BR102016001471A2 - Heliotherm concentrator system of parabolic matrix type with two axles of motorization - Google Patents

Description

“SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO” BREVE DESCRIÇÃO

[0001] Trata a presente solicitação de patente de invenção de um inédito“SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO"compreende uma plataforma para múltiplos concentradores solares parabólicos retangulares com ponto focal em receptores de calor destinados à geração de energia elétrica heliotérmica e/ ou calor para uso em processos industriais, sistema este que efetua o rastreamento do sol com dois eixos de rotação com motorização independente, a fim de manter um foco ótimo durante todo o dia. Essa solução possibilita a interligação de múltiplas unidades captadoras, que formam o campo solar, dispostas em linhas paralelas configurando uma matriz, sendo cada unidade acionada simultaneamente por um único motorredutor para o ajuste da altitude e o outro motorredutor para o ajuste angular. Desta forma, concentra-se e conduz o calor gerado por todas as unidades captadoras para um único bloco de potência formado por sistema de conversão termomecânica, armazenamento de energia, gerador elétrico e controles associados.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0002] A presente invenção pertence ao segmento de geração de energia alternativa, limpa e renovável.

CONVENCIMENTO

[0003] A crescente demanda de energia elétrica aliada ao esgotamento dos locais propícios a instalação de hidroelétricas, as restrições ambientais impostas às geradoras altamente poluidoras como as termoelétricas (óleo, carvão e gás), ou aos riscos inerentes às usinas nucleares incentivam a procura de fontes de energia alternativas que não representem uma ameaça ao meio ambiente.

[0004] Neste sentido, podem-se verificar o desenvolvimento de tecnologias no segmento fotovoltaico, eólico e mais recentemente o heliotérmico. Como transparece a própria denominação, a proposta de geração de energia elétrica heliotérmica se dá pela concentração da luz solar para a obtenção de calor e por meio deste, direta ou indiretamente, produzir vapor e acionar uma turbina ou motor a vapor acoplado a um gerador, e assim obter a energia elétrica.

[0005] De modo semelhante atuam a termoelétricas e as usinas nucleares, com a diferença de que o calor no caso do concentrador heliotérmico é proveniente da luz solar e não da queima do óleo, carvão ou gás ou da fissão nuclear. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0006] Atualmente, existem quatro principais tipos de concentradores solares em uso: concentrador solar parabólico tipo calha; concentrador solar do tipo torre central; concentrador solar parabólico do tipo Stirling Dish e Concentrador solar linear Fresnel. É sabido pelos técnicos no assunto que cada tipo de concentrador conhecido tem suas próprias características em termos de capacidade, eficiência, custos por unidade de energia gerada, condições operacionais, escalabilidade e conjunto de aplicações.

[0007] O atual estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que se referema concentradores solar parabólico tipo calha como o documento US 4243019, intitulado "Light-weigth-trough type solar concentrator Shell" - que se refere a uma calha parabólica formada de membros individuais poligonais, geralmente triangulares. A superfície dirigida para o interior de cada membro do polígono possui um delineamento côncavo altamente reflexivo que otimiza a energia radiante sobre ela ao longo de uma linha paralela e acima da superfície da calha.

[0008] 0 US 20090223510, intitulado "Optmimized solar collector" - revela um coletor tipo calha que tem articulado um primeiro e um segundo painel refletor que define um canal interno preenchido por um fluido capaz de armazenar o calor oriundo da reflexão solar. O coletor também inclui um sistema de água reciclada utilizada no interior do canal ou então para limpar o painel refletor.

[0009] As anterioridades acima referentes a concentradores tipo calha têm suas particularidades e inovações, no entanto mantêm o mesmo conceito de funcionamento onde os espelhos em formato de calha concentram a luz na direção de um receptor tubular posicionado no foco dos espelhos, aquecendo assim o fluido transmissor que percorre os tubos. Múltiplas linhas de espelhos e tubos concentram o fluido transmissor de calor para um sistema termomecânico, como, por exemplo, trocadores de calor e uma turbina e um gerador elétrico e opcionalmente sistemas de armazenamento de calor. Um motorredutor por linha aciona a rotação da linha de espelhos rastreando e focando o sol. Em termos de vantagens e desvantagens os concentradores tipo calha pode-se tecer as seguintes considerações: ■ O seu emprego como modelo de usina mais adotado se deve a racionalidade e simplicidade da estrutura; ■ Apresenta grande escalabilidade de ampliação; * Tem baixa eficiência, que varia ente 14 a 16%, decorrente da existência de um único eixo de rastreamento e do formato dos espelhos, que projetam a luz ao longo do tubo receptor e não em um ponto, o que resulta em fator de concentração de apenas 85; ■ Temperaturas de operação oscilam entre 300°C e 550°C exigindo sistema de armazenamento de porte; ■ Em termos de escalabilidade de redução de porte não é adequado para sistema de micro geração, ou aplicações de pequeno porte.

[0010] O concentrador solar tipo torre central abriga centenas de espelhos no campo solar e concentram a luz em um receptor elevado, que aquece um fluido transmissor que gera vapor e aciona uma turbina e um gerador elétrico, em conjunto com um sistema de armazenamento e trocador de calor. Neste modelo, os concentradores atuam como heliostatos, isto é, rastreiam o sol em dois eixos e desviam a luz para o ponto fixo elevado no receptor. Pela existência de um único foco e dois eixos de rastreamento em cada espelho, sua eficiência é superior ao concentrador tipo calha, mas o fato de cada um dos coletores necessitar de dois motores e redutores prejudica a escalabilidade quando comparado ao aludido sistema de calha, em que um único motor aciona diversos coletores.

[0011] O estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre coletores tipo torre central como o US 2014299121, intitulado "Radiation collection utilizing total internai reflection and other techniques for the purpose of dispatchble generation and other uses" - descreve um dispositivo para captura, concentração e armazenamento de energia solar compreendendo um concentrador óptico em ligação operativa com meios de transmissão que também é ligado a um dispositivo de recuperação de energia. A energia solar é transmitida a partir do concentrador óptico para o dispositivo de recuperação onde é armazenado até que seja implantado como fonte de energia para a geração de eletricidade.

[0012] Em termos de vantagens e desvantagens os concentradores tipo torre central pode-se tecer as seguintes considerações: ■ Indicado para plantas de geração de grande porte, sendo o segundo tipo mais utilizado (é de construtividade complexa); * Apresenta escalabilidade de ampliação de grande porte; ■ Apresenta, no entanto eficiência entre 15% e 22%, decorrente da existência de dois eixos de rastreamento, porém com longa distância entre o espelho e o receptor; ■ Pode apresentar fator de concentração de 300 a 1500, permitindo operar com altas temperaturas (até 1000°C) e mais eficiente sistema de armazenamento; ■ Em termos de escalabilidade de redução de porte não é adequado para sistemas de micro a médio porte de geração ou aplicações diversificadas de calor.

[0013] O concentrador solar tipo Stirling Dish utiliza um motor de mesmo nome acoplado a um gerador no foco do espelho parabólico, e assim gera energia elétrica diretamente. Resumidamente, o motor Stirling é a combustão externa ou de fonte de calor externa, em que um gás presente numa câmara junto à cabeça do pistão, se expande quando exposto à fonte de calor e empurra o aludido pistão, provocando o seu deslocamento e o funcionamento do motor e do gerador. A eficiência deste modelo decorre do fato de rastrear o sol nos eixos azimutal e altitude, fazendo com que esteja sempre na posição mais favorável para captar e concentrar a luz solar em um ponto único. Necessita, no entanto de uma estrutura de sustentação complexa e reforçada, de modo a suportar a carga dos espelhos e motor/ gerador acoplado no seu foco, além da carga dinâmica dos ventos.

[0014] O estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre coletores tipo torre central como o US 2012216538, intitulado "Stirling Engine Solar Concentrador”, que inclui um refletor primário montado sobre uma estrutura basal, um refletor secundário situado no foco do refletor primário. A novidade deste documento é sistema de arrefecimento do motor Stirling incluindo uma pluralidade de elementos de transferência de calor montado num lado sombreado do refletor primário.

