BR112020020612A2

BR112020020612A2 - Dispositivo de rastreamento

Info

Publication number: BR112020020612A2
Application number: BR112020020612-1A
Authority: BR
Inventors: Stephen Alexander Askins; Jaime Caselles Fornés; Ignacio Antón Hernández; Marta Victoria Pérez
Original assignee: Solar Avances Y Sistemas De Energía, S.L.
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2021-01-12
Also published as: ES2965543T3; EP3779321C0; KR20200143401A; EP3779321A4; US11431287B2; AU2018418302A1; KR102461966B1; AR114772A1; JP7146298B2; IL277825B2; CN112005061B; JP2021525352A; UY38176A; WO2019197689A1; IL277825A; CN112005061A; MX2020010771A; US20210159847A1; CO2020013504A2; EP3779321A1

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo de rastreamento passivo (11) para rastrear a posição do sol, cujo dispositivo compreende um invólucro oco paralelepipedal através do qual a radiação solar que entra através de uma lente primária (12) localizada na extremidade superior do invólucro paralelepipedal passa em direção a um refletor discriminador (18) disposto na extremidade inferior do mesmo invólucro; o dispositivo de rastreamento (11) redireciona o máximo possível de radiação incidente para as câmaras laterais (17) a fim de absorver a radiação, aquecendo um fluido de trabalho contido na câmara lateral (17), e produzindo uma expansão volumétrica no fluido de trabalho que, ao se comunicar com os eixos para a rotação do dispositivo de rastreamento (11), permite uma orientação com a posição normal/perpendicular com relação à posição do sol, e orientar a direção de alinhamento dos demais dispositivos de rastreamento para a coleta de energia nos dispositivos de coleta de energia fotovoltaica e/ou térmica que são mecanicamente conectados ao dispositivo de rastreamento (11).

Description

"DISPOSITIVO DE RASTREAMENTO" CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa a radiação solar concentrada para orientar o posicionamento de dispositivos de aproveitamento de energia fotovoltaica e/ou térmica em tempo real a fim de alcançar um alto nível de utilização da energia solar.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] É conhecido no estado da técnica um dispositivo para o rastreamento solar que funciona por meio de câmeras de movimento sensíveis aos raios solares, que compreende uma lente de focalização para concentrar e orientar os raios solares em direção a uma área comum às câmeras de movimento.

[003] A câmara de movimento inclui um líquido com um baixo ponto de ebulição ou qualquer líquido que se expande quando aquecido dentro da câmara de movimento como resultado da energia dos raios solares.

[004] Os raios solares passam através das lentes de focalização para atingir a área comum quando o dispositivo de alinhamento solar é corretamente alinhado, ou vão em direção a uma câmera de movimento quando o dispositivo fica fora de um alinhamento desejado com o sol. Isso faz com que a câmera de movimento seja ativada e que essa ativação resulte em um movimento do coletor de raios solares em uma direção desejada.

[005] A câmara de movimento inclui um deslocador operacionalmente conectado a uma estrutura estacionária de modo que um aumento da pressão na câmara de movimento resulte em uma força exercida sobre o deslocador a fim de impulsionar o dispositivo de rastreamento solar contra a estrutura.

[006] A alta concentração de radiação solar em uma área comum do dispositivo de rastreamento solar tem a desvantagem de a fonte de radiação gerar uma área pequena, muito quente e localizada através da concentração da radiação solar, que não é capaz de transmitir o calor gerado de forma rápida, homogênea, dispersa e eficiente para todas as câmaras de movimento, onde ocorre a expansão volumétrica do fluido de trabalho contido. Deste modo, ocorrem atrasos na ativação do deslocador que aciona o dispositivo de rastreamento durante o movimento do sol, produzindo um rastreamento atrasado da posição solar e, por conseguinte, reduzindo o desempenho da alta concentração solar.

[007] O atraso no movimento do dispositivo de rastreamento é uma consequência de uma expansão ineficiente do fluido de trabalho contido nas câmaras de movimento. Isso se deve ao fato de haver fortes gradientes de temperatura dentro das câmaras de movimento e, portanto, a quantidade de volume do fluido aquecido não é maximizada. Consequentemente, não há um aumento volumétrico rápido do fluido de trabalho.

[008] Uma desvantagem dos dispositivos de rastreamento é que os mesmos requerem elementos externos para se orientarem quando a radiação solar penetra no dispositivo de rastreamento em grandes ângulos em relação à posição normal / perpendicular do dispositivo. Por exemplo, durante o nascer do sol e o pôr do sol, quando a posição do sol é muito plana, os níveis de radiação que atingem as lentes de focalização são muito baixos e insuficientes para acionar o dispositivo de alinhamento solar.

SUMÁRIO

[009] A presente invenção procura resolver um ou mais dos inconvenientes apresentados acima por meio de um dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa uma radiação solar concentrada, tal como definida nas reivindicações.

