BR102016017759A2

BR102016017759A2 - dispositivo de refração solar, e, métodos para fabricar um dispositivo de refração solar e para aquecer um recipiente

Info

Publication number: BR102016017759A2
Application number: BR102016017759A
Authority: BR
Inventors: P Heck David; R Zolnowski Michael
Original assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-02-21
Also published as: JP6856986B2; US20200003453A1; ES2695529T3; EP3133355B1; BR102016017759B1; US10422553B2; EP3133355A1; US20170051947A1; JP2017101912A

Abstract

descreve-se um dispositivo de refração solar ("srd") para o aquecimento de materiais industriais em um recipiente de aquecimento, tendo um fundo, com energia solar difusa, incidente sobre uma superfície externa do srd e sendo refratada através do srd. o srd pode incluir um conjunto de matriz de lentes e uma pluralidade de vidros de lente fixados ao conjunto de matriz de lentes. o conjunto de matriz de lentes pode incluir uma superfície externa correspondendo à superfície externa do srd, uma superfície interna, e uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes.

Description

“DISPOSITIVO DE REFRAÇÃO SOLAR, E, MÉTODOS PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO DE REFRAÇÃO SOLAR E PARA AQUECER UM RECIPIENTE” FUNDAMENTOS 1. Campo [001] Essa invenção é geralmente relacionada com sistemas solares e, em particular, com sistemas solares utilizados para fundir materiais industriais. 2. Técnica Relacionada [002] Nota-se uma necessidade para melhorar a eficiência de energia associada com aquecimento e/ou fusão de materiais industriais em volumes industriais. Atualmente, nos Estados Unidos ("US"), a fusão de materiais industriais implica uma grande quantidade de energia apenas com a fabricação de alumínio, representando cerca de 30% do consumo de energia. Uma quantidade de energia ainda maior é necessária quando é adicionado aço reciclado. Como tal, as principais indústrias norte-americanas, especialmente as indústrias relacionadas com a reciclagem de metal e fabricação de material de carga, ocupam uma parte principal do consumo total de energia do país. Portanto, para quase todas as indústrias envolvidas no processo de fabricação ou reciclagem de materiais existentes, existe uma necessidade de grandes quantidades de energia para fundir materiais, aquecer os materiais ou para outro estágio chave, ou estágios, do processo.

[003] Em geral, os dois problemas principais com aquecimento convencional (por exemplo, fomos conhecidos, também conhecidos como queimadores) utilizando fomos a gás, indução, alto-fomo, e fomos de arco elétrico ("EAFS")) incluem a sua dependência em combustíveis fósseis e limitados (por exemplo, carvão, petróleo e gás natural), bem como as ineficiências em como eles transferem a energia térmica gerada para aquecer um material. É apreciado pelos versados na técnica que estes tipos de fomos têm perdas significativas de energia durante o processo de transferência de energia térmica (isto é, o processo de aquecimento do forno e, então, utilizando este calor para fundir ou aquecer o material), que, por fim, resulta em uma eficiência de cerca de 30 a 40%. Isso resulta, em geral, porque grandes quantidades de entrada de energia em um forno não se traduzem diretamente em energia térmica. Como um exemplo, em um alto-fomo, são necessárias quantidades maciças de energia de entrada para elevar sua temperatura para a temperatura de operação. Na fusão de alumínio, por exemplo, apenas cerca de 40% da energia utilizada pelo forno irá, efetivamente, fundir alumínio.

[004] Este problema é também similar para fomos usando fusão de indução, o que é feito tipicamente aberto ao ar. Os fomos de resistência elétrica ("ERTs"), que utilizam o princípio de aquecimento indireto são capazes de utilizar cerca de 40% de sua energia de entrada para fusão, mas, na prática, são apenas tipicamente eficientes em cerca de 26% porque os fomos ERT tipicamente experimentam outras perdas de energia, que incluem o aquecimento do ar e, então, a perda de ar quente através da condução de ventilação para o forro isolante do forno e perdas de energia quando abrindo o fomo ERT. Como um resultado, os fomos EAF requerem grandes quantidades de energia elétrica e podem apresentar efeitos ambientais adversos. Além disso, em muitos fomos EAF, adicionalmente queimadores de gás são tipicamente utilizados para auxiliar no aquecimento da sucata de metal a uma temperatura onde o metal conduz eletricidade de forma eficiente, de modo a permitir que o fomo EAF funcione de modo apropriado. Além disso, outro grande problema com estes tipos de fomos é o elevado custo de carbono do processo como a quantidade de dióxido de carbono produzido por estes sistemas. Infelizmente, seu uso contínuo é em grande parte devido ao custo relativamente barato das fontes atuais de combustível.

[005] As tentativas para enfrentar e resolver esses problemas usando "energia verde" (isto é, fontes de energia renováveis) ainda não se materializaram. Usos conhecidos de energia solar não são capazes de enfrentar ou resolver esses problemas porque as tecnologias solares conhecidas são limitadas em sua capacidade, janela de operação e eficiência global quando capturando energia solar e transferindo a mesma para um modo utilizável. Especificamente, sistemas solares conhecidos apresentam um certo número de deficiências no modo como eles utilizam energia solar para aquecer um objeto ou gerar eletricidade. Estas células solares colocadas em painéis solares utilizam células fotovoltaicas para converter energia solar incidindo sobre a célula solar em eletricidade. As células solares comuns modemamente usadas produzem cerca de 18% de conversão de energia devido a perdas de calor e a transferência de eletricidade dentro das células solares.

[006] Além das células solares, sistemas solares modernos também incluem sistemas que aquecem objetos, como tubos de água, por exemplo, que transferem energia de calor resultante para outros objetos para aquecer estes objetos ou gerar eletricidade através do movimento de, por exemplo, água através dos tubos para uma turbina. Além disso, outro problema com a energia solar é que ela não é concentrada o suficiente em qualquer dada área para usar em uma escala industrial ou ela requer um sistema no local para utilizar a energia em um processo que converte a mesma em eletricidade utilizável.