[0015] Em termos de vantagens e desvantagens os concentradores tipo Stirling Dish pode-se tecer as seguintes considerações: ■ Indicado para plantas de geração de pequeno porte, sendo o tipo mais utilizado experimentalmente, no entanto, é complexo em sua estrutura; ■ Não apresenta boa escalabilidade para a construção de grandes usinas, uma vez que todos os componentes complexos têm que ser replicados em cada concentrador parabólico, como base e estrutura reforçada, motor e gerador, sistema de motores de rastreamento. Adicionalmente, para incrementar a capacidade de potência por concentrador é necessário aumentar o tamanho da parábola elevando ainda mais o custo de todo o conjunto de sustentação em função do peso e dos impactos dos ventos; ■ Este modelo de concentrador é, no entanto, o mais eficiente dos tipos existentes, oscilando entre 24% a 31%; ■ Alcança temperaturas médias de 750°C podendo atingir até 2000°C dependendo do tamanho do concentrador, e apresenta fator de concentração entre 600 e 2000; ■ Apresenta também grande potencial de diversificação de aplicações de geração de calor em processos industriais, tipicamente com demanda de energia compatível com uma ou poucas parábolas.

[0016] O concentrador solar linear Fresnel tradicional utiliza linhas de espelhos planos para concentrar a luz do sol em um receptor tubular semelhante ao sistema tipo calha, porém fixo. O conjunto dos espelhos é movimentado em um eixo para efetuar o rastreamento solar, mantendo o receptor fixo. Múltiplos conjuntos de espelhos e receptor podem ser arranjados em linhas paralelas, tal como no sistema de calha, concentrando-se também o fluido para um sistema termomecânico e de geração. É um tipo de concentrador comercialmente utilizado tanto em sistemas de geração de médio porte como para plantas de geração de calor. É também frequentemente utilizado experimentalmente em várias configurações e para diversas aplicações.

[0017] O estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre coletores tipo solar linear Fresnel como o US 2012216538, intitulado "Fresnel-type solar concentration plant with na optimized secondary reconcentrator”, formado por uma série de espelhos em paralelo e com os elementos de suporte móveis para orientação dos mesmos conforme a movimentação do sol. Também possui um sistema secundário constituído por um CPC com um tubo a vácuo. A geometria do reconcentrador é otimizada a fim de minimizar as perdas ópticas e tem um perfil “M”.

[0018] Em termos de vantagens e desvantagens os concentradores tipo solar linear Fresnel pode-se tecer as seguintes considerações: ■ Indicado para plantas de médio a grande porte, tendo estrutura e operação simplificadas e espelhos de menor custo em relação aos demais sistemas, no entanto requer maior área de campo solar plano; ■ Apresenta escalabilidade de ampliação moderada para pequeno porte e boa para médio e grande porte; ■ Apresenta, no entanto eficiência muito baixa, 9% a 11% dia, fator de concentração de até 40 e alcança temperaturas de 270°C, sendo pouco eficaz para sistemas de armazenamento.

[0019] Outros sistemas baseados nos princípios das lentes Fresnel são os concentradores com painéis planos estrudados em prismas que desviam a luz solar para o mesmo ponto. Neste ponto são posicionados os dispositivos Dense Array Modules ou sensores fotovoltaicos densos, que geram energia elétrica como os painéis fotovoltaicos, no entanto com luz concentrada.

[0020] A tecnologia acima ainda está em fase de desenvolvimento para aplicação em grande escala, no entanto seu princípio de geração pode ser adaptado aos concentradores parabólicos. No caso deste invento poderá substituir os receptores de aquecimento de fluidos;

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0021] O objetivo da presente invençãoé propor um sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica que consegue superar as deficiências dos sistemas de geração heliotérmicos conhecidos e citados no estado da técnica deste documento de patente, no que tange a eficiência de aproveitamento solar haja vista o maior fator de concentração solar, maior temperatura de operação, grande escalabilidade da capacidade para cima (grande porte) e para baixo (pequeno porte), alta operacionalidade e simplicidade, alta flexibilidade e multiplicidade de aplicações diferentes da geração de energia, no campo da eficiência energética em processos industriais (como restará demonstrado na tabela 1 abaixo), resultando em substancial redução dos custos por unidade de energia gerada, portanto sendo de grande interesse para o mercado em apreço.

[0022] Também é objetivo da presente invenção criar uma nova plataforma de posicionamento para múltiplos painéis parabólicos de foco centralizado em um ponto, individualmente os mais eficientes, sem replicar os custos fixos de cada painel parabólico ao se multiplicar o número destes numa planta de geração de energia de grande porte.

[0023] Também é objetivo da presente invenção, com o novo posicionamento, permitir o acoplamento mecânico dos concentradores, o que possibilita o rastreamento do sol em dois eixos de rotação do conjunto, e propiciar a conexão em série dos múltiplos receptores dos concentradores, agregando de forma cumulativa a energia captada pelos concentradores e atingindo assim maior temperatura do fluido de operação e de potência energética. Daí, ao mesmo tempo ganha-se de racionalização de custos, obtém-se eficiência máxima e escalabilidade total.

[0024] Também é objetivo da presente invenção, com o novo posicionamento, utilizar um único conjunto motorredutor em cada eixo de rotação para movimentar as unidades concentradoras que compõem o conjunto da série (linha da matriz).

[0025] Também é objetivo da presente invenção com a nova plataforma permitir a interligação de diversos receptores de calor de uma série, dando escalabilidade a este componente.

[0026] Também é objetivo da presente invenção suportar a evolução tecnológica de receptores de calor sejam eles fluidodinâmicos ou fotovoltaicos concentrados, atribuindo aos mesmos escalabilidade e máximo aproveitamento solar.

DA INVENÇÃO

[0027] Refere-se a presente inovação a umSISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃOcompreende uma nova plataforma que possibilita concentradores heliotérmicos mais eficientes, o painel parabólico com o foco em um ponto único e rastreamento do sol em dois eixos, concentradores esses conectados e agrupados em linha seguindo uma orientação paralela no campo solar configurando uma ordenação de matriz. A fim de obter ganho de escala utiliza-se um único conjunto motorredutor em cada eixo de rastreamento do conjunto, da mesma forma os receptores de calor, um para cada painel parabólico, são interligados entre si por meio de duto único com o objetivo de minimizar perda térmica e reduzir custos.

[0028] O campo solar do sistema proposto é composto pelas múltiplas linhas paralelas de diversos concentradores contendo painéis parabólicos articulados em dois eixos, capazes de rastrear o sol e concentrar a energia solar de forma ótima nos receptores de calor. Todo o conjunto de concentradores é movimentado simultaneamente com as mesmas inclinações, com foco no sol, mediante comando do sistema de rastreamento.

[0029] Receptores de calor e condutores também são interligados em toda a linha de concentradores, conduzindo a energia agregada até o início da linha de onde é direcionada para o bloco de potência. Ambos se movimentam em conjunto com o deslocamento dos painéis parabólicos (sempre mantidos no foco).

[0030] Sistema de rastreamento compreende um software de comando fundamentado em base de dados, localização geográfica, dia e hora, que comanda o conjunto motorredutor inerente a cada linha de concentradores. A estrutura mecânica proporciona o acoplamento mecânico de todos os concentradores na linha, sendo, como já comentado, articulado em dois eixos.

[0031] Sistema de potência recebe o fluxo de fluido em alta temperatura e pressão produzido pelo campo solar nos receptores de calor,sendo conduzido e concentrado pelos condutores termicamente isolados e o transforma em energia elétrica. O sistema de potência é composto pelo motor que converte a energia térmica em energia mecânica de rotação, que aciona o gerador elétrico, e opcionalmente por um sistema de armazenamento de energia em forma de fluido em alta pressão e temperatura para acionar o motor e gerador na ausência de sol. Também fazem parte deste sistema de potência: os sistemas eletroeletrônicos que adequam a energia gerada aos padrões da rede de distribuição de energia elétrica, bem como os sistemas de controle, supervisão e operação de todos os sistemas.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0032] A invenção será, a seguir, descrita em uma realização preferencial, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas aos desenhos anexos, nos quais estão representadas de forma ilustrativa e não limitativa: Figura 1: Vista em perspectiva geral do campo solar com o sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização, na configuração arbitrária com três linhas com doze concentradores em cada linha.

Figura 2: Vista em perspectiva mostrando um segmento arbitrário de uma linha do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 3: Detalhe ampliado em perspectiva mostrando os principais componentes do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 4: Detalhe em perspectiva do posicionamento dos motorredutores na plataforma do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 5: Detalhe em perspectiva do acionamento para a correção da distância angular do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 6: Vista em perspectiva da conexão rotativa no ponto final da linha do duto móvel e na ponta do duto fixo que permitem a movimentação acoplada do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 7: Detalhe em perspectiva da conexão rotativa no ponto final da linha do duto móvel do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 8: Detalhe em perspectiva da conexão rotativa na ponta do duto fixo que permite a movimentação acoplada do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 9: Detalhe em perspectiva da conexão do bulbo representativo do receptor de calor com o duto do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 10: Representação gráfica dos eixos dos movimentos de altitude (x) e distancia angular (y) do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 11: Vista em perspectiva dos concentradores com inclinação sobre o eixo de altitude do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 12: Vista em perspectiva dos concentradores com movimento de rotação para compensar a distância angular do sol em relação a linha do equador do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 13: Representação gráfica dos concentradores nas posições manhã, meio do dia e tarde do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 14: Vista em perspectiva dos concentradores simulando movimento de altitude e de rotação do sistema concentrador heliotérmico do tipo matriz parabólica com dois eixos de motorização.

Figura 15: Vista esquemática em perspectiva representando a inclinação máxima dos concentradores adjacentes na linha (sombra projetada pela luz no solstício de inverno, às 12h hemisfério sul em 21/06, na latitude 23°).

Figura 16: Vista esquemática em perspectiva representando a distância máxima entre concentradores adjacentes (distância necessária entre as parábolas para que não haja sombra de uma sobre a outra, durante a inclinação máxima do sol no solstício de inverno, às 12h hemisfério sul em 21/06, na latitude 23°).

Figura 17: Vista esquemática em perspectiva representando a menor inclinação dos concentradores adjacentes na linha (sombra projetada pela luz no solstício de inverno, às 12h hemisfério sul em 21/06, na latitude 7o).

Figura 18: Vista esquemática em perspectiva representando a distância mínima entre concentradores adjacentes (distância necessária entre as parábolas para que não haja sombra de uma sobre a outra, durante a inclinação máxima do sol no solstício de inverno, às 12h hemisfério sul em 21/06, na latitude 7o).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0033] OSISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃOse refere a um sistema concentrador heliotérmico formado por várias linhas (L) paralelas de concentradores (1) dotadas de dois eixos de rotação (x, y) movimentados por conjuntos de motor (2A e 2B) e redução (3A e 3B) independentes para rastrear o sol na altitude e angularmente, de forma que os painéis parabólicos (4) retangulares, instalados em tais concentradores (1), sempre estarão com o foco solar ótimo nos receptores (5) de calor em qualquer hora do dia, por sua vez interligados a duto (6) unifilaronde conexões rotativas (7) nas extremidades das linhas de concentradores atribuem liberdade de movimento, assim o fluido que chega aquecido ao início (I) da linha éconduzido para a unidade de potência onde estão o conjunto gerador (8), unidade de armazenamento (9) do fluido aquecido, unidades de comando e controle (10) e outros componentes necessários ao funcionamento do campo solar.

[0034] Mais particularmente, o sistema concentrador heliotérmico reivindicadose baseia em uma nova plataforma de posicionamento dos espelhos parabólicos (4) de formatos retangulares para maximização da área coletora na configuração de concentradores(l) adjacentes em linha, reunindo as vantagens destes tipos de espelhos quando da sua movimentação em dois eixos de rotação que são o de altitude(x) e angular(y) por meio de motor (2A e 2B) e redutor (3A e 3B) independentes para cada linha, sendo que dos espelhos parabólicos (4) se projetam braços (11) em cujos vértices se localizam receptores (5)de calor exatamente no foco de tais espelhos interligados por meio de duto (6) único com conexões rotativas (7) nas extremidades que possibilitam e dão um grau de liberdade de movimento para que todo o conjunto acompanhe o deslocamento do sol durante o dia, de forma que o fluido aquecido percorra esse duto (6) e chegue a um conjunto de potência.

[0035] Assim, os receptores (5) de calor e os dutos (6) se movimentam juntamente com os concentradores (1) no sentido Leste-Oeste ou no movimento em altitude.

[0036] O concentrador (1) é composto por um caixilho (12) devidamente estruturado para suportar a carga própria, dos espelhos parabólicos (4) e das peças complementares, sendo que por volta do seu ponto médio se projetam colunas (13) de sustentação igualmente calculadas para suportar a carga de projeto. No centro, nas laterais maiores dos caixilhos (12), derivam para fora dois eixos (14) que apoiados em mancais com rolamentos (15) possibilitam a rotação do aludido caixilho (12) sobre o seu eixo, mediante a atuação de um conjunto motor (2A) e redutor (3A), localizado no entremeio de dois caixilhos que por estarem conectadosentre si faz o movimento de todos os concentradores (1) dessa linha (L). Para melhor entendimento, os concentradores (1) são montados sempre no sentido norte-sul e esta rotação faz com que o conjunto se incline 90° e fique voltado para o leste ao nascer do sol e acompanhe o seu movimento durante todo o dia, terminando voltado totalmente para o oeste. Este movimento é chamado de eixo de altitude (x). No espaço interno do caixilho (12) uma estrutura curvilínea (16) serve de base para assentamento do espelho parabólico (4) que integram o concentrador solar. Esta estrutura tem uma viga principal de cujas extremidades derivam dois eixos (17).

[0037] Estes eixos (17) são apoiados em mancais com rolamentos, presentes no centro das vigas laterais dos caixilhos (12), permitindo o segundo movimento de rotação, perpendicular aquele primeiro executado pelo caixilho. Dependendo da época do ano e da latitude, o sol varia sua posição aparente em relação à linha do equador estando mais distante da mesma no solstício de inverno e mais próximo no verão, e este movimento é denominado angular (y). Numa forma de viabilização da invenção, a parábola deste painel revestido de espelhos tem uma distância focal de 3m onde está localizado o receptor (5) de calor captado pelo espelho parabólico (4).

[0038] O receptor (5) é representado como uma esfera isoladora encapsulando um dispositivo metálico ligado ao duto (6) com dissipadores térmicos internos com uma geometria apropriada para maximização da transferência térmica para o fluido a ser aquecido conduzido por seu intermédio entre os segmentos de dutode entrada e de saída e é suspensa por quatro braços (11) fixados na estrutura do painel parabólico, o que faz com que o movimento do mesmo seja solidário. O movimento do espelho parabólico (4) no interior do caixilho (12) para compensar a distância angular faz com que o receptor (5), juntamente com os dutos (6), também se movimente e para tanto ele é fixado em flanges com rolamentos (18). O duto (6) que conduz o fluido aquecido é acoplado aos receptores (5) de calor e percorre toda a extensão longitudinal da linha de concentradores (1). Para que acompanhe o movimento de rastreamento, os dutos (6) das linhas de concentradores devem ter liberdade de deslocamento para tanto nas extremidades móvel e fixa possuem conexões rotativas (7). Os movimentos de rotação nos dois eixos (x, y) são feitos por motor (2A e 2B) de passo e redutor (3A e 3B ) com saída dupla de mesma direção e com alto coeficiente de redução. Provendo o movimento para rastreamento da altitude, o conjunto motor (2A) e redutor (3A) está localizado sobre as colunas (13A) de sustentação, no centro do eixo de rotação e também no centro de uma série de concentradores (1) em linha, quando for o caso e aciona toda a estrutura diretamente. Entre os demais concentradores (1) simplesmente se utiliza um eixo contínuo entre os mancais adjacentes (19), transferindo o movimento de rotação entre os mesmos. Como o concentrador (1) está apoiado diretamente no eixo dos redutor (3), mancais (19) neste eixo transferem o peso do conjunto para a coluna sustentação. Provendo o movimento de distância angular, o conjunto motor (2B) e redutor (3B) está alojado em uma plataforma (P) que une dois concentradores (1), também no centro de uma série em linha e aciona um sem-fim (21) localizado no eixo do painel parabólico (17) através de um eixo que percorre toda a série de concentradores (1). Entre os demais concentradores simplesmente se estende o eixo continuo até as pontas de linha, via mancais (20) fixados nas laterais dos caixilhos (12).

[0039] O sistema de rastreamento do sol comumente adotado nos modelos de concentradores com duplo eixo é baseado nos planos azimutal e de altitude. Por meio de dados da posição do sol armazenados em um microprocessador, coordenadas geográficas da localização da usina geradora e a data e hora inseridos pelo programador, o controlador movimenta o concentrador para que este fique voltado para o sol e durante o dia e em intervalos determinados no software, faz as correções nos dois eixos para manter o foco.

[0040] Nesta invenção, um conjunto de concentradores é alinhado no sentido norte-sul e utiliza o eixo de altitude e angula os espelhos para o leste quando o sol nasce e acompanha sua elevação durante todo o dia. Por ser fixo no alinhamento norte-sul não há a possibilidade de utilização do plano de azimute como segunda referência de posicionamento do sol, a plataforma dessa invenção introduz um segundo movimento baseado no afastamento do sol em relação à linha do equador que é conhecido como distância angular (y).

[0041] A introdução deste segundo movimento determina que os concentradores sejam afastados lateralmente uns dos outros, de modo a impedir que um faça sombra no adjacente na mesma linha. Utilizando softwares de posicionamento do sol calcula-se as distâncias necessárias para evitar o sombreamento de um painel sobre o outro. Em duas latitudes diferentes, -23° e -7o, nas datas de maior distância angular, que se dá no solstício de inverno, mais precisamente em 21 de junho no hemisfério sul, estes cálculos mostraram que na latitude 23°, o espaçamento entre os concentradores deverá ser de 1,80m e na latitude de 7o, de 0,80m.

[0042] Outra implicação decorrente da adoção deste segundo eixo de rotação na nova plataforma deste invento é que os softwares existentes baseiam-se, como já comentado, nos eixos azimutal e de altitude e, portanto são inadequados ao sistema proposto.

[0043] A solução proposta nesta invenção para o sistema de rastreamento é o cálculo da altitude para o acionamento do primeiro eixo e o cálculo da distância angular, baseado na posição necessária da parábola para a latitude instantânea ou alternativamente baseado em sensores de luz, para o acionamento do segundo eixo.

[0044] Tendo, portanto, sido descrita e ilustrada a melhor forma de realização atualmente contemplada para a concretização da presente inovação, no entanto, é para ser compreendido que, a presente inovação não está limitada aos aspectos práticos da realização atualmente preferida, ilustradamente descrita, e que todas e tais modificações e variações devem ser consideradas como estando englobadas dentro do espírito e escopo da inovação.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO, caracterizado por basear em uma plataforma de posicionamento de espelhos parabólicos (4) retangulares posicionados em caixilhos (12) sobre colunas (13) formando concentradores (1) adjacentes em linha com movimentação em dois eixos de rotação que são o de altitude (x) e angular (y) por meio de motor (2A) e redutor (3A) independentes para cada linha; dos painéis dos espelhos parabólicos (4) se projetam braços (11) em cujos vértices se localizam receptores (5) de calor exatamente no foco de tais espelhos interligados por meio de duto (6) único com conexões rotativas (7) nas extremidades e flanges com rolamentos (18) nos receptores (5) que possibilitam e dão um grau de liberdade de movimento para que todo o conjunto acompanhe solidariamente o deslocamento do sol durante o dia segundo o sistema de rastreamento; o fluido aquecido percorre esse duto (6) e chegue a um conjunto de potência; o sistema de rastreamento utiliza as coordenadas para o eixo de altitude e a posição relativa da estrutura parabólica em relação ao caixilho (12) ou coordenadas e sensores de luz para o eixo de distância angular.

2) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelos receptores (5) de calor estarem a 3m do foco do espelho parabólico e acompanhar o movimento do concentrador (1) graças aos braços (11), flanges com rolamentos (18) e conexões rotativas (7).

3) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelos receptores (5) de calor estarem ligados a duto (6) unifilar isolado que deriva para o início da linha com o mínimo de perda térmica.

4) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por no centro, nas laterais maiores dos caixilhos (12), derivam para fora dois eixos (14) que apoiados em mancais com rolamentos (15) possibilitam a rotação do caixilho (12) sobre o seu eixo (x), mediante a atuação de um conjunto motor (2A) e redutor (3A), localizado na coluna (13A).

5) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo movimento de distância angular, o conjunto motor (2B) e redutor (3B) está alojado em uma plataforma (P), também no centro de uma série em linha e aciona um sem-fim localizado no eixo painel parabólico (21) através de um eixo que percorre toda a série de concentradores (1); entre os demais concentradores simplesmente se estende o eixo continuo até as pontas de linha, via mancais (20) fixados nas laterais dos caixilhos (12).

6) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelos concentradores serem afastados lateralmente uns dos outros, de modo a impedir que um faça sombra no adjacente na mesma linha.

7) SISTEMA CONCENTRADOR HELIOTÉRMICO DO TIPO MATRIZ PARABÓLICA COM DOIS EIXOS DE MOTORIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 6 caracterizado por utilizar as distâncias das latitudes, -23° e -7o, nas datas de maior distância angular, que se dá no solstício de inverno, mais precisamente em 21 de junho no hemisfério sul, estes cálculos mostraram que na latitude 23°, o espaçamento entre os concentradores deverá ser de 1,80m e na latitude de 7°, de 0,80m.