[010] O dispositivo de rastreamento passivo de posição solar usando radiação solar concentrada compreende um invólucro oco paralelepipedal que é penetrado pela radiação solar incidente e concentrado por uma lente de focalização primária disposta na extremidade superior de um refletor discriminador que é disposto na extremidade inferior do mesmo invólucro. Isso faz refletir a radiação solar incidente em diferentes ângulos em pelo menos uma câmara lateral absorvente de radiação, quando o invólucro paralelepipedal é perfeitamente alinhado e/ou desalinhado com a posição do sol.

[011] O invólucro paralelepipedal compreende ainda uma pluralidade de superfícies laterais reflexivas de uma geometria tal que as mesmas possam refletir a radiação solar incidente no interior do invólucro em diferentes ângulos em pelo menos uma câmara lateral absorvente de radiação, de modo que qualquer que seja o ângulo de incidência da radiação solar, a mesma será conduzida por reflexão para pelo menos uma câmara lateral absorvente.

[012] Quando a posição solar está próxima de um alinhamento perfeito com a posição solar normal/perpendicular do dispositivo de rastreamento, a radiação solar incidente concentrada cairá sobre o refletor discriminador que reflete a radiação solar concentrada em direção a uma câmara lateral absorvente primária ou em direção a uma segunda câmara lateral absorvente oposta à câmara lateral primária.

[013] O refletor discriminador compreende uma pluralidade de perfis arqueados abruptos adjacentes uns aos outros, de modo que pequenas mudanças na posição do foco da radiação solar incidente concentrada pela lente primária sejam refletidas em uma das câmaras laterais absorventes.

[014] O invólucro paralelepipedal tem a forma de um paralelepípedo de um tipo cone truncado invertido. Nesse invólucro é onde as superfícies laterais reflexivas inclinadas arqueadas são um tipo de superfície lateral reflexiva curvada côncava e onde pelo menos duas superfícies laterais opostas têm uma seção inferior adjacente à extremidade inferior, com um perfil do tipo Fresnel, e uma seção superior adjacente à extremidade superior tem uma lente lateral do tipo lente linear. Além disso, pelo menos duas superfícies laterais opostas têm uma seção inferior adjacente à extremidade inferior com um perfil do tipo Fresnel e uma seção superior adjacente à extremidade superior, na qual um pistão atuador é posicionado.

[015] A lente de focalização primária do tipo lente de Fresnel tem um perfil de Fresnel externo de plano inferior que concentra a radiação solar em um ponto ou linha focal próximo ao refletor discriminador, o qual compreende pelo menos duas superfícies reflexivas arqueadas, cada qual tendo uma seção transversal em forma de V invertido a fim de projetar a radiação solar incidente concentrada em direção a uma das câmaras laterais absorventes dispostas paralelamente e em proximidade às superfícies laterais reflexivas inclinadas do invólucro paralelepipedal.

[016] O refletor discriminador do foco de radiação pode ser uma lente asférica, um espelho giratório parabólico, uma placa de zona de Fresnel ou coisa do gênero; e a superfície reflexiva do refletor discriminador tem uma seção transversal arqueada plana no plano côncavo, no plano parabólico, no plano elíptico ou coisa do gênero.

[017] Além disso, o refletor discriminador da fonte de radiação compreende uma fenda de passagem que é atravessada por toda a radiação solar incidente concentrada quando o invólucro paralelepipedal é perfeitamente orientado com relação à posição do sol. Consequentemente, nenhuma parte da radiação solar incidente concentrada é refletida em direção a nenhuma câmara lateral absorvente.

[018] As dimensões físicas da fenda de passagem predeterminam qual porção da radiação solar incidente concentrada será refletida em direção à câmara lateral absorvente alvo. Sendo assim, o dispositivo de rastreamento será capaz de automaticamente manter seu alinhamento com relação à posição do sol.

[019] Além disso, um receptor térmico ou fotovoltaico inferior poderá ser disposto abaixo da fenda de passagem a fim de produzir energia térmica ou elétrica, respectivamente, aproveitando a proporção da radiação solar incidente concentrada que não é refletida para as câmaras laterais absorventes, ou seja, a proporção da radiação solar incidente concentrada não necessária para a produção de um movimento de rotação do dispositivo de rastreamento no sentido de manter um alinhamento com a posição do sol.

[020] A câmara lateral absorvente de radiação contém um fluido de trabalho cujo volume aumenta de acordo com a absorção da radiação solar incidente. Isso resulta em um aumento na temperatura e pressão do fluido de trabalho que é transmitido para pelo menos um pistão atuador disposto nos eixos de rotação do invólucro paralelepipedal.

[021] Os pistões atuadores são dispostos próximos ao centro de gravidade e conectados aos eixos de rotação do invólucro paralelepipedal que compreende ferramentas fixas e rotativas a fim de permitir um movimento de rotação do dispositivo de rastreamento de posição solar.