[007] As tentativas para resolver estes problemas têm incluído o uso de sistemas refletores solares para tentar refletir e focalizar a energia em uma área pequena que pode tanto gerar energia com uma célula solar, aquecer água para gerar eletricidade através de uma turbina, ou aquecer um pequeno cadinho contendo algum material em um forno pequeno. No entanto, mesmo com o uso de refletores, o sistema resultante ainda não apresenta uma eficiência elevada. Os utilizando células solares ainda tem apenas uma eficiência de 18%. Os que aquecem água ainda têm as mesmas perdas térmicas como os sistemas de aquecimento solar não refletores. Adicionalmente, os fomos pequenos perdem energia a partir de precisarem aquecer um cadinho. Além disso, todos estes sistemas refletores solares perdem energia na transferência de energia para componentes adicionais no sistema e de perdas do ângulo de reflexão. Além disso, alguns destes sistemas são estacionários de um modo que não permite que eles para sigam o sol limitando, assim, a quantidade de tempo que eles podem operar. Como resultado, sem uma mudança para capacidade moderna de energia solar, energia solar não pode competir atualmente em escala comercial e comutar para tal tecnologia não teria um benefício de custo para a maioria das indústrias.

[008] Isso é lamentável porque a energia solar é um recurso livre que, após longos períodos de tempo, é pagável em qualquer aplicação que possa apropriadamente capturar e transferir energia solar em uma forma utilizável. Como tal, existe uma necessidade para sistema de captura de energia solar que seja capaz de produzir uma quantidade suficiente de energia para uso em processos industriais modernos, que incluem aquecimento ou fusão de materiais industriais.

SUMÁRIO

[009] Descreve-se um dispositivo de refração solar ("SRD") para aquecimento de materiais industriais em um recipiente de aquecimento, tendo um fundo, com energia solar difusa incidente sobre uma superfície externa do SRD e é refratada através do SRD. O SRD pode incluir um conjunto de matriz de lentes e uma pluralidade de vidros de lente fixados ao conjunto de matriz de lentes. O conjunto de matriz de lentes pode incluir uma superfície externa correspondendo à superfície externa do SRD, uma superfície interna, e uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Uma sub pluralidade de vidros de lente da pluralidade de vidros de lente pode ser fixada a um subconjunto de matriz de lentes correspondente da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Além disso, cada subconjunto de matriz de lentes tem uma forma convexa e pode ser configurado para ter um comprimento focal correspondente ao subconjunto de matriz de lentes que resulta no conjunto de matriz de lentes tendo uma pluralidade de comprimentos focais.

[0010] Como um exemplo de operação, o SRD é configurado para realizar um método que inclui refração da energia solar incidente sobre o SRD através do conjunto de matriz de lentes tendo a pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. A energia solar refratada é, então, focalizada sobre uma pluralidade de pontos focais, onde cada ponto focal corresponde a um subconjunto de matriz de lentes da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Utilizando a pluralidade de pontos focais, o processo então cria uma área de aquecimento dentro do recipiente de aquecimento. O processo então aquece o material industrial dentro do recipiente de aquecimento na área de aquecimento usando a energia solar refratada focalizada.

[0011] É também descrito um método para fabricar o SRD. O método inclui determinação do tipo e quantidade de material industrial a ser fundido e determinação de uma quantidade de energia necessária para fundir o material industrial. Um tamanho de matriz de um conjunto de matriz de lentes é então determinado para produzir a quantidade de energia previamente determinada, onde o conjunto de matriz de lentes é configurado para refratar a luz solar incidente sobre o conjunto de matriz de lentes para o material industrial. O método inclui, então, determinar um comprimento focal do conjunto de matriz de lentes, montar uma armação de suporte para suportar o conjunto de matriz de lentes e montar o conjunto de matriz de lentes.

[0012] Outros dispositivos, aparelhos, sistemas, métodos, caraterísticas e vantagens da invenção serão ou se tomarão evidentes para um versado na técnica após o exame das seguintes figuras e descrição detalhada.

Pretende-se que todos esses sistemas, métodos, caraterísticas e vantagens adicionais sejam incluídos na descrição, estejam dentro do escopo da invenção e sejam protegidos pelas reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0013] A invenção pode ser melhor compreendida por referência às seguintes figuras. Os componentes nas figuras não estão necessariamente em escala, ao contrário, a ênfase sendo colocada na ilustração dos princípios da invenção. Nas figuras, números de referência iguais designam partes correspondentes em todas as diferentes vistas.

[0014] Figura 1 é uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de um conjunto de matriz de lentes de um dispositivo de refração solar ("SRD") de acordo com a presente descrição.

[0015] Figura 2 é uma vista de trás do conjunto de matriz de lentes mostrado na Figura 1, de acordo com a presente descrição.

[0016] Figura 3 é uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de um subconjunto de matriz de lentes do conjunto de matriz de lentes mostrado nas Figuras 1 e 2, de acordo com a presente descrição.

[0017] Figura 4 é uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de uma matriz de coluna única de paneis de lentes do subconjunto de matriz de lentes mostrado nas Figuras 1, 2, e 3, de acordo com a presente descrição.

[0018] Figura 5A é uma vista do sistema de um exemplo de implementação de uma lente convexa de difração.

[0019] Figura 5B é uma vista do sistema da matriz de coluna única de vidros de lente mostrados na Figura 4, de acordo com a presente descrição.

[0020] Figura 6 é uma perspectiva vista de lado do subconjunto de matriz de lentes mostrado na Figura 3, de acordo com a presente descrição.

[0021] Figura 7 é uma vista em perspectiva de trás de outro exemplo de uma implementação de um conjunto de matriz de lentes do SRD e um recipiente de aquecimento de acordo com a presente descrição.

[0022] Figura 8 é uma vista do sistema de SRD mostrado na Figura 7 de acordo com a presente invenção.

[0023] Figura 9 é uma vista em perspectiva de trás de uma pluralidade de SRDs, como mostrado nas Figuras 7 e 8, utilizados para fundir um material industrial de acordo com a presente descrição.

[0024] Figura 10 é um fluxograma de um exemplo de uma implementação do processo realizado pelo SRD mostrado nas Figuras 1-9 de acordo com a presente descrição.

[0025] Figura 11 é um fluxograma de um exemplo de uma implementação do processo realizado na fabricação do SRD, de acordo com a presente descrição.

[0026] Figura 12 é um diagrama de sistema de um exemplo de uma implementação do SRD utilizada para energizar uma turbina de acordo com a presente descrição DESCRIÇÃO DETALHADA

[0027] Um dispositivo de refração solar ("SRD") para aquecimento de materiais industriais em um recipiente de aquecimento, tendo um fundo, com energia solar difusa que incide sobre uma superfície externa do SRD e é refratada através do SRD é descrito de acordo com a presente descrição. O SRD pode incluir um conjunto de matriz de lentes e uma pluralidade de vidros de lente fixado ao conjunto de matriz de lentes. O conjunto de matriz de lentes pode incluir uma superfície externa correspondendo à superfície externa do SRD, uma superfície interna, e uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Uma sub pluralidade de vidros de lente da pluralidade de vidros de lente pode ser fixada a um subconjunto de matriz de lentes correspondente da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Além disso, cada subconjunto de matriz de lentes tem um formato convexo e pode ser configurado para ter um comprimento focal correspondente ao subconjunto de matriz de lentes que resulta no conjunto de matriz de lentes tendo uma pluralidade de comprimentos focais.

[0028] Como um exemplo de operação de acordo com a presente descrição, o SRD é configurado para realizar um método que inclui a refração da energia solar incidente (isto é, a energia solar que atinge diretamente e/ou ilumina o SRD, que pode difundir (isto é, espalhar) ao longo da superfície externa do SRD) sobre o SRD através do conjunto de matriz de lentes tendo a pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. A energia solar refratada é, então, focalizada sobre uma pluralidade de pontos focais, onde cada ponto focal corresponde a um subconjunto de matriz de lentes da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Utilizando a pluralidade de pontos focais, o processo cria, então, uma área de aquecimento dentro do recipiente de aquecimento. O processo aquece, então, o material industrial dentro do recipiente de aquecimento na área de aquecimento utilizando a energia solar refratada focalizada.

[0029] É também descrito um método para fabricar o Dispositivo de refração solar de acordo com a presente descrição. O método inclui determinar o tipo e quantidade de material industrial a ser fundido e determinar uma quantidade de energia necessária para fundir o material industrial. Um tamanho de matriz de um conjunto de matriz de lentes é então determinado para produzir a quantidade previamente determinada de energia, onde o conjunto de matriz de lentes é configurado para refratar a luz solar incidindo sobre o conjunto de matriz de lentes para o material industrial. O método inclui, então, determinar um comprimento focal do conjunto de matriz de lentes, montar uma armação de suporte para suportar o conjunto de matriz de lentes, e montar o conjunto de matriz de lentes. Na presente descrição, o material industrial pode incluir qualquer tipo de material utilizado em um processo de aquecimento ou de fusão industrial. Exemplos de materiais industriais podem incluir materiais metálicos industriais, como, por exemplo, alumínio, aço, ferro ou outros metais ou ligas, material industrial não metálico, como, por exemplo, plástico ou outros não metais recicláveis, gases ou líquidos (como, por exemplo, água).

[0030] Na Figura 1, uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de um conjunto de matriz de lentes 100 de um dispositivo de refração solar ("SRD") 102 é mostrada de acordo com a presente descrição. O SRD 102 inclui o conjunto de matriz de lentes 100 e uma pluralidade de vidros de lente 104 fixados ao conjunto de matriz de lentes 100. Neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 100 pode incluir uma armação de suporte 106 construída de um material rígido, como, por exemplo, um metal, como aço ou alumínio ou outros materiais não metálicos rígidos. A armação de suporte 106 pode incluir uma pluralidade de aberturas que são configuradas para aceitar a pluralidade de vidros de lente 104, que são, cada, configurados para serem fixados ao conjunto de matriz de lentes 100. A armação de suporte 106 é construída de um material rígido que é suficientemente forte para suportar o peso de, e as tensões causadas pela pluralidade de vidros de lente 104 colocados dentro da pluralidade de abertura na armação de suporte 106. O conjunto de matriz de lentes 100 inclui uma superfície externa 108 que também corresponde à superfície externa do SRD, uma superfície interna (não mostrada) e uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. Em geral, cada subconjunto de matriz de lentes é um painel discreto do conjunto de matriz de lentes 100.

[0031] Neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 100 é mostrado tendo nove (9) subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126. Cada subconjunto de matriz de lentes é mostrado tendo uma sub pluralidade de vidros de lente (do total de pluralidade de vidros de lente 104) fixados ao subconjunto de matriz de lentes correspondente. Como um exemplo, parte de uma estrutura de suporte 128 também é mostrada fixada a um lado do conjunto de matriz de lentes 100. A estrutura de suporte 128 pode ser fixada à armação de suporte 106 de um modo que permite que a estrutura de suporte 128 mantenha o conjunto de matriz de lentes 100 em uma distância predeterminada a partir de um recipiente de aquecimento (não mostrado, mas descrito depois) em que a distância predeterminada é uma distância que é baseada nos comprimentos focais múltiplos do conjunto de matriz de lentes 100 (descrito em maiores detalhes abaixo). Similar à armação de suporte 106, a estrutura de suporte 128 pode também ser construída de um material rígido que é forte o suficiente para suportar o peso de, e as tensões causadas pelo conjunto de matriz de lentes 100 podendo incluir materiais rígidos metálicos e não metálicos. Além disso, neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 100 é mostrado como tendo um formato convexo tridimensional com cada um dos subconjuntos de matriz de lentes correspondentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126 também sendo convexo. O formato convexo é aproximadamente parabólico ao longo do eixo i 130 e do eixo z 132 e também ao longo do eixo y 134 e eixo z 132. Em um exemplo de operação, o SRD 102 deve refratar energia solar difusa 136 (isto é, a energia solar incidente) que incide sobre a superfície externa 108 (tanto do SRD 102 como do conjunto de matriz de lentes 100) através do SRD 102 resultando em um feixe focalizado de energia solar refratada 138 que é focalizada em uma direção ao longo do eixo z 132 afastado da superfície interna do conjunto de matriz de lentes 100.

[0032] Neste exemplo, é apreciado pelos versados na técnica que apenas nove (9) subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126 foram mostrados na Figura 1 para fins de ilustração. No entanto, o conjunto de matriz de lentes 100 pode incluir mais ou menos subconjuntos de matriz de lentes com base no desenho e aplicação do SRD 102. Como será descrito abaixo, em geral, cada subconjunto de matriz de lentes irá produzir um feixe focalizado correspondente de energia solar refratada que terá um comprimento focal que corresponde ao subconjunto de matriz de lentes específico. Os comprimentos focais resultantes dos subconjuntos de matriz de lentes diferentes podem ser diferentes uns dos outros de modo que os feixes focalizados combinados de energia solar refratada (para cada subconjunto de matriz de lentes) combinam para formar o feixe focalizado de energia solar refratada 138 que produz uma área de aquecimento (descrita abaixo) que não é focalizada para se aproximar do ponto distante (isto é, um único ponto quente) do conjunto de matriz de lentes 100 (descrito em maiores detalhes abaixo).

[0033] A partir do detalhe na Figura 1, neste exemplo, o SRD 102 é mostrado como tendo um conjunto de matriz de lentes octogonal convexo bidimensional 100. Adicionalmente, o conjunto de matriz de lentes 100 é mostrado como tendo cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes convexos, retangulares, conformados, bidimensionais 110, 112, 114, 116 e 118 e quatro (4) subconjuntos de matriz de lentes convexos, triangulares, conformados bidimensionais 120, 122, 124 e 126. Além disso, cada um dos subconjuntos de matriz de lentes convexos, retangulares, conformados, bidimensionais 110, 112, 114, 116 e 118 é mostrado como tendo 8 por 8 (isto é, 64) vidros de lente (ou pluralidade de aberturas para vidros de lente 64) e cada um dos subconjuntos de matriz de lentes convexos, triangulares, conformados bidimensionais 120, 122, 124 e 126 é mostrado como tendo 28 vidros de lente (ou pluralidade de aberturas para 28 vidros de lente) e oito (8) vidros de lente de tamanho médio (ou pluralidade de aberturas para 8 vidros de lente de tamanho médio). Isto resulta no SRD 102 tendo, neste exemplo, um total de 432 vidros de lente e 32 vidros de lente de tamanho médio. Cada um dos vidros de lente da pluralidade de vidros de lente 104 pode ser vidros de lente planos se aproximando de um formato parabólico no subconjunto de matriz de lentes correspondente com base no tamanho e número de vidros de lente discretos planos no subconjunto de matriz de lentes ou vidros de lente conformados convexos reais. Além disso, cada um dos vidros de lente pode ser feito quer de vidro, acrílico, ou outro meio similar. Além disso, cada vidro de lente pode ser um vidro de lente plano ou curvo ou uma lente de Fresnel de modo que o SRD 102 pode ser montado a partir de uma combinação de vidros de lente planos, vidros curvos e lentes de Fresnel. Em geral, os vidros de lente podem ser removíveis e interpermutáveis no conjunto de matriz de lentes 100. Adicionalmente, a fim de tomar o SRD 102 mais dinâmico, controles individuais (não mostrados) podem ser instalados em seções do conjunto de matriz de lentes 100 ou cada abertura que é configurada para receber um vidro de lente no conjunto de matriz de lentes 100 de tal modo que os controles podem ser capazes de ajustar a posição dos vidros individuais para ajustar o foco do SRD 102. Novamente, o formato convexo octogonal bidimensional do conjunto de matriz de lentes 100 é um exemplo para fins de ilustração e pode ser um formato diferente com base no projeto do conjunto de matriz de lentes 100.

[0034] Retomando à Figura 2, uma vista de trás do conjunto de matriz de lentes 100, mostrado na Figura 1, ao longo do plano de visualização A-A' 140, é mostrada de acordo com a presente descrição. Figura 2 ilustra melhor a relação da pluralidade de subconjuntos 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126 e pluralidade de vidros de lente 104 em relação com o conjunto de matriz de lentes 100. Como descrito acima, neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 100 tem um formato octogonal e inclui cinco subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular 110, 112, 114, 116 e 118, respectivamente, e quatro subconjuntos de lentes de formato triangular 120, 122, 124 e 126, respectivamente. Neste exemplo, como descrito acima, os cinco subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular 110, 112, 114, 116 e 118 incluem 64 vidros de lente designados por 200, 202, 204, 206 e 208, respectivamente. Similarmente, os quatro subconjuntos de matriz de lentes de formato triangular 120, 122, 124 e 126 incluem 28 vidros de lente designados por 210, 212, 214e216, respectivamente, e oito vidros de lente de tamanho parcial 218, 220, 222 e 224, respectivamente. Se os quatro subconjuntos de matriz de lentes de formato triangular 120, 122, 124, e 126 são geralmente equivalentes à metade de um dos subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular, então, os quatro subconjuntos de matriz de lentes de formato triangular 120, 122, 124 e 126 atuam como o equivalente de dois subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular. Neste caso, o conjunto de matriz de lentes 100 pode ser descrito como tendo um total de sete (7) subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular em vez de nove (9). Como um resultado, o SRD 100 terá um equivalente total de 448 vidros de lente fixados ao conjunto de matriz de lentes 100.

[0035] Em geral, a quantidade de energia produzida pelo SRD 102 está diretamente relacionada com a localização, onde o SRD 102 será utilizado e o tamanho da matriz do conjunto de matriz de lentes 100. Quanto maior for a concentração de luz solar maior a quantidade de energia que pode ser produzida pelo SRD 102 para um determinado tamanho do conjunto de matriz de lentes 100. Especificamente, de acordo com os dados médios do National Renewable Energy Laboratory (“NREL") de 1998 a 2009, áreas dentro dos Estados Unidos, como Arizona e partes da Califórnia, Nevada, Novo México, Colorado e Havaí recebem, como uma média anual, mais de 7,5 quilowatts-hora ("KWh") por metro quadrado (m2) por dia de potência solar concentrada (“CSP"), que está disponível para uso por sistemas solares.

[0036] Geralmente, a quantidade de energia solar que cai sobre a Terra em qualquer ano civil supera a produção total de energia de todos os combustíveis fósseis mundiais usados nas indústrias no mundo todo. Por exemplo, o Estado de Kentucky recebe cerca de 3,75 kW/m2 de energia solar por dia a partir do Sol e áreas de energia maior, como Havaí, recebem cerca de 5,75 kW/m2 de energia solar por dia. Apenas uma fração desses totais é usada para criar energia utilizável com as células solares atuais porque as células solares, comumente usadas hoje em dia, geralmente somente alcançam cerca de 18% de conversão de energia devido a perdas de calor, ângulo de reflexão e transferência de eletricidade.

[0037] Como tal, usando o Havaí como um exemplo para fusão de alumínio, um subconjunto de matriz de lentes de 182 cm x 182 cm (isto é, uma área de cerca de 4 m2) 110, 112, 114, 116 e 118 seria capaz de focalizar cerca de 4 kWh de energia solar, de modo que o conjunto de matriz de lentes 100 seria capaz de focalizar, pelo menos, 28 kWh de energia solar, levando em conta os cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular 110, 112, 114, 116 e 118 e quatro (4) subconjuntos de matriz de lentes de formato triangular 120, 122, 124, e 126. Supondo uma eficiência de 85% neste exemplo, o SRD 102 seria capaz de fundir cerca de 33,5 kg de alumínio por hora.

[0038] Na Figura 3, uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de um subconjunto de matriz de lentes 300 do conjunto de matriz de lentes 100 (mostrados nas figuras 1 e 2) é mostrada de acordo com a presente descrição. O subconjunto de matriz de lentes 300 é mostrado, incluindo uma armação de suporte 302 e cerca de 36 vidros de lente 304 organizados em seis (6) fileiras e seis (6) colunas. A razão para mostrar apenas seis (6) colunas e fileiras, neste exemplo é por conveniência de ilustração uma vez que cada vidro de lente 304 está sendo mostrado dentro de uma armação de suporte do subconjunto de matriz de lentes 300. A armação de suporte é mostrada como tendo um primeiro lado 306 e um segundo lado 308. Neste exemplo, a curvatura convexa do primeiro lado 306 da armação de suporte é mostrada ao longo do eixo x 310 e eixo z 312. Similarmente, a curvatura convexa do segundo lado 308 da armação de suporte é mostrada ao longo do eixo y 314 e eixo z 312. Como descrito acima, a curvatura convexa pode ser aproximadamente parabólica para tanto o primeiro como o segundo lado 306 e 308 da armação de suporte. Se aproximadamente parabólico, o conjunto de matriz de lentes 100 irá produzir um feixe mais focalizado de energia solar refratada 138 porque, em geral, uma parábola é uma curva especial que tem a relação matemática de que qualquer ponto ao longo da curva de uma parábola é equidistante de um ponto fixo (matematicamente referido como o foco da parábola, mas não deve ser confundido com o termo foco utilizado na presente descrição) dentro da curva da parábola.

[0039] Adicionalmente, na Figura 3, os vidros 304 de uma primeira coluna 316 de vidros 304 são mostrados recebendo energia solar difusa e focalizando a mesma 318 para um ponto focal 320. Mais especificamente, retomando à figura 4, uma vista em perspectiva de trás de um exemplo de uma implementação de uma matriz de coluna única de vidros de lente 400 do subconjunto de matriz de lentes mostrado 300 (mostrado na Figura 3) é mostrado de acordo com a presente descrição. Neste exemplo, a matriz de coluna única de vidros de lente 400 inclui seis (6) vidros de lente 402, 404, 406, 408, 410 e 412. Como um exemplo de operação, a matriz de coluna única de vidros de lente 400 é configurado para receber uma porção 414 da energia solar difusa 136 que incide sobre a superfície externa do SRD e refrata esta porção 414 através dos vidros de lente 402, 404, 406, 408, 410 e 412 para produzir um feixe focalizado 416 de energia solar que é focalizado para o ponto focal 418.

[0040] Para explicar melhor este exemplo, nas Figuras 5A e 5B, vistas de sistema de uma lente convexa de difração contínua 500 e da matriz de coluna única de vidros de lente 502 (mostrado na Figura 4 cortado ao longo do plano B-B’ 420) são mostradas ao longo de uma linha central 504. Em ambos os exemplos, energia solar difusa incidente 506 é difratada e focalizada 508 e 510 para pontos focais 512 e 514, respectivamente. Como resultado, em operação, a lente convexa de difração discreta criada pela matriz de coluna única de vidros de lente 502 510 focaliza a energia solar difratada para aproximadamente o mesmo ponto focal 514 como o ponto focal 512 da lente convexa de difração contínua 500.

[0041] Em Figura 6, uma vista em perspectiva lateral do subconjunto de matriz de lentes 600 (mostrada na Figura 3 como subconjunto de matriz de lentes 300) é mostrada de acordo com a presente descrição. Diferente da Figura 3, na Figura 6, um exemplo de operação é mostrado onde a energia solar difusa 602 incide sobre a superfície externa 604 do subconjunto de matriz de lentes 600 que inclui a pluralidade de vidros de lente 606. Cada vidro de lente da pluralidade de vidros de lente 606 difrata, então, uma porção da energia solar difusa 602 e todos os feixes difratados a partir da pluralidade de vidros de lente 606 são focalizados 608 em um ponto focal 610 que é utilizado para aquecer ou fundir um material industrial (não representado). Neste exemplo, o comprimento focal 612 do subconjunto de matriz de lentes 600 é mostrado como a distância entre o ponto focal 610 e uma linha central 614 do subconjunto de matriz de lentes 600. Este comprimento focal 612 é baseado no projeto do subconjunto de matriz de lentes 600. Retomando às Figuras 1 e 2, nota-se que existem múltiplos subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126, que podem, cada, ter seu próprio comprimento focal correspondente. Adicionalmente, estes comprimentos focais múltiplos podem ser iguais ou não iguais com base no projeto do SRD para aquecimento ou fusão de um material industrial. Ao ter comprimentos focais diferentes ou pontos focais diferentes para cada subconjunto de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 e 126, o conjunto de matriz de lentes 100 pode ser configurado para focalizar a energia solar difusa que é uma área pequena em vez de um ponto. Isto permite que o SRD 102 seja configurada para fundir um material industrial em um plano de aquecimento dentro de um recipiente de aquecimento por distribuição do calor da energia solar focalizada sobre uma área pequena no plano de aquecimento. Se a energia solar focalizada não for distribuída sobre uma área pequena, ela pode queimar em potencial através do material industrial e, potencialmente, danificar o recipiente de aquecimento porque, em um único ponto focalizado, a energia muito intensa pode ser apropriadamente controlada como um fomo.

[0042] Ampliando isto na Figura 7, uma vista em perspectiva de trás de outro exemplo de uma implementação de um conjunto de matriz de lentes 700 do SRD 702 é mostrada de acordo com a presente descrição. Neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 700 é mostrado tendo cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular 704, 706, 708, 710 e 712, respectivamente. Subconjuntos de matriz de lentes de formato triangular adicionais também podem ser adicionados como descrito acima, no entanto, neste exemplo, apenas cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes de formato retangular 704, 706, 708, 710 e 712 são mostrados para fins de ilustração. Neste exemplo, o conjunto de matriz de lentes 700 é mostrado tendo cinco comprimentos focais diferentes ou pontos focais 714, 716, 718, 720 e 722 para os subconjuntos de matriz de lentes individuais 704, 706, 708, 710 e 712. Os pontos focais resultantes definem a área de aquecimento pequena 724 no recipiente de aquecimento 726. Em geral, por não dirigir a luz refratada em uma única direção, a luz pode ser focalizada sobre uma área de aquecimento pequena 724, que é suficientemente pequena para aquecer ou mesmo fundir o material industrial no recipiente de aquecimento 726, embora seja grande o suficiente para manter o material industrial aquecido ou fundido em uma temperatura desejada.

[0043] É adicionalmente mostrada neste exemplo a estrutura de suporte 128 que pode estar suportando o conjunto de matriz de lentes 700. Neste exemplo, a área de aquecimento 724 é mostrada como tendo uma distância predeterminada 728 a partir do conjunto de matriz de lentes 700. Especificamente, a distância predeterminada 728 é a distância 728 entre uma linha de centro 730 do plano da área de aquecimento 724 e outra linha central 732 do conjunto de matriz de lentes 700. A distância predeterminada 728 está geralmente relacionada com os comprimentos focais dos subconjuntos de matriz de lentes individuais 704, 706, 708, 710 e 712 correspondentes para produzir os pontos focais 714, 716, 718, 720 e 722, que resultam na área de aquecimento 724. Como resultado, a distância predeterminada 728 é baseada no projeto do conjunto de matriz de lentes 700 porque os comprimentos focais são baseados no projeto do subconjunto de matriz de lentes 700. A estrutura de suporte 128 é configurada para manter esta distância predeterminada 728 entre o conjunto de matriz de lentes 700 e a área de aquecimento 724 dentro do recipiente de aquecimento 726. Como tal, como o tipo de material, espessura, posição e ângulo dos vidros de lente dentro de cada um dos subconjuntos de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 e 712 determina os pontos focais correspondentes 714, 716, 718, 720 e 722, é apreciado que o tipo de material, espessura, posição e ângulo dos vidros de lente dentro de cada um dos subconjuntos de matriz de lentes 704, 706, 708, 710 e 712 também podem ser projetados de modo que eles produzem os pontos focais correspondentes 714, 716, 718, 720 e 722 na distância predeterminada 728.

[0044] Retomando à Figura 8, uma abordagem alternativa é mostrada.

Na Figura 8, uma vista do sistema de SRD 800 é mostrada de acordo com a presente descrição. Neste exemplo, uma linha central 802 é mostrada para lente equivalente 803 de pluralidade de vidros da lente do SRD 800 e o SRD 800 é mostrado como tendo um comprimento focal 804 que se estende até um ponto focal 806 além do fundo 808 do recipiente de aquecimento 810. Como um exemplo de operação, o recipiente de aquecimento 810 está cheio de material industrial 812 a ser fundido, como, por exemplo, alumínio. A energia solar difusa incidente 814 é refratada pela pluralidade de vidros de lente do SRD 800 para formar uma pluralidade de feixes solares refratados 816 (também conhecidos como raios) que são focalizados para o ponto focal 806 além do fundo 808 do recipiente de aquecimento 810. Uma vez que o recipiente de aquecimento 810 está cheio com alumínio 812 para fundir, os feixes solares refratados focalizados 816 não podem concentrar sua energia combinada no ponto focal 806 e, ao contrário, incidem sobre o alumínio 812 em um plano de aquecimento 820 que pode corresponder à linha de enchimento do alumínio 812 no recipiente de aquecimento 810. Uma vez que o plano de aquecimento 820 corresponde a uma área de aquecimento 822 na abertura 824 do recipiente de aquecimento 810, o calor resultante gerado pelos feixes solares refratados focalizados 816 é distribuído sobre a área de aquecimento 822, que é uma área relativamente pequena comparada com o tamanho do SRD 800. Ao projetar apropriadamente o SRD 800, a área de aquecimento 822 recebe a quantidade apropriada de energia do SRD 800 para ou apropriadamente aquecer ou fundir o material industrial (neste exemplo, alumínio) 812 no recipiente de aquecimento. Em geral, uma vez que o SRD 800 focaliza luz com perda mínima de energia, a maior intensidade de luz está no centro 826, mas é mais difusa ao se mover para fora a partir do centro 826. Como tal, a maior intensidade de calor no plano de aquecimento 820 está no centro e, então, diminui em intensidade ao se afastar do centro 826, resultando em uma área de aquecimento efetiva 822. Como descrito acima, o comprimento focal 804 está relacionado com o comprimento predeterminado 830 entre a linha de centro 802 da lente equivalente 803 para o recipiente de aquecimento 810, onde o comprimento predeterminado 830 é o comprimento a partir da linha de centro 802 para o plano de aquecimento 820 dentro do recipiente de aquecimento 810.

[0045] Em alguns casos de fusão, um SRD individual 800 pode não ser capaz de gerar de modo apropriado energia suficiente para fundir corretamente um material industrial 812 em um recipiente de aquecimento 810 ou fundir quantidade suficiente do material industrial 812 para ser competitivo por métodos não solares. Nestes casos, SRD múltiplos podem ser utilizados em uma cadeia para aumentar a quantidade de material industrial a ser fundido, aquecer o material industrial em estágios, ou ambos. Em Figura 9, uma vista em perspectiva de trás de uma pluralidade de SRDs 900, 902, 904 e 906 é mostrada de acordo com a presente descrição. Neste exemplo, s SRDs 900, 902, 904, e 906 são utilizados para fundir um material industrial 908 em uma pluralidade de recipientes de aquecimento 910, 912, 914, e 916, respectivamente. Neste exemplo, os SRD múltiplos 900, 902, 904 e 906 podem ser posicionados por um sistema de seguidor solar conhecido para coletar a quantidade ótima de luz solar durante o dia. Para manter a focalização de energia ótima dos SRDs 900, 902, 904 e 906, os recipientes de aquecimento 910, 912, 914 e 916 podem ser movidos de um SRD para o próximo através de um sistema de trilhos 918. Neste exemplo, a sistema de trilhos 918 pode ser configurado para introduzir ou extrair um dado recipiente de aquecimento 910, 912, 914, e 916 em qualquer ponto durante o processo de aquecimento e de fusão para remover material fundido ou aquecido e introduzir novos materiais em novos recipientes de aquecimento (não mostrados).

[0046] Retomando à Figura 10, um fluxograma 1000 de um processo de exemplo realizado pelo SRD é mostrado de acordo com a presente descrição. Em geral, o processo inclui o aquecimento de um material industrial em um recipiente de aquecimento com o SRD. O método começa em 1002 por, na etapa 1004, refração da energia solar incidente sobre o SRD através de um conjunto de matriz de lentes tendo uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes e, na etapa 1005, focalizando a energia solar refratada em uma pluralidade de pontos focais, onde cada ponto focal corresponde a um subconjunto de matriz de lentes da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes. O método, então, na etapa 1006, cria uma área de aquecimento dentro do recipiente de aquecimento, usando a pluralidade de pontos focais ou comprimentos focais e, então, em etapa 1008, aquece o material industrial dentro do recipiente de aquecimento na zona de aquecimento utilizando a energia solar refratada focalizada. O processo então termina 1010.

[0047] Na Figura 11, um fluxograma 1100 de um processo de exemplo realizado na fabricação do SRD é mostrado de acordo com a presente descrição. O processo começa em 1102 por determinação do tipo e da quantidade de material industrial a ser fundido em etapa 1104. Por exemplo, o tipo de aplicação pode incluir o aquecimento ou fusão de alumínio, aço ou outro metal, o pré-aquecimento ou fusão de um material industrial não metálico, aquecimento de água, aquecimento, amolecimento ou fusão de plástico. Uma vez isto determinado, o processo (em etapa 1106) inclui determinar uma quantidade de energia necessária para aquecer ou fundir o material industrial. Como um exemplo, para fundir alumínio, o SRD precisa produzir cerca de 30.000 watts para fundir cerca de 45,35 kg por hora de alumínio. O processo, na etapa 1108, então, inclui determinar um tamanho de matriz para o conjunto de matriz de lentes para produzir a quantidade previamente determinada de energia, onde o conjunto de matriz de lentes está configurado para refratar a luz solar incidente sobre o conjunto de matriz de lentes para o material industrial. Como um exemplo, no Fíavaí, o sol produz cerca de 1.000 watts por metro quadrado de modo que o conjunto de matriz de lentes necessita ter aproximadamente de 30 m2 (isto é, cerca de 6 metros por 6 metros). O processo, então, em etapa 1110, determina um comprimento focal do conjunto de matriz de lentes com base na geometria do conjunto de matriz de lentes. O processo, em etapa 1112, inclui a montagem do conjunto de matriz de lentes. O processo então termina em 1114. Neste exemplo, a montagem do conjunto de matriz de lentes também pode incluir a montagem de uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes e a fixação da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes no conjunto de matriz de lentes, onde cada subconjunto de matriz de lentes tem um comprimento focal correspondente e em que cada subconjunto de matriz de lentes tem um formato convexo. Montagem do conjunto de matriz de lentes pode incluir adicionalmente a fixação de uma pluralidade de vidros de lente para cada pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes, onde os vidros de lente podem incluir lentes de Fresnel. Além disso, a montagem do conjunto de matriz de lentes também pode incluir um primeiro subconjunto de matriz de lentes com um comprimento focal correspondente diferente de um segundo comprimento focal correspondendo a um segundo subconjunto de matriz de lentes.

[0048] É apreciado pelos versados na técnica que, embora os exemplos anteriores tenham descrito aquecimento e fusão de materiais industriais no recipiente de aquecimento, o SRD também pode ser utilizado para aquecer (e não fundir) tipos diferentes de materiais para uso em, por exemplo, caldeiras industriais e processadores eletroquímicos em que a energia fornecida pelo SRD é usada para aquecer materiais intermediários, como água, para produzir vapor que pode ser utilizado para outros processos, como energização de turbinas, aquecimento de produtos químicos, ou provendo transferência de calor para outros tipos de sistemas de aquecimento.

[0049] Retomando à Figura 12, um diagrama de sistema de um exemplo de uma implementação do SRD 1200 utilizado para energizar uma turbina 1202 é mostrado de acordo com a presente descrição. A turbina 1202 pode incluir uma pluralidade de lâminas de turbina (também conhecidas como pás) 1204 e um eixo 1206. Neste exemplo, a turbina 1202 é conectada a um recipiente de aquecimento 1208 por meio de, pelo menos, um tubo tubular de entrada de fluxo 1210 e um tubo tubular de saída de fluxo 1212. O recipiente de aquecimento 1208 pode ter uma pluralidade de tubos de aquecimento 1214 dentro do recipiente de aquecimento 1208 que são configurados para serem aquecidos pelo SRD 1200. Os tubos de aquecimento 1214 podem ser preenchidos com um fluido, tal como, por exemplo, um gás (como, por exemplo, ar), vapor, água, ou outro fluido que possa ser aquecido que é capaz de ser aquecido no recipiente de aquecimento 1208 e passado para a turbina 1202, que é uma máquina giratória que extrai energia do fluxo de fluido resultante e converte a mesma em energia de trabalho utilizável que gira 1216 o eixo 1206. Em um exemplo de operação, o SRD 1200 pode receber energia solar e focalizar 1218 a mesma em direção aos tubos de aquecimento 1214 do recipiente de aquecimento 1208. Tal acima, múltiplos pontos focais 1220, 1222, 1224 e 1228 podem ser focalizados 1218 em direção ao recipiente de aquecimento 1208, resultando em uma área de aquecimento 1230 ao longo do recipiente de aquecimento 1208. O fluido nos tubos de aquecimento 1214 é, então, aquecido e fluido aquecido 1232 passado para a turbina 1202 através de tubo tubular de fluxo de entrada 1210. O fluido aquecido gira as pás da turbina 1204 resultante na rotação 1216 do eixo 1206 ao longo de seu eixo. O fluido exaurido é retomado ao recipiente de aquecimento 1208 através do r tubo tubular de fluxo de saída 1212. E apreciado pelos versados na técnica que outros exemplos de aquecimento industrial também podem ser implementados usando o SRD 1200 como um dispositivo de aquecimento para outros materiais industriais.

[0050] Será entendido que vários aspectos ou detalhes da invenção podem ser modificados sem sair do escopo da invenção. Ela não é exaustiva e não limita as invenções reivindicadas à forma precisa descrita. Além disso, a descrição acima se destina ao propósito de ilustração apenas, e não para fins de limitação. Modificações e variações são possíveis à luz da descrição acima ou podem ser adquiridas a partir da prática da invenção. As reivindicações e seus equivalentes definem o escopo da invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Dispositivo de refração solar (“SRD") 102 para aquecimento de um recipiente de aquecimento tendo um fundo com energia solar difusa incidente sobre uma superfície externa do SRD e é refratada através do SRD, o SRD caracterizado pelo fato de que compreende: um conjunto de matriz de lentes 100; e uma pluralidade de vidros de lente 104 fixadas ao conjunto de matriz de lentes 100, em que o conjunto de matriz de lentes 100 inclui uma superfície externa 108 correspondendo à superfície externa do SRD, uma superfície interna, e uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, e 126, em que uma sub pluralidade de vidros de lente, da pluralidade de vidros da lente 104, está fixada a um subconjunto de matriz de lentes correspondente da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, e 126, em que um subconjunto de matriz de lentes, da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes, tem uma forma convexa, em que cada subconjunto de matriz de lentes é configurado para ter um comprimento focal correspondente ao subconjunto de matriz de lentes que resulta no conjunto de matriz de lentes tendo uma pluralidade de comprimentos focais.

2. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de matriz de lentes 100 e pluralidade de vidros de lente 104 estão configurados para refratar e focalizar a energia solar difusa sobre a superfície da face externa 108 do conjunto de matriz de lentes sobre uma área de aquecimento 724 dentro do recipiente de aquecimento 726.

3. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada subconjunto de matriz de lentes 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, e 126 tem uma forma convexa, em que a forma convexa de cada subconjunto de matriz de lentes é aproximadamente parabólica, em que cada subconjunto de matriz de lentes é configurado para ter um comprimento focal, que está além do fundo do recipiente de aquecimento 726 de modo a definir um plano de aquecimento 820 dentro do recipiente de aquecimento 726 acima do fundo do recipiente de aquecimento, e em que o plano de aquecimento corresponde à área de aquecimento 822.

4. Dispositivo de refração solar de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma estrutura de suporte 128 conectada ao conjunto de matriz de lentes 100, em que a estrutura de suporte 128 é configurado para suportar o conjunto de matriz de lentes 100 a uma distância predeterminada a partir do recipiente de aquecimento.

5. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um seguidor solar conectado à estrutura de suporte 128, em que o seguidor solar é configurado para mover a estrutura de suporte 128 de um modo que mantém uma elevada quantidade de energia solar sendo refratada através do SRD e focalizado na área de aquecimento.

6. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, alguns dos vidros de lente 104 da sub pluralidade de vidros de lente são lentes de Fresnel.

7. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada vidro de lentes 104 está fixado ao subconjunto de matriz de lentes em um ângulo que é determinado por uma distância predeterminada a partir do recipiente de aquecimento, e em que cada subconjunto de matriz de lentes tem um formato parabólico aproximado.

8. Dispositivo de refração solar de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o comprimento focal 612 correspondendo a um primeiro subconjunto de matriz de lentes é diferente do comprimento focal correspondendo a um segundo subconjunto de matriz de lentes.

9. Dispositivo de refração solar de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o conjunto de matriz de lentes inclui, pelo menos, cinco (5) subconjuntos de matriz de lentes.

10. Método para fabricar um dispositivo de refração solar (“SRD") para aquecer materiais industriais em um recipiente de aquecimento tendo um fundo, o método caracterizado pelo fato de que compreende: determinar uma quantidade de energia necessária para fundir uma quantidade de um material industrial 1104; determinar um tamanho de matriz de um conjunto de matriz de lentes para produzir a quantidade de energia previamente determinada, com base, pelo menos em parte, na quantidade do material industrial, em que o conjunto de matriz de lentes está configurado para refratar luz solar incidindo sobre o conjunto de matriz de lentes para o material industrial 1106; determinar um comprimento focal do conjunto de matriz de lentes 1110; montar uma armação de suporte para suportar o conjunto de matriz de lentes; e montar o conjunto de matriz de lentes 1112.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a montagem do conjunto de matriz de lentes inclui montar uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes e fixar a pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes no conjunto de matriz de lentes, em que cada subconjunto de matriz de lentes tem um comprimento focal correspondente e em que cada subconjunto de matriz de lentes tem uma forma convexa.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a montagem da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes inclui fixar uma pluralidade de vidros de lente a cada pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fixação da pluralidade de vidros de lente inclui fixar uma pluralidade de lentes de Fresnel a cada pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes.

14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a montagem do conjunto de matriz de lentes inclui a montagem do conjunto de matriz de lentes com um formato parabólico aproximado, e em que determinação do comprimento focal do conjunto de matriz de lentes inclui determinar um comprimento focal, que está além do fundo do recipiente de aquecimento, de modo a definir um plano de aquecimento dentro do recipiente de aquecimento acima do fundo do recipiente de aquecimento.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a montagem de uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes inclui adicionalmente a montagem de um primeiro subconjunto de matriz de lentes com um comprimento focal correspondente diferente de um segundo comprimento focal correspondendo a um segundo subconjunto de matriz de lentes.

16. Método para aquecer um recipiente tendo um fundo com um dispositivo de refração solar ("SRD"), o método caracterizado pelo fato de que compreende: refratar a energia solar incidente sobre o SRD através de um conjunto de matriz de lentes tendo uma pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes 1004; focalizar a energia solar refratada sobre uma pluralidade de pontos focais, em que cada ponto focal corresponde a um subconjunto de matriz de lentes da pluralidade de subconjuntos de matriz de lentes 1005; e criar uma área de aquecimento dentro do recipiente de aquecimento usando a pluralidade de pontos focais 1006.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que focalizar a energia solar refratada inclui focalizar a energia solar refratada em uma pluralidade de pontos focais que estão além do fundo do recipiente de aquecimento.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que focalizar a energia solar refratada inclui adicionalmente focalizar a energia solar refratada de cada subconjunto de matriz de lentes em pontos focais tendo diferentes comprimentos focais.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que focalizar a energia solar refratada inclui adicionalmente focalizar a energia solar refratada através de uma pluralidade de lentes de Fresnel.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que o aquecimento do material industrial inclui fundir o material industrial.