicional para aumentar la conducción térmica y también inician la dirección del fluido gastado alejándose de la superficie de transferencia de calor.

Pueden emplearse accesorios físicos adicionales, tales como aristas/proyecciones deflectoras 128, directamente por encima de los drenajes 118 para redirigir el aire gastado al drenaje 118 para minimizar la turbulencia, tal como se muestra por ejemplo en la figura 15e.

Como se muestra a modo de ejemplo en la figura 15d, puede proporcionarse un deflector 124 directamente por encima de la salida al chorro/boquilla 116. El flujo de aire dirigido de este modo puede verse influenciado por una o más turbuladores 126 que introducen turbulencia en el flujo de aire. Una arista deflectora 120 puede redirigir el flujo de aire hacia el drenaje 118

Cámaras impelentes 112 de aire de las celdas: Las cámaras impelentes 112 de aire de las celdas pueden fabricarse en grandes cantidades utilizando una técnica de moldeo por soplado de plástico comúnmente empleada para formar cámaras impelentes de aire de entrada en los motores y dentro del circuito de aire acondicionado para la industria automotriz. Pueden incluirse aditivos en la formulación plástica para permitir que la reticulación del polímero aumente la rigidez térmica y estructural y aumente la resistencia al fuego y a la degradación por rayos UV. La fabricación de las cámaras impelentes de aire de las celdas no se limita a esta técnica, y se contemplan otras técnicas, tales como el moldeo por inyección, el moldeo al vacío y la fabricación.

Las cámaras impelentes de aire de las celdas para la cadena interna de cada panel son en principio las mismas. Las modificaciones en el molde pueden implementarse fácilmente para facilitar la personalización de una cámara impelente para acomodar la caja de conexiones del panel que sobresale y los chorros de borde adicionales para extender la cobertura de aire cuando se alojan paneles con bridas amplias del marco del panel.

Pueden incluirse chorros 116 adicionales alrededor de la caja de conexiones para aumentar el enfriamiento si es necesario.

Los diseños de paneles PV contemplados en la presente invención pueden tener la caja de conexiones omitida por completo de la parte posterior del panel e incluir bridas de panel más pequeñas reduciendo la necesidad de personalizar las cámaras impelentes.

Como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 16a-c, pueden proporcionarse uno o más canales 130 de flujo de condensado dentro del panel PV 10. Tales canales 130 de flujo de condensado pueden tener un patrón generado a partir de un panel ligeramente inclinado cuando funcionan en el modo de enfriamiento por radiación nocturna según una realización de la presente invención. Los canales 130 de flujo de condensado pueden estar a lo largo de la parte inferior del panel PV 10 hacia el drenaje 132 de recolección de condensado a través del canal 130 de recolección de condensado según una o más realizaciones de la presente invención.

La figura 16c muestra una vista en sección transversal detallada B-B esquemática de la figura 16a (la figura 16b es una sección transversal A-A de la figura 16a) que ilustra la fijación del canal de condensado a la parte inferior del panel PV y cómo el flujo se dirige al canal y después se suministra a los drenajes de recolección según una realización de la presente invención.

Generalmente se prefiere que las cámaras impelentes de aire de las celdas estén dispuestas en línea con la cadena PV orientada al plano inclinado con las rejillas de ventilación de entrada ubicadas en el extremo inclinado inferior. Esto facilita la evacuación del aire gastado hacia las rejillas de ventilación del panel a través del efecto de flotabilidad del aire, que mejora gradualmente el rendimiento del sistema. Generalmente hay una cámara impelente de aire de la celda para cada cadena en anchos para adaptarse a tamaños de celda de 5 y 6 pulgadas. Véanse las figuras 1c y la figura 17a a la figura 17d, que muestran un matriz de opciones de disposición de la cámara impelente.

La cámara impelente de aire de la celda puede aislarse aún más con el aislamiento 134 por debajo de la cámara impelente de la celda para aumentar el rendimiento del sistema reduciendo la ganancia de calor del aire gastado a medida que fluye a lo largo de la parte posterior de la cámara impelente hacia el orificio de ventilación, manteniendo la temperatura del aire constante en las celdas, tal como se muestra en las figuras 18a a 18d.

Puede aplicarse un aislamiento 136 adicional a la superficie superior para reducir además la entrada de calor en la cámara impelente, tal como se muestra en la figura 18c.

Las cámaras impelentes de aire de las celdas pueden mejorar aún más la recuperación de energía radiactiva con la inclusión de un material absorbente 138 selectivo de radiación infrarroja aislado en la cara 112a del chorro 116 de la cámara impelente. Esto se emplea para capturar la energía irradiada y evitar que caliente el aire de entrada antes de que sea expulsado al chorro. El aire del chorro gastado enfría entonces la placa de absorción antes de expulsarla a través de los drenajes y al orificio de ventilación de salida, tal como se muestra en la figura 18d.

La altura (profundidad) de una o más cámaras impelente de la celda puede estrecharse desde la entrada hasta el puerto de salida para proporcionar el volumen creciente requerido para la velocidad de flujo en la corriente de fluido gastado a medida que se mueve hacia el puerto de salida. Este enfoque asegura que la velocidad de flujo del aire gastado sea estable a lo largo del panel.

Puede proporcionarse una lámina envolvente 140 del panel inferior por debajo del panel PV y las cámaras impelentes.

Una realización alternativa de este enfoque es mantener la misma área de sección transversal con respecto a cualquier sección comparativa, pero incluir una forma en V en el perfil inferior en lugar de una más plana, lo que proporcionará una rigidez estructural adicional y también mejorará la segregación de las corrientes de fluido agotado y reducirá el potencial de flujo cruzado. Esto es más crítico cuando el fluido gastado se limita solo a la profundidad del panel PV antes de que salga del puerto de salida, lo que puede ser el caso en algunas realizaciones/disposiciones opcionales. Véase, por ejemplo, la figura 14b-b e incluye la figura 19a y la figura 19a.

Casete de montaje: La disposición de montaje preferida de los paneles PV utiliza el casete de montaje descrito, pero debe entenderse que no se limita a tal. El propósito general del casete de montaje estándar es proporcionar un marco estructural para asegurar el panel PV al techo. Preferiblemente, también proporciona los conductos internos para alimentar las rejillas de entrada y salida del panel y proporciona un mecanismo de montaje para asegurar físicamente las cámaras impelentes de aire de la celda y sellar la unión entre el puerto de entrada de la cámara impelente de aire de la celda y la red de conductos interna.

Adicionalmente, el casete de montaje puede proporcionar la superficie de sellado para encerrar la cara posterior del panel PV y evitar fugas de aire hacia el exterior.

Los conductos internos del casete de montaje pueden configurarse para interconectarse a los paneles adyacentes, actuar como un terminador de conductos y/o actuar como un punto de acceso de penetración en el techo para transportar el aire entre el sistema de PVT y el edificio.

Los conductos pueden aislarse aún más 142 para aumentar el rendimiento térmico. Véase, por ejemplo, las series de vistas en sección transversal de la figura 20a y la figura 20b.

El casete de montaje puede fabricarse en grandes cantidades industrializadas a bajo coste mediante un proceso de moldeo por soplado o moldeo por inyección. Esto permite crear formas y superficies complejas en un solo proceso. Las inclusiones en el molde facilitarán una gran cantidad de oportunidades de instalación, desde accesorios de techo hasta estructuras verticales en voladizo y estructuras independientes. Las inclusiones de molde pueden adaptarse fácilmente a un amplio rango de combinaciones de conductos de aire. La misma forma y función del casete de montaje también podría lograrse utilizando formas de fabricación más tradicionales utilizando materiales tales como láminas de metal, plásticos y maderas y láminas resistentes a la intemperie.

Las características adicionales del casete de montaje que pueden incluirse en el marco del casete de montaje son; características de montaje en techos para techos existentes para asegurar los sistemas de PVT directamente a las membranas 144 (figura 21a), corrugadas 146 (figura 21b) y molduras 148 (figura 21c) como perfiles e indirectamente a las opciones de pizarra y teja.

Pueden incluirse cavidades adicionales para facilitar la instalación del casete sobre marcos de montaje solar preexistentes. Por ejemplo, en un techo de metal, los listones se instalan usualmente con una separación de 900 mm (véanse las figuras 22a a 22c).

El casete puede tener un cuerpo 12 montado en el centro, como se muestra en la figura 22a, o puede tener un desplazamiento (izquierda) hacia la entrada 16 o un desplazamiento (derecha) hacia el retorno 18, como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 22b y 22c, respectivamente.

El casete de montaje también puede configurarse de modo que se pueda colocar en voladizo y sostenerlo desde un único extremo.

La disposición en voladizo puede inclinarse en un ángulo fijo de modo que el panel PVT esté inclinado hacia arriba, plano o hacia abajo desde el punto de montaje, como se indica en las figuras 23a a 23c.

Una disposición adicional de este concepto es permitir que el ángulo de inclinación del panel de PVT se establezca dentro de un rango completo de 180 grados, comenzando las extensiones desde una posición completamente vertical hacia arriba hasta una posición completamente vertical hacia abajo, como se muestra en la figura 24. En las disposiciones anteriores, un marco 150 de montaje puede unirse a un soporte 152, tal como una pared. Puede proporcionarse al menos una conexión de conducto funcional a la disposición de montaje, que puede ser de entrada o de escape. En el caso de una disposición de circuito de flujo de aire abierto (donde el puerto de salida está conectado a la estructura de soporte y el aire pasa a través del PVT bajo una presión negativa inducida por el ventilador de salida en línea) puede instalarse un filtro 154 de aire en la entrada. Se hace referencia a la figura 24. Esta disposición puede montarse entonces directamente en una pared o estructura vertical equivalente.

La figura 25 muestra una vista exterior de un edificio 156 que incluye un toldo 158 a lo largo de un lado del mismo, que incluye múltiples paneles/sistemas de PVT que incorporan la presente invención.

El casete de montaje puede configurarse de diversos modos para facilitar el montaje y la conexión de dos paneles adyacentes o estructuras de montaje personalizadas utilizando conectores 160, 162 o un soporte 164 de montaje, tal como se ilustra en la figura 26a a la figura 26c.

Otra variante de esta disposición anteriormente mencionada es tener paneles de PVT en voladizo asegurados a un tubo central común con uno o más paneles de PVT montados de modo que queden reflejados alrededor del lomo. El tubo central proporciona soporte estructural y de conductos para los servicios aéreos, como se indica en las figuras 27a a 27d. El casete de montaje puede configurarse para integrarse directamente en la estructura 166 del techo, tal como se muestra en la figura 27a, que puede incluir características de impermeabilización y drenaje incorporadas.

El casete de montaje también puede configurarse para ser un techo plano completamente independiente, véase, por ejemplo, la figura 27a, o un techo inclinado como en la figura 27b. Esto puede ser más conveniente en edificios comerciales donde usualmente se requiere espacio para o ya están ocupado con otros servicios.

Las características de servicio adicionales que pueden incorporarse en el casete de montaje incluyen una pequeña pasarela 168 de acceso y/o una bandeja portacables 170 para facilitar las matrices de alta densidad al proporcionar un acceso individual al panel para la instalación, el mantenimiento y el servicio futuro, como se muestra en la figura 28a. También puede incluirse un conducto de cableado para los requisitos de instrumentación o alimentación. El canalón 172 puede incorporarse para fines de recolección de agua. (Véase, por ejemplo, la figura 28b)

Como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 29a y 29b, la mejora térmica mediante acristalamiento: Una opción para reducir las pérdidas conductoras y convectivas de los paneles a través de la superficie 174 acristalada superior (y mejorar además la captura de energía térmica del sistema de PVT) de una o más realizaciones de la presente invención es aplicar una solución de doble acristalamiento.

Puede aplicarse un elemento 176 de acristalamiento adicional a la cara superior de un panel PV existente. Esta es una opción que puede adaptarse al instalar el sistema de PVT cuando el panel PV estándar de un único acristalamiento no satisface la demanda térmica. Véase, por ejemplo, la figura 1c. Esto puede ser beneficioso en climas más fríos con una exposición solar limitada.

La altura del punto muerto del doble acristalamiento es un factor importante. Al limitar su altura por encima del vidrio existente y la extensión de su marco de soporte, se garantiza que el sombreado causado por estos elementos se mantenga al mínimo absoluto para no afectar a la producción de electricidad. Véase, por ejemplo, la figura 29a. Una opción alternativa al doble acristalamiento añadido es proporcionar un panel PV completamente nuevo que incorpore este elemento en la fabricación sin dejar de utilizar la disposición de celdas PV acristaladas común. Véase, por ejemplo, la figura 29b.

Una realización alternativa adicional a la opción de doble acristalamiento anterior es fabricar un nuevo panel PV. Se propone un panel que aún retiene el elemento acristalado 178 para resistir los elementos, pero en lugar de adoptar la disposición común de fijación de celdas PV acristaladas, se propone un método alternativo. Esto adopta el acristalamiento individual de una cadena lineal individual utilizando los métodos tradicionales de fijación y encapsulación de celdas.

El elemento acristalado de la cadena PV puede darse el lujo de ser mucho más delgado, ya que ya no está expuesto a los elementos.

La cadena PV vidriada puede fijarse directamente al vidrio con un adhesivo duradero y con la introducción de elementos separadores para proporcionar un espacio de aire adecuado entre la cadena PV vidriada y la superficie superior del vidrio. Véase, por ejemplo, la figura 29c.

Una disposición de fijación alternativa es fijar la cadena PV acristalada a la cámara impelente de aire de la celda. La cámara impelente de aire de la celda puede modificarse para incluir soportes de fijación adicionales para la cadena PV acristalada, así como soportes 180 integrados para lograr un espacio de aire uniforme entre las superficies acristaladas. Véase, por ejemplo, la figura 29d.

Una característica opcional adicional que puede incorporarse es la inclusión de un enfriamiento 182 por chorro suplementario dirigido entre el espacio 184 de aire acristalado, como se muestra en la figura 29e y la figura 29f. Calefacción: Una o más formas de la presente invención facilitan múltiples utilizaciones posibles de la energía térmica producida. Tal energía puede utilizarse para calentar o precalentar espacios dentro de un entorno construido ocupado (hogar/comercial), servicios de agua caliente, sistemas de calefacción hidrónica, evaporadores con bomba de calor y masas térmicas, pero no se limita a estas utilizaciones. Otras utilizaciones comerciales pueden incluir el secado de productos agrícolas, madereros o industriales, la calefacción de casas de animales, la calefacción de invernaderos y la calefacción de sistemas de agua caliente urbana, por nombrar algunos. La figura 9, por ejemplo, ilustra esta aplicación en una sola vivienda. La capacidad de calefacción depende totalmente de tres factores clave, dos de los cuales son fijos y están fuera de la capacidad del controlador para cambiarlos. Estas son el área de superficie de PVT instalada y la insolación solar disponible. El tercer factor es el volumen de aire aplicado al sistema. La capacidad térmica del aire W/kgK se considera constante para el rango de temperatura de funcionamiento típico. Como resultado, la temperatura de salida para un conjunto dado de condiciones depende completamente del caudal.

La figura 10a ilustra los mecanismos térmicos asociados con un conjunto fijo de condiciones para un intercambiador de calor teórico con una eficiencia del 100 % y lo compara con un intercambiador de calor de alta eficiencia tal como se presenta en esta invención y un intercambiador de calor de menor rendimiento.

La figura 10a muestra un gráfico comparativo de la eficiencia térmica instantánea (%) frente a (Tm-Ta)/G donde: Tm = temperatura media del colector, (Toutlet+Tinlet)/2 [ 0C], Ta = temperatura del aire ambiente [ 0C] y G = irradiancia solar [W/m2] que representan el rendimiento térmico típico de diversos sistemas de PVT.

La figura 10b muestra un gráfico del rendimiento térmico típico de un sistema de PVT que incorpora la presente invención a modo de comparación con el gráfico que muestra los sistemas de PVT conocidos.

La figura 10c muestra un gráfico comparativo del rendimiento típico de los colectores solares de al menos una realización de la presente invención en comparación con una variedad de colectores solares conocidos.

Enfriamiento de PVT: una o más formas de la presente invención incorporan opciones para introducir aire ambiente en el sistema de PVT a una temperatura inferior a la condición de temperatura de la superficie de la celda/panel PV empleando una variedad de técnicas de enfriamiento, ya sea individualmente o en combinación.

El acondicionamiento de temperatura del aire ambiente aspirado a través de la entrada ambiente 48 puede proporcionarse mediante un sistema/dispositivo 60 de acondicionamiento de temperatura ambiente (aire), como se muestra a modo de ejemplo en la figura 7a.

Como se muestra a modo de ejemplo en la figura 7b, el aire ambiente puede preenfriarse mediante un enfriador evaporativo 62 alimentado con agua, tal como desde un suministro 64 de agua de la red. El agua puede bombearse mediante una bomba 66 para rociar 68 en almohadillas húmedas a través de las cuales se extrae el aire ambiente para suministrar aire preenfriado a la unidad 50 de tratamiento de aire principal (AHU) de PVT.

Como se muestra a modo de ejemplo en la figura 7c, el agua suministrada al enfriador evaporativo puede preenfriarse a través de una unidad enfriadora 70, que puede ayudar a extraer calor adicional del aire ambiente entrante, preenfriando aún más el aire a la AHU.

Las técnicas de enfriamiento por evaporación pueden reducir nominalmente la temperatura ambiente en 10 grados C sujeto a los niveles de humedad del aire que ingresa al enfriador.

Una reducción de 10 grados en la temperatura del panel arroja un aumento nominal del 5 % en la capacidad PV en comparación con la simple enfriamiento por aire ambiente. Puede lograrse un enfriamiento adicional en el enfriamiento por evaporación si el agua enfriada circula a través de un medio evaporativo, tal como se muestra en la figura 7c.

La técnica de enfriamiento por almacenamiento térmico atrae el aire de entrada a través de una masa térmica 72 que se ha enfriado por un medio externo a una temperatura que está por debajo de la temperatura del aire ambiente.

La masa térmica 72 puede adoptar muchas formas, incluyendo material sólido (hormigón/agregado), líquido (agua) y, más recientemente, materiales de cambio de fase (hielo, hidrocarburos de cadena larga, sales), como se indica en la figura 7d y la figura 7e.

Como se muestra en la figura 7e, la masa térmica enfriada puede asociarse con el módulo combinado 52 de transferencia térmica y almacenamiento.

Alternativamente, o además, la masa térmica 72 enfriada puede proporcionarse entre la entrada de aire ambiente y la AHU principal de PVT.

Enfriamiento nocturno por radiación: una o más formas de la presente invención proporcionan la característica única de ser adecuadas para aplicaciones de enfriamiento nocturno por radiación sin ninguna modificación o con poca modificación del modo PVT diurno.

El enfriamiento nocturno por radiación es un medio eficaz de enfriar objetos por debajo de la temperatura ambiente. Para explicar este fenómeno con un ejemplo, es lo que permite que se forme escarcha en los tejados negros incluso con una temperatura ambiente mínima muy por encima de los cero grados.

El aire de entrada puede extraerse del exterior, del interior de un edificio/instalación o de una masa de almacenamiento térmico según la solicitud. Este aire se filtra y después se conduce a través del circuito de PVT.

A medida que el aire de entrada más cálido se inyecta en la celda PV fría, libera su calor a la celda, que después se irradia al cielo nocturno. El aire gastado, que ahora está mucho más frío, se distribuye entonces de nuevo al espacio aéreo ocupado y/o a la masa térmica.

La efectividad del enfriamiento nocturno por radiación está sujeta a las condiciones de nubes, y el cielo nocturno despejado ofrece el mejor resultado. Véanse, por ejemplo, las figuras 6a a 6e.

Puede proporcionarse una combinación de enfriamiento nocturno por radiación, con suficiente masa térmica interna y un aislamiento perimetral adecuado, para evitar la necesidad de formas auxiliares de enfriamiento incluso en los climas más cálidos.

Una o más realizaciones de la presente invención proporcionan los beneficios del enfriamiento nocturno al hacerlo en un entorno hermético cuando se utiliza en un modo de bucle cerrado. Esto reduce la exposición de los ocupantes al polvo, el polen, los problemas de seguridad, el ruido exterior y los caprichos de las perturbaciones del viento, todo lo cual puede repercutir en un espacio habitable saludable y seguro.

La utilización de un modo de enfriamiento nocturno por radiación se puede utilizar para recargar el potencial de enfriamiento de los sistemas de almacenamiento térmico, que se han denominado una técnica para enfriar la PVT durante las operaciones diurnas, como se indica en la figura 7d y la figura 7e.

Generación de condensación: Cuando se emplean en aplicaciones de enfriamiento nocturno, una o más realizaciones de la presente invención pueden generar condensación en cantidades variables sujeto a la humedad de la entrada de aire y la temperatura del cielo nocturno.

Los puntos de recolección de condensación pueden incorporarse a la base delHTMMpara retirarlos del panel mediante medios de gravedad o asistidos.

La figura 8a muestra un ejemplo de un modo de funcionamiento de bucle abierto del sistema. El aire ambiente es aspirado a través de un filtro 74 en la entrada de aire ambiente 48. Una válvula 76 de entrada está abierta para permitir que el aire pase, a través del ventilador 42, a la matriz de paneles de PVT y salga a través de una válvula 78 de salida abierta al escape ambiente 40.

Durante tal operación, la válvula 82 de entrada y la válvula 80 de salida asociadas al dispositivo combinado de transferencia térmica y almacenamiento se mantienen cerradas.

Un modo de funcionamiento alternativo se muestra a modo de ejemplo en la figura 8b, en donde la válvula 76 de entrada está cerrada para evitar que entre aire ambiente de la atmósfera externa.

Una válvula 80 de salida del módulo combinado de transferencia térmica y almacenamiento extrae aire frío del edificio/habitación, hace pasar el aire a través de los paneles de PVT para calentar el aire y devuelve el aire calentado a la habitación a través de la válvula 82 de entrada. La válvula 78 de aire ambiente de salida está cerrada. La superficie extendida a la que se hace referencia en (véase la figura 15e) puede modificarse para proporcionar un método para atrapar la humedad y (después mediante la acción capilar y la canalización) drenar la condensación hacia un extremo del panel hasta un colector.

En algunos ambientes áridos, la generación de condensado se consideraría una gran oportunidad para obtener agua del medio ambiente. Esta técnica sería una mejora significativa con respecto a los enfoques actuales empleados, y se hace referencia a las figuras 16a a 16c.

Filtración/desinfección: una o más formas de la presente invención incorporan el filtrado del aire antes de que entre en el circuito de PVT en una operación de bucle abierto o cerrado para mantener el rendimiento a largo plazo del sistema mientras se mantiene una buena calidad del aire.

Los métodos de saneamiento adicionales, tales como las fuentes de luz UVC, pueden mantener aún más la calidad y el rendimiento del aire a largo plazo al evitar la acumulación de elementos biológicos en los filtros y las bobinas del intercambiador de calor, como se indica en la figura 4.

Sistemas de escape de calor térmico e intercambio de aire exterior: una o más formas de la presente invención pueden incluir un conducto que conecta el conducto de salida de PVT con la atmósfera. El flujo a través de este conducto puede controlarse mediante el acoplamiento de al menos un ventilador y/o al menos una válvula.

La velocidad de los ventiladores y el accionamiento de las válvulas se pueden controlar de forma manual o remota, tal como mediante un sistema de control integrado.

El propósito principal de la salida de escape de calor es expulsar el exceso de aire caliente generado, que es mayor que la demanda térmica del sistema. Generalmente, se encuentra aguas abajo de cualquier unidad de transferencia de energía adicional, como el calentamiento de agua caliente como un ejemplo.

El sistema de escape de calor térmico también puede incorporar un intercambiador de calor aire/aire que se puede activar para garantizar que se introduzcan en la casa volúmenes adecuados de aire reabastecido desde el exterior. Esta característica permite que el calor de cualquier aire agotado sea recuperado mediante el aire exterior repuesto que pasa a través de la entrada. Este requisito es aplicable cuando el sistema funciona en modo de bucle cerrado, como se indica en la figura 4.

Conductos de aire principales: una o más formas de la presente invención pueden incorporar una serie de características que permiten considerar muchas configuraciones de conductos principales. La configuración seleccionada determinará entonces el tipo de cámara impelente de aire de la celda utilizada. El conducto moldeado en el casete de montaje tendrá un extremo abierto. El cierre se logra con una placa de terminación del conducto. La disposición de montaje o la parte inferior del casete ofrecerán la opción de puertos de entrada al conducto principal que deben cortarse para su utilización.

La invención considera que la disposición preferida de los conductos principales es estar axialmente a lo largo de una longitud de una cadena de PVT que está orientada con el panel de PVT alineado con su eje longitudinal. Una orientación preferida de la entrada y la salida del conducto principal es en los extremos opuestos de la cadena de PVT para facilitar pasivamente el flujo de equilibrio a través de todos los paneles de PVT.

La invención considera que los conductos principales de entrada y salida están aislados dentro de los aparatos de PVT y a medida que se extienden más allá del aparato.

La invención considera que durante un modo de funcionamiento de bucle cerrado, el rendimiento del sistema se beneficiará al invertir la ubicación de los puntos de extracción y descarga de aire dentro de una habitación/espacio al cambiar de los modos de calefacción y enfriamiento.

En una disposición preferida para el modo de enfriamiento, el aire se extrae de las extensiones superiores de la habitación y el aire se descarga en las extensiones inferiores para evitar la mezcla.

En una disposición preferida para el modo de calefacción, el aire se extrae de las extensiones inferiores de la habitación y el aire se descarga en la parte superior con una velocidad adecuada para garantizar el confort térmico de los ocupantes. Véase, por ejemplo, la figura 5a.

Unidad(es) de tratamiento de aire (AHU): Una o más formas de la presente invención abarcan métodos y disposiciones para transportar el aire a través de los circuitos de PVT y los servicios auxiliares.

Una o más realizaciones incluyen la utilización de ventiladores axiales, centrífugos y de flujo mixto accionados eléctricamente.

Funcionamiento y control del flujo máximo. Los motores de los ventiladores eléctricos pueden desplegarse utilizando técnicas de control de velocidad variable EC o equivalentes. El controlador puede establecer la configuración del control de flujo. Puede emplearse un control manual del ventilador.

Puede ubicarse un único ventilador entre el filtro de entrada y el conducto o conductos de entrada del sistema de PVT (que puede contener uno o más elementos de cadena PV), tal como se muestra en la figura 30d.

Otras configuraciones de ventiladores consideradas son: un único ventilador de escape que extrae aire del sistema de PVT, que puede contener una o más cadenas de PVT (figura 30b); ventilador de entrada o escape único aplicado a cada cadena individual de sistemas PV (figura 30c); múltiples ventiladores de entrada o escape configurados en serie o en paralelo y aplicados a cada cadena individual de sistemas PV (figura 30d); ventilador de entrada o escape único configurado en serie o en paralelo y aplicado a cada panel PV individual (figura 30e); múltiples ventiladores de entrada o escape configurados en serie o en paralelo y aplicados a cada panel PV individual (figura 30f). También pueden proporcionarse otras configuraciones de ventilador para ayudar a equilibrar el flujo de aire a través de cada aparato de PVT. Por ejemplo, puede emplearse un ventilador principal utilizado junto con uno o más ventiladores secundarios configurados en una disposición paralela para abordar cualquier problema de equilibrio, como se muestra en la figura 30e a la figura 30h.

Pueden emplearse uno o más ventiladores auxiliares para suministrar aire a otros servicios, tales como el módulo de intercambio de aire exterior; módulos de almacenamiento térmico; módulos de intercambio de calor hidrónico, módulo de intercambio de calor de agua caliente, módulo de intercambio de calor condensador/evaporador de bomba de calor y distribución de aire interna, como se muestra en la figura 9.

El aire calentado de la matriz 10 de paneles de PVT puede introducirse en el módulo combinado 52 de transferencia térmica y almacenamiento. Como se muestra a modo de ejemplo en la figura 9, el aire puede desviarse a través de la válvula cerrada 86 y la válvula abierta 84 al módulo combinado 52 de transferencia térmica y almacenamiento. Puede abrirse una válvula 88 de entrada de transferencia de calor para permitir que el aire se dirija a la unidad 90 de transferencia térmica que incorpora transferencia térmica (intercambio de calor o HEX) para agua caliente (almacenamiento 100 de agua caliente), hidrónica (cabezal hidrónico 102), una bomba de calor (para calefacción, ventilación y aire acondicionado, HVAC 104), una bomba de calor para el intercambio de calor con el sistema de agua caliente o sistema/cabezal hidrónico para su utilización en el HVAC de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Una válvula 90 de salida permite que el aire de retorno regrese a la matriz de paneles de PVT (a través de la válvula abierta 80 y el ventilador 42). Las válvulas 92, 94 que van a la masa térmica 96 fría y a la masa térmica 98 caliente se mantienen cerradas.

Modos de operación: Una o más formas de la presente invención incorporan uno o ambos de los dos modos principales; bucle cerrado y bucle abierto.

El bucle cerrado corresponde a la ausencia de transferencia neta entre el circuito de PVT completo, incluida cualquier envolvente/espacio del edificio que forme parte de ese circuito y el ambiente exterior.

Un sistema aún se consideraría de bucle cerrado cuando opere el sistema de intercambio de aire exterior mientras los flujos de aire entrante y saliente estén equilibrados.

El sistema de bucle abierto implica preferiblemente un diferencial en la velocidad de flujo entre dos o más elementos del circuito. Por ejemplo, el aire de entrada puede extraerse del exterior, pasar por el circuito de PVT y expulsar el aire gastado al exterior a través del escape.

Un modo de funcionamiento secundario se refiere a la generación diurna (calor y electricidad) o al enfriamiento nocturno.

Un tercer modo de operación se refiere a maximizar el rendimiento energético combinado del sistema PV y solar en cualquier momento o a diario. Establece la velocidad de flujo de aire óptimo a través del PVT y determina el mejor lugar para obtener el aire de entrada.

Un cuarto modo de funcionamiento se refiere a cualquier otro estado operativo que no sea el tercer modo. Este modo es una respuesta a una o más de las fuerzas del mercado, la demanda interna o las preferencias de los consumidores. Por ejemplo, el sistema de PVT puede configurarse para suministrar calor de alta calidad durante el invierno y cuando los precios de la electricidad son bajos. El sistema en este modo ha reducido el flujo de aire para permitir que las celdas PV retengan más calor.

Un sistema eléctrico externo tiene un problema que hace que el precio de exportación de la electricidad aumente significativamente. En respuesta, el algoritmo de respuesta del mercado del sistema de control aplaza cualquier carga interna y a continuación cambia la función del sistema de PVT de calefacción de espacios a enfriamiento de paneles. Lo hace pasando al modo de bucle abierto y aspira el aire frío del exterior y expulsa el aire gastado a través del escape (suponiendo que la temperatura de salida sea más fría que la temperatura de referencia de la habitación). El efecto resultante es una reducción de la temperatura del panel de 40 0C y un aumento del 20 % en la producción PV. En este caso, se supone que el valor de la calefacción perdida es inferior a los ingresos obtenidos por la venta de electricidad.

En otro ejemplo un sistema de agua caliente sanitaria puede requerir calor adicional debido a la gran demanda que se le impone. El sistema que funciona en modo 3 suministra calefacción de espacios de baja calidad y gran volumen. La demanda de agua caliente cambia el sistema al modo 4 y el sistema de control reduce el flujo de aire. Posteriormente, las celdas PV se calientan a una temperatura que ofrece las condiciones necesarias para calentar el agua.

Sistema de control e instrumentación: El funcionamiento de una o más formas de la presente invención puede ser mediante el uso de un sistema de control, pero no se limita a esto. El sistema de control centraliza preferiblemente todas las entradas físicas del sistema de PVT y otros sistemas externos que tienen un efecto determinante sobre el funcionamiento y el rendimiento del sistema. A continuación compara estas condiciones con un algoritmo de modo de funcionamiento y envía los comandos actualizados apropiados para controlar la velocidad del ventilador y el accionamiento de la válvula.

Las entradas físicas del sistema de PVT podrían incluir datos del inversor central o del microinversor (energía de CC, voltios de CC, amperios de CC, energía de CA, voltios de CA, frecuencia de amperios de CA), mediciones del flujo de aire (aire suministrado, módulo de transferencia de aire exterior), sensores de presión del aire (a través del ventilador, a través del (de los) filtro(s), a través de la entrada y las salidas del panel de PVT y a través de los módulos de intercambio de calor), sondas de temperatura del aire (ambiente, entrada de aire ambiente, entrada de aire ambiente/espacio, aire de escape, superficie del panel de PVT y salidas de aire, entrada y salidas de aire a los distintos módulos de intercambio térmico, temperaturas de entrada y salida de fluido asociadas a los distintos módulos de intercambio térmico respectivos, ambiente/espacio), estado de accionamiento de la válvula de canalización, datos de funcionamiento del ventilador (velocidad, potencia, corriente, voltios). Véase, por ejemplo, la figura 34a y las tablas 1 y 2 siguientes: Las tablas 1 y 2 siguientes muestran las listas de entradas/salidas (E/S) del sistema. En particular, las tablas 1 y 2 muestran las condiciones de entrada y salida asociadas que pueden monitorizarse o cambiarse para efectuar un control adecuado del sistema PVT según al menos una realización de la presente invención.

Tabla 1

Tabla 2

Disposiciones del sistema: Un sistema PVT 200 según al menos una realización de la presente invención puede incluir un único panel PV, tal como para satisfacer las necesidades más básicas de una comunidad empobrecida (véanse las figuras 35a a la figura 35c).

En una o más formas, el sistema PVT puede incluir una o más cadenas PVT, con paneles PVT que suman entre 6 y 16 más para una aplicación existente en una azotea de una sola vivienda, como se indica en la figura 2a. En una aplicación comercial, el sistema PVT 200 puede instalarse en todo el techo existente o mejor aún convertirse en el techo de las nuevas construcciones 202 (véanse, por ejemplo, las figuras 36).

Los sistemas PVT que incorporan la presente invención pueden colocarse en voladizo en paredes o incluso en escaparates de tiendas, aumentando el área disponible para extraer energía solar que antes no se aprovechaba. Los sistemas PVT que incorporan la presente invención también pueden instalarse en sistemas solares a gran escala adyacentes a granjas de instalaciones industriales que necesitan energía térmica.

La capacidad de una o más formas de la presente invención para incorporar enfriamiento nocturno por radiación es una oportunidad significativa para adoptar la aplicación de la tecnología PVT en aplicaciones de enfriamiento y enfriamiento de centros de datos. El exceso de potencial de enfriamiento por radiación nocturna que no se aproveche directamente podría desviarse para enfriar módulos de almacenamiento de energía que después podrían utilizarse durante el día reduciendo la demanda de enfriamiento del aire acondicionado. El enfriamiento de los centros de datos es de vital importancia para maximizar la capacidad informática.

Un fenómeno de comportamiento reciente en los centros de datos operativos es el concepto de “ perseguir la luna” , donde los procesos informáticos se desvían constantemente de un centro de datos a otro en todo el mundo en busca del aire frío para enfriar económicamente sus procesos.

Claims

REIVINDICACIONES

i .Un colector (10) térmico fotovoltaico (PVT) híbrido de aire solar que incluye:

un panel (24) solar fotovoltaico (PV) que tiene una pluralidad de celdas fotovoltaicas (10a) para recibir radiación solar,

un aparato (12) de transferencia de calor que incluye:

pasos (16a, 18a) de aire para que el aire entre, pase a través de o salga del aparato (12) de transferencia de calor, en donde los pasos de aire incluyen múltiples pasos de aire, cámaras o cámaras de aire a través de los cuales fluye el aire durante su utilización, y medios de modificación del flujo de aire configurados para dirigir el flujo de aire para transferir calor hacia o desde una parte posterior del panel PV (24) solar, los medios de modificación del flujo de aire que incluyen:

una matriz de chorros, boquillas de aire u orificios (22, 116) proporcionados en un trayecto de flujo entre al menos un paso de aire, cámara o cámara impelente del aparato (12) de transferencia de calor y la parte posterior del panel PV (24) solar,caracterizado por quedichos chorros, boquillas u orificios (22, 116) están dispuestos para dirigir el flujo de aire desde al menos un paso de aire, cámara o cámara impelente en la parte posterior del panel PV (24) solar para permitir/mejorar la refrigeración del panel PV (24) solar, y

al menos un drenaje (26, 118) para permitir la extracción del aire después de impactar sobre la parte posterior del panel PV (24) solar desde la matriz de chorros, boquillas de aire u orificios, a través de al menos un espacio entre cámaras impelentes adyacentes y/o entre al menos una dicha cámara impelente y un borde periférico del panel (24) PV solar o casete de montaje, en donde la disposición de los chorros, las boquillas de aire o los orificios (22, 116) suministra el mismo potencial de refrigeración a través de una serie de dichas cámaras impelentes de aire a cada celda fotovoltaica del panel PV (24) solar para proporcionar una temperatura media de celda de cada celda que sea sustancialmente idéntica para maximizar la recuperación eléctrica.
2. El colector (10) de la reivindicación 1, que incluye al menos una capa de acristalamiento (30) sobre al menos parte de la pluralidad de celdas fotovoltaicas (10a) o el panel PV (24) solar, de tal modo que la radiación solar pase a través del acristalamiento (30) antes de llegar a las celdas fotovoltaicas (10a).
3. El colector (10) de la reivindicación 1, en donde los múltiples pasos de aire, cámaras o las cámaras impelentes (112) están dispuestos en serie de tal modo que el aire fluya de uno al otro, o están dispuestos en paralelo de tal modo que el flujo de aire se comparta/divida a través de los pasos de aire, cámaras o cámaras impelentes (112).
4. El colector (10) de la reivindicación 1, que incluye un sistema de recogida de condensación.
5. El colector (10) de la reivindicación 4, el sistema de recogida de condensación que incluye uno o más canales o conductos (130) proporcionados en o dentro del panel PV (24) solar o conectados al panel PV (24) solar.
6. El colector (10) de la reivindicación 5, que incluye además una disposición de control para controlar el flujo a través de un número de los chorros, las boquillas de aire o los orificios (22, 116) en uso en cualquier momento y/o para controlar la velocidad del aire a través de los chorros, las boquillas de aire o los orificios (22, 116).
7. El colector (10) de la reivindicación 1, en donde el flujo de aire desde el al menos un paso de aire, cámara o cámara impelente (112) respectivo a uno o más de los chorros, las boquillas o los orificios (22, 116) en una región se controla limitando o aumentando la presión del aire dentro del al menos un paso de aire, cámara o cámara impelente (112) respectivo y/o restringiendo/abriendo el diámetro/ancho o tamaño del uno o más de dichos chorros, boquillas u orificios (22, 116) en una dicha región y/o permitiendo/impidiendo el flujo de aire hacia o desde el uno o más de dichos chorros, boquillas u orificios (22, 116) en la región.
8. El colector (10) de la reivindicación 1, en donde el o cada uno de los respectivos chorros, boquillas u orificios (22, 116) de la matriz de chorros, boquillas u orificios (22, 116) tiene un perfil seccional de perfil de bordes cuadrados paralelos, perfil convexo, perfil cóncavo, perfil de salida de extremo cuadrado de boquilla de radio largo, perfil de boquilla de radio largo (extremo de lápiz), boquilla de radio largo (extremo de expansión), boquilla de radio largo (extremo ingleteado), o una combinación de dos o más de los mismos.
9.El colector (10) de la reivindicación 1, en donde el o cada chorro, boquilla u orificio respectivo (22, 116) de la matriz de chorros, boquillas u orificios (22, 116) se proyecta hasta una altura H con respecto a una altura H del chorro de montaje alineada por encima de un plano/superficie base en la raíz del o de cada chorro, boquilla u orificio (22, 116), siendo la altura de entre 3,0 mm y 25 mm.
10.El colector (10) de la reivindicación 9, en donde la altura H es una proporción con respecto a h, estando la proporción entre el 20 % y el 80 %.
11. El colector (10) de la reivindicación 1, que incluye el tratamiento/recubrimiento de la superficie en la parte posterior del panel PV (24) solar,

en donde el tratamiento de la superficie de la parte posterior del panel PV (24) incluye una superficie texturizada, tal como aristas, ondulaciones, reticulados, patrones elevados o dentados/grabados/estampados, textura superficial aleatoria o rugosidad.
12. El colector (10) de la reivindicación 11, en donde la textura de la superficie se aplica sobre o dentro de la capa externa del panel PV (24) solar o como una lámina aplicada.
13. El colector (10) de la reivindicación 1, que incluye además accesorios o recubrimientos aplicados al o detrás del panel PV (24) solar inmediatamente debajo del eje de flujo de un chorro, boquilla u orificio (22, 116) o a lo largo de una trayectoria superficial del chorro, boquilla u orificio (22, 116) o en un límite entre dos o más flujos de chorro, boquilla u orificio (22, 116) que se intercalan.
14. El colector (10) de la reivindicación 1, en donde el o cada paso, cámara o cámara impelente (112) incluye un aislamiento (134), en donde el aislamiento (134) incluye un recubrimiento reflectante o una capa reflectante, una estructura de pared de celda de espuma, una estructura laminada, o una combinación de dos o más de las mismas.
15. Un sistema (1) térmico fotovoltaico (PVT) para generar electricidad y calefacción durante el día y refrigeración durante la noche, el sistema (1) incluye un colector (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, un inversor (74) de potencia, al menos un aparato térmico fotovoltaico (PVT) y una unidad (50) de tratamiento de aire principal (AHU).
16. El sistema (1) de la reivindicación 15, en donde la AHU principal (50) incluye al menos un ventilador, interconexiones de conductos a al menos un aparato PVT térmico, conexiones de conductos a un módulo (52) combinado de almacenamiento y transferencia térmica (CTTSM), interconexiones de conductos a una entrada de aire ambiente y a un escape (40) de aire ambiente.
17. El sistema (1) de la reivindicación 15 o la reivindicación 16, que incluye un sistema de monitorización del caudal y/o la temperatura en donde el sistema de monitorización detecta el caudal y/o la temperatura dentro o a través del al menos un paso de aire, cámara o cámara impelente (112) o antes o después de los chorros, boquilla u orificios (22, 116), o en una entrada y/o salida, o una combinación de dos o más de los mismos.
18. El sistema de la reivindicación 17, en donde el sistema de monitorización controla una mezcla de aire en modo de bucle abierto y cerrado.