[022] O pistão atuador consiste de um elemento rotativo conectado por tubos flexíveis às câmaras laterais absorventes de radiação correspondentes adaptadas para transmitir o aumento de pressão a partir das mesmas câmaras laterais absorventes para o elemento rotativo.

[023] O pistão atuador compreende ainda pelo menos duas membranas flexíveis dispostas nas extremidades opostas do pistão atuador a fim de exercer um impulso suave, progressivo e preciso através do dobramento e desdobramento dessas mesmas membranas.

[024] O movimento de inclinação, de leste para oeste ou vice versa, e de norte para o sul ou vice versa, realizado pelo dispositivo de rastreamento de posição solar é transmitido por meio de componentes de transmissão de movimento mecânico, tais como hastes e/ou cabos para pelo menos um outro dispositivo de rastreamento para o qual o movimento de rastreamento do primeiro dispositivo de rastreamento é induzido.

[025] O segundo dispositivo de rastreamento compreende pelo menos um receptor térmico ou fotovoltaico para produzir energia térmica ou elétrica,

respectivamente, aproveitando a radiação solar incidente concentrada por uma lente de focalização.

[026] O dispositivo de rastreamento de posição solar executa automaticamente um rastreamento de posição solar passivo rápido, preciso e eficaz, ao discriminar com precisão a radiação solar incidente concentrada em uma pequena área focal, de modo que pequenos erros de alinhamento com relação à posição do sol produzam grandes e poderosas mudanças de energia em pelo menos uma câmara lateral absorvente ou o contrário. As câmaras laterais absorventes são radiadas de uma maneira muito mais dispersa para atingir aumentos rápidos e homogêneos de temperatura em uma área maior da câmara lateral absorvente, e não requerem que a energia térmica seja transmitida por condução através das superfícies laterais das câmaras ou através do fluido de trabalho. Tudo isso proporciona um dispositivo de rastreamento de posição solar preciso e eficaz adequado para uso em alta concentração solar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] Uma explicação mais detalhada será provida na descrição a seguir com base nas figuras em anexo:

[028] A Figura 1 mostra em uma vista em perspectiva de uma seção transversal de um dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[029] A Figura 2 mostra em uma vista em perspectiva traseira do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[030] A Figura 3 mostra em uma vista em elevação de um pistão atuador do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[031] A Figura 4 mostra em uma vista em elevação de uma câmara lateral absorvente de radiação do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[032] A Figura 5 mostra em uma vista em planta de um refletor discriminador do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[033] A Figura 6 mostra uma vista em elevação esquemática do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada em uma condição sobre eixo geométrico e em uma condição fora de eixo geométrico;

[034] A Figura 7 mostra em uma vista em elevação esquemática de uma fenda de passagem do refletor discriminador do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada na condição sobre eixo geométrico e na condição fora de eixo geométrico;

[035] A Figura 8 mostra em uma vista em perspectiva de algumas alternativas do refletor discriminador sem e com uma fenda de passagem;

[036] A Figura 9 mostra em uma vista em perspectiva de alternativas adicionais do refletor discriminador sem e com uma fenda de passagem;

[037] A Figura 10 mostra em uma vista em perspectiva de alternativas adicionais do refletor discriminador com a ausência de uma superfície reflexiva não ativa;

[038] A Figura 11 mostra em uma vista em elevação alternativa de uma câmara lateral absorvente de radiação do dispositivo de rastreamento de posição solar passivo que usa radiação solar concentrada;

[039] A Figura 12 mostra, em uma vista em perspectiva frontal, de dispositivos de rastreamento dispostos em uma estrutura horizontal ao longo de um eixo geométrico de leste para oeste a fim de orientar o posicionamento dos dispositivos de aproveitamento de energia fotovoltaica e/ou térmica em tempo real;

[040] A Figura 13 mostra uma vista em perspectiva frontal dos dispositivos de rastreamento dispostos em uma estrutura horizontal ao longo de um eixo geométrico de leste para oeste a fim de orientar o posicionamento dos dispositivos de aproveitamento de energia fotovoltaica e/ou térmica em tempo real;

[041] A Figura 14 mostra uma vista em perspectiva frontal dos dispositivos de rastreamento dispostos em uma estrutura vertical a fim de orientar o posicionamento dos dispositivos de aproveitamento de energia fotovoltaica e/ou térmica em tempo real; e

[042] A Figura 15 mostra uma vista em perspectiva traseira dos dispositivos de rastreamento dispostos em uma estrutura vertical a fim de orientar o posicionamento dos dispositivos de aproveitamento de energia fotovoltaica e/ou térmica em tempo real.

DESCRIÇÃO

[043] Com referência às Figuras 1, 2 e 3, nas quais um dispositivo de rastreamento de energia solar térmica concentrada 11 é mostrado de modo a obter uma radiação solar em um local predeterminado do dispositivo e orientar a direção de alinhamento de um arranjo de energia fotovoltaica e/ou térmica.

[044] O dispositivo de rastreamento de posição solar passivo 11 é configurado de modo a redirecionar a radiação incidente máxima de uma maneira rápida e precisa para as câmaras laterais absorventes de radiação 17 a fim de aquecer um fluido de trabalho contido na mesma câmara lateral 17 e, assim, produzir uma expansão volumétrica do fluido de trabalho que é transferido para alguns eixos de rotação do dispositivo de rastreamento 11, permitindo a orientação automática, em tempo real, do dispositivo de rastreamento 11 da posição normal/perpendicular com relação à posição do sol, e orientar a direção de alinhamento de outros dispositivos de rastreamento de modo que a energia seja aproveitada de uma maneira altamente concentrada por dispositivos de coleta de energia fotovoltaica e/ou térmica que são mecanicamente conectados ao dispositivo de rastreamento passivo 11 a fim de rastrear e posicionar o marcador de posição, deste modo obtendo o aproveitamento de uma radiação solar máxima de uma forma altamente concentrada.

[045] O dispositivo de rastreamento de posição solar passivo concentrador solar 11 compreende um invólucro paralelepipedal oco 14 que é penetrado pela radiação solar incidente através da lente concentradora primária 12 localizada na extremidade superior do invólucro paralelepipedal 14 em direção a um refletor discriminador 18 posicionado na extremidade inferior do mesmo invólucro 14, quando a posição do sol está próxima à posição normal/perpendicular do dispositivo de rastreamento 11.

[046] O invólucro paralelepipedal 14 tem a forma de um paralelepípedo do tipo cone truncado invertido. O mesmo compreende uma pluralidade de superfícies laterais reflexivas arqueadas 16 do tipo superfície lateral reflexiva curvada côncava a fim de refletir a radiação solar sobre as câmaras laterais de absorção 17 quando a posição do sol está longe de um alinhamento perfeito com relação à posição normal/perpendicular do dispositivo de rastreamento 11.

[047] O dispositivo de rastreamento 11 é mecanicamente acoplado a um pistão atuador 21 disposto próximo ao centro de gravidade do invólucro paralelepipedal 14 e compreende ferramentas fixas e rotativas a fim de permitir um movimento de rotação sem o deslocamento do dispositivo de rastreamento 11 de uma posição inicial correspondente ao nascer do sol e para uma posição final com relação ao pôr do sol ou vice versa.

[048] Pelo menos duas superfícies laterais opostas 16 têm uma seção inferior adjacente à extremidade inferior do invólucro paralelepipedal 14 com um perfil do tipo Fresnel e uma seção superior adjacente à extremidade superior do mesmo invólucro paralelepipedal 14 que tem uma lente lateral 13 do tipo lente linear e que converge linearmente à radiação solar incidente sobre a câmara lateral absorvente de radiação 17 oposta à correspondente lente lateral 13 quando o sol está em uma posição plana no horizonte ao nascer e ao pôr do sol.

[049] As superfícies laterais 16 são dispostas voltadas respectivamente para diferentes pontos cardeais opostos, de modo que uma superfície primária 16 fique posicionada na direção do ponto cardeal leste e que uma segunda superfície 16 fique posicionada na direção do ponto cardeal oeste.

[050] Pelo menos duas superfícies laterais opostas 16 têm uma porção inferior adjacente à extremidade inferior com um perfil do tipo Fresnel e uma porção superior 15 adjacente à extremidade superior do invólucro paralelepipedal 14 no qual o pistão atuador 21 fica disposto. As superfícies laterais 16 são posicionadas de frente, respectivamente, para os pontos cardeais opostos, de modo que uma terceira superfície 16 fique disposta na direção do ponto cardeal norte, e uma quarta superfície 16 fique disposta na direção do ponto cardeal sul.

[051] O invólucro paralelepipedal em forma de cone truncado 14 compreende a lente concentradora primária 12 do tipo lente de Fresnel mecanicamente acoplada à extremidade superior do invólucro em paralelepipedal 14 a fim de concentrar a radiação solar em um ponto focal localizado na proximidade do ou sobre o refletor discriminador 18 quando a posição do sol fica próxima à posição normal/perpendicular da lente primária.

[052] A lente concentradora primária 12 tem um perfil do tipo Fresnel superior e inferior plano que concentra a radiação solar sobre o ponto focal do refletor discriminador 18 quando os raios incidentes do sol ficam perpendiculares à lente primária 12, em uma condição sobre o eixo geométrico.

[053] Com referência às Figuras 5 a 10, o refletor discriminador 18 compreende pelo menos duas superfícies reflexivas 51 que têm, respectivamente, uma seção transversal curvada côncava arqueada ou coisa do gênero, na forma de um V invertido, que projeta a radiação solar concentrada na direção da correspondente câmara lateral absorvente de radiação 17.

[054] O vértice do V arqueado invertido corresponde ao ponto focal da lente concentradora primária 12 quando a posição do sol fica em uma posição normal/perpendicular à lente concentradora primária 12. As superfícies reflexivas 51 do refletor discriminador 18 têm, respectivamente, uma seção transversal planar arqueada no plano côncavo, no plano parabólico, no plano elíptico ou coisa do gênero.

[055] O refletor discriminador 18 é uma lente asférica (não uma lente do tipo Fresnel), um espelho giratório parabólico, uma placa de zona de Fresnel ou coisa do gênero.

[056] O dispositivo de rastreamento de posição solar 11 compreende ainda pelo menos duas câmaras laterais absorventes de radiação 17 voltadas uma de frente para a outra, contendo o fluido de trabalho do tipo líquido, gasoso ou de um tipo similar. Deste modo, dependendo da variação de pressão relativa dentro das câmaras laterais absorventes de radiação 17, o posicionamento do dispositivo de rastreamento 11 é automaticamente alterado.

[057] O aumento de pressão dentro das câmaras laterais absorventes de radiação 17 é transmitido através de tubos flexíveis a partir da correspondente câmara lateral absorvente de radiação 17 para o pistão atuador 21 de modo que o mesmo possa orientar, em tempo real, o movimento de rotação do dispositivo de rastreamento 11 em conformidade com a posição do sol.

[058] Desta maneira, uma perfeita sincronização é alcançada com relação ao movimento de rotação de leste para oeste, ou de norte para sul do dispositivo de rastreamento 11 de modo que o mesmo possa se orientar automaticamente em conformidade com a posição do sol.

[059] A pressão da câmara lateral absorvente no lado oeste 17 é comunicada ao lado leste do pistão do atuador leste para oeste e, ao aumentar a pressão no lado leste do pistão do atuador 21, a mesma empurrará o pistão atuador de leste para oeste 21 em direção ao oeste de modo que o mesmo possa girar um componente rotativo do pistão atuador 21 no sentido horário, fazendo com que o dispositivo de rastreamento 11 gire para o leste.

[060] Portanto, a variação de pressão no lado oriental ou no lado ocidental do pistão atuador 21 provê um rastreamento em tempo real da posição do sol ao longo do eixo geométrico de leste para oeste.

[061] De maneira similar, o mesmo mecanismo de rastreamento ocorre no movimento sazonal norte para sul, intervindo nas câmaras laterais absorventes de radiação 17 do norte e sul e no pistão do atuador norte para sul 21 exatamente da mesma maneira que o pistão atuador de leste para oeste 21 descrito para o movimento diário no sentido leste para oeste.

[062] Com referência às Figuras 3 e 11, as câmaras laterais absorventes de radiação 17 são corpos ocos fechados com uma estrutura tubular alongada do tipo cilindro que incluem linhas de comunicação de pressão conectadas entre a câmara lateral absorvente de radiação 17 e o correspondente pistão atuador 21, compreendendo dispositivos mecânicos para converter um aumento de pressão em um movimento de rotação.

[063] A câmara lateral absorvente de radiação 17 é mecanicamente acoplada de uma maneira suspensa e paralela à correspondente superfície lateral inclinada reflexiva arqueada 14. A mesma fica localizada entre a superfície lateral reflexiva inclinada 17 e o eixo geométrico simétrico do invólucro paralelepipedal em forma de cone truncado.

[064] Por sua vez, o fluido de trabalho é aquecido a altas temperaturas a fim de, aumentar a pressão interna da própria câmara lateral absorvente de radiação 17, por meio da radiação solar direta e/ou da radiação refletida pelas superfícies internas do invólucro paralelepipedal em forma de cone truncado.

[065] Consequentemente, as superfícies laterais inclinadas reflexivas arqueadas 16 do invólucro paralelepipedal em forma de cone truncado 14 refletem a radiação solar recebida em direção à correspondente câmara lateral absorvente de radiação 17 disposta paralela a e a uma distância predeterminada da superfície lateral inclinada reflexiva arqueada 16 a fim de refletir a radiação. Isso tem um impacto sobre a respectiva câmera lateral de absorção 17, fazendo com que a mesma se aqueça e, consequentemente, provoque uma expansão volumétrica por pressão que é transmitida na direção do eixo de rotação do dispositivo de rastreamento 11, provendo ao mesmo um movimento de rotação em tempo real, como uma função da pressão interna das câmaras laterais absorventes de radiação 17 quando as mesmas buscam a orientação mais adequada de acordo com a posição do sol.

[066] As câmaras laterais absorventes de radiação tubulares 17 são dispostas em cruz nos eixos de leste para oeste e de norte para sul de acordo com os pontos cardeais, e podem ficar dentro do mesmo dispositivo de rastreamento 11 ou em dois dispositivos de rastreamento 11 nos quais um primeiro dispositivo de rastreamento 11 realiza o movimento leste para oeste, e um segundo dispositivo de rastreamento 11 realiza o movimento norte para sul no rastreamento da posição do sol.

[067] A câmara lateral absorvente de radiação 17 é feita de vidro ou outro material transparente adaptado de modo a conter o fluido de trabalho.

[068] Um tubo anular concêntrico fino 41 é provido dentro da câmara lateral absorvente de radiação 17. O tubo 41 é de um tipo de material, tal como um metal que é escurecido de modo que a radiação solar incidente passe através da parede transparente da câmara lateral 17 e seja absorvida pelo tubo de metal 41 que aquece diretamente o fluido de trabalho.

[069] O arranjo de vidro ou outro material transparente pode discriminar os comprimentos de onda da radiação solar a fim de prover um efeito estufa e, assim, limitar as perdas de energia interna devido à radiação.

[070] De maneira alternativa, o tubo fino 41 tem um orifício oblíquo 42 disposto na extremidade inferior do tubo 41 de frente para o refletor discriminador 18 de modo que a radiação refletida pelo mesmo refletor discriminador 18 entre no tubo fino 41 através do orifício oblíquo 42 e, assim, produzir aquecimento na parte interna do tubo fino 41.

[071] O tubo fino 41 tem uma seção inferior não revestida com uma refletividade relativamente alta, de modo que a radiação solar incidente sobre a seção inferior seja ainda refletida, de uma maneira mais espalhada, em direção a uma seção superior do tubo fino 14 a fim de aumentar a difusão da radiação solar e produzir um aquecimento mais homogêneo.

[072] Em seguida, com referência às Figuras 6 e 7, nas quais o dispositivo de rastreamento de posição solar 11 é mostrado com diferentes ângulos de incidência de radiação solar direta e detalha como a diferenciação precisa da radiação solar incidente concentrada é produzida em uma condição sobre o eixo geométrico e, portanto, como a radiação solar concentrada cai no ponto focal, o vértice do refletor discriminador 18 refletindo a radiação solar sobre as duas câmaras laterais absorventes de radiação 17 localizadas de acordo com os pontos cardeais leste e oeste, respectivamente, e como uma porção igual de radiação solar é direcionada para qualquer uma das câmaras laterais absorventes de radiação 17 posicionadas opostas uma à outra.

[073] No entanto, quando o dispositivo de rastreamento 11 pode estar desalinhado com o sol, em uma condição fora de eixo, tal como mostrado na Figura

6. Nesse caso, um desalinhamento é mostrado com um ângulo de 5 entre a linha vertical e a posição do sol e, por conseguinte, o foco da radiação solar concentrada fica localizado em uma das superfícies reflexivas 51 do refletor discriminador 18, de modo que a acima mencionada superfície reflexiva 51 direcione toda a radiação solar incidente concentrada para a correspondente câmara lateral absorvente de radiação

17. Por exemplo, a câmara lateral absorvente de radiação ocidental 17 está em condição operacional e a câmara lateral absorvente de radiação oriental 17 está em condição ociosa.

[074] Em suma, à medida que o sol se movimenta, a radiação refletida em direção a uma câmara lateral de absorção 17 aumenta e a radiação refletida recebida pela câmara lateral absorvente de radiação oposta 17 diminui, como consequência da mudança de temperatura nas câmaras laterais absorventes de radiação17. A mudança na temperatura do fluido de trabalho ocorre com mudanças muito pequenas na posição do sol, o que permite um rastreamento rápido, preciso e poderoso da posição do sol em tempo real.

[075] De maneira alternativa, o refletor discriminador 18 tem uma fenda de passagem 52 que permite que uma parte da radiação solar passe através da mesma fenda 52 de modo que a porção restante da radiação solar incidente seja direcionada para a correspondente câmara lateral de absorção 17 com base na posição do sol.

[076] Dependendo das dimensões físicas da fenda de passagem 52 e dependendo das dimensões do ponto focal ou linha gerada pela lente superior primária 12, torna-se perfeitamente possível regular qual percentual de energia é direcionada para cada câmara lateral absorvente de radiação 17 ou passa através da fenda de passagem 52, desta maneira regulando o comportamento e a evolução do movimento de rotação do dispositivo de rastreamento 11 durante o movimento ai rastrear a posição do sol.

[077] A fenda de passagem 52 assume diferentes formas, por exemplo, uma forma alongada disposta de modo que a sua menor dimensão, sua largura, seja atravessada pelo ponto focal gerado pela lente primária 12.

[078] Abaixo da fenda de passagem 52, é provido um receptor inferior 71 do tipo receptor térmico inferior a fim de produzir energia térmica quando o dispositivo de rastreamento 11 fica na posição normal / perpendicular com relação à posição do eixo geométrico, por exemplo, um fluido líquido que circula dentro do receptor térmico inferior 71 é aquecido a fim de aquecer uma água, por exemplo, para consumo doméstico ou outros fins.

[079] De maneira alternativa, uma célula fotovoltaica inferior é posicionada abaixo da fenda de passagem 52 a fim de produzir energia elétrica.

[080] O coletor receptor de radiação inferior 71 recebe a radiação solar que o refletor discriminador 18 não reflete para as câmaras laterais de absorção 17.

[081] Em seguida, com referência às Figuras 9 e 10, o refletor discriminador 18 compreende quatro superfícies reflexivas 51 na forma de um V arqueado invertido posicionado em uma cruz, que projeta a radiação solar incidente concentrada para uma das quatro câmaras laterais absorventes de radiação 17 dispostas em uma cruz dentro do invólucro paralelepipedal 14 de um único dispositivo de rastreamento 11, o qual poderá ser girado ao longo dos dois eixos, de leste para oeste e de norte para sul.

[082] Por conseguinte, o refletor discriminador 18 é dividido em pelo menos quatro superfícies reflexivas curvadas 51 de modo a direcionar a radiação solar concentrada para uma das quatro câmaras laterais absorventes de radiação correspondentes 17 a fim de produzir a expansão do fluido de trabalho de uma maneira que a pressão dentro de duas câmaras laterais 17 aumente e seja transmitida para as correspondentes extremidades dos pistões atuadores 21 no sentido de produzir rotação ao longo dos dois eixos de leste para oeste e de norte para sul.

[083] A rotação ao longo de um eixo é produzida em cada câmara lateral de absorção como resultado de um aumento de pressão e/ou da expansão volumétrica do fluido de trabalho, ou seja, na câmara leste ou oeste, e na câmara norte ou sul.

[084] O dispositivo de rastreamento 11 é adaptado para incluir um mecanismo que provê uma força de retorno contrária ao movimento de rotação provido por uma câmara lateral de absorção 17; o mecanismo sendo uma mola, um contrapeso, um cilindro pressurizado ou tipo similar de componente. Por conseguinte, o refletor discriminador 18 exibe a ausência de uma superfície reflexiva não ativa 111. Em outras palavras, o refletor discriminador 18 não se estende fisicamente sobre toda a área da extremidade inferior do invólucro paralelepipedal, o qual é uma parte não ativa do mesmo.

[085] Consequentemente, na parte do refletor discriminador 18 que não tem uma superfície reflexiva 111, um coletor de radiação inferior de dimensões maiores 71 pode ser disposto a fim de transformar a radiação solar concentrada em energia térmica ou elétrica para todos os ângulos que correspondem a essa área.

[086] Com referência às Figuras 12, 13, 14 e 15, as mesmas mostram uma vista em perspectiva frontal do dispositivo de rastreamento de posição solar 11 que rastreia a concentração solar que direciona, em tempo real, a orientação de uma pluralidade de dispositivos para o uso de energia fotovoltaica e/ou térmica. A Figura 13 mostra uma vista em perspectiva posterior do mesmo dispositivo e configuração.

As Figuras 12 e 13 mostram as direções de acordo com os pontos cardeais, os quais pressupõem que o sistema está montado no hemisfério norte. Para uso no hemisfério sul, a montagem deve ser girada 180° a fim de apontar para o norte.

[087] Uma estrutura vertical rígida 141 é fixada ao solo e ajustada com juntas giratórias que permitem a montagem de uma pluralidade de estruturas giratórias 142 que giram em torno do eixo leste-oeste.

[088] Cada estrutura de rotação 141 é encaixada com juntas giratórias que permitem a instalação de uma pluralidade de dispositivos de rastreamento 11 que são unidades de tração que orientam o movimento dos componentes rastreadores para o uso da energia fotovoltaica e/ou térmica.

[089] Uma barra rígida acopla mecanicamente diversos componentes rastreadores de coleta de energia com o dispositivo de rastreamento 11 de modo que os mesmos possam girar de maneira simultânea. Desta forma, a rotação do dispositivo de rastreamento 11 é automaticamente transferida para os componentes coletores de energia.

[090] O funcionamento de um dispositivo de rastreamento de dois eixos 11 é similar, com a exceção de que o mesmo é conectado a dois sistemas rotativos. O primeiro eixo provoca um movimento na direção leste - oeste com relação à estrutura giratória, tal como nas unidades de trator de eixo único, e o segundo eixo provê uma rotação da estrutura giratória no sentido norte - sul. Todas as estruturas giratórias são conectadas por juntas mecânicas que provêem rotação em ambos os eixos para a coleta de energia.

[091] A Figura 13 mostra uma vista em perspectiva traseira do dispositivo de rastreamento de concentração solar 11 que direciona a orientação do arranjo de energia fotovoltaica e/ou térmica no qual pelo menos um dispositivo de rastreamento de concentração 11 é combinado com uma pluralidade de componentes coletores de energia dispostos em uma estrutura rotativa de tal modo a permitir que o arranjo gire na direção de elevação, e com que os eixos ópticos dos componentes de coleta de energia se movam para mais perto ou mais longe do zênite.

[092] A estrutura giratória é montada sobre uma estrutura fixa 141, tal como um simples poste ou pedestal, de tal modo a permitir a rotação da estrutura giratória 142 em uma direção azimutal. Uma segunda ferramenta mecânica é provida de modo a causar esta rotação.

[093] A comunicação entre o pistão atuador primário 21 e o componente rotativo poderá ser feita por meio de um cabo, gerando uma cremalheira longitudinal no pistão atuador primário 21 que se encaixa em um pinhão circular dentado formado no componente rotativo.

[094] Com referência à Figura 3, as membranas ou diafragmas de elastômero flexíveis 31 ficam posicionadas nas extremidades opostas do pistão atuador 21 de tal modo que o impulso de pressão sobre o pistão atuador 21 ocorra de uma maneira suave, progressiva e precisa ao dobrar e desdobrar as membranas 31 e ao disparar a fricção do pistão atuador 21 sobre o revestimento de cilindro de pistão.

[095] O dispositivo de rastreamento concentrador 11 é disposto de acordo com os quatro pontos cardeais que dividem o horizonte em partes iguais, de tal modo que cada superfície lateral 16 do invólucro paralelepipedal 14 fique diretamente voltada para um ponto cardinal e de modo que as superfícies laterais 16 do invólucro paralelepipedal 14 possam ser identificadas como superfície lateral norte, a superfície lateral leste, a superfície lateral sul e a superfície lateral oeste.

[096] Consequentemente, uma câmara lateral absorvente de radiação 17 ficará respectivamente localizada próxima ao centro de cada superfície lateral arqueada inclinada leste, oeste, norte e sul 14.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de rastreamento de posição solar compreendendo um invólucro oco paralelepipedal (14), uma lente primária (12) na extremidade superior do invólucro (14) para concentrar a radiação solar incidente na proximidade da extremidade inferior do mesmo invólucro (14), o dispositivo sendo CARACTERIZADO pelo fato de que o invólucro oco paralelepipedal (14) compreende ainda um refletor discriminador (18) disposto na extremidade inferior do invólucro (14) a fim de refletir a radiação solar incidente concentrada para pelo menos uma câmara lateral absorvente de radiação (14), quando o invólucro paralelepipedal (14) é alinhado e/ou desalinhado com a posição do sol.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o invólucro paralelepipedal (14) tem a forma de um paralelepipedal do tipo cone truncado invertido.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o invólucro paralelepipedal (14) compreende uma pluralidade de superfícies laterais reflexivas curvadas côncavas (18) a fim de refletir a radiação solar concentrada para as correspondentes câmaras laterais absorventes de radiação (17).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as câmaras laterais absorventes de radiação (17) têm uma forma cilíndrica oca fechada disposta paralela a ou em proximidade a uma respectiva superfície lateral inclinada reflexiva arqueada (16).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara lateral absorvente de radiação (17) é feita de um material transparente que permite a passagem do espectro de radiação solar e evita a emissão de comprimentos de onda de frequência mais baixa de radiação gerada pelo calor interno a fim de prover um efeito estufa no seu interior.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que um absorvedor de radiação seletivo (41) fica disposto dentro da câmara lateral absorvente de radiação (17).

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos duas superfícies laterais opostas (16) têm uma seção inferior adjacente à extremidade inferior com um perfil do tipo Fresnel e uma seção superior adjacente à extremidade superior tem uma lente lateral do tipo linear (13).

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a lente lateral (13) concentra a radiação solar incidente sobre a câmara absorvente (17) disposta na proximidade da superfície lateral (16) oposta à lente lateral (13).

9. Dispositivo de rastreamento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos duas superfícies laterais opostas (16) têm uma seção inferior adjacente à extremidade inferior com um perfil do tipo Fresnel e uma âncora posicionada no centro de gravidade do dispositivo de rastreamento (11) onde pistões atuadores (21) são dispostos e ligados aos eixos de rotação do dispositivo de rastreamento (11).

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lente concentradora primária (12) é de um tipo lente de Fresnel com um perfil superior plano e um perfil inferior do tipo Fresnel para concentrar a radiação solar em um ponto ou linha focal próximo ao refletor discriminador (18).

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o refletor discriminador (18) compreende pelo menos duas superfícies reflexivas arqueadas (51) com uma seção transversal em forma de V invertido a fim de projetar a radiação solar incidente concentrada sobre as câmaras laterais absorventes de radiação (17).

12. Dispositivo de rastreamento, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o refletor discriminador (18) é uma lente asférica,

um espelho giratório parabólico, uma placa de zona de Fresnel ou coisa do gênero.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície reflexiva (51) do refletor discriminador (18) tem uma seção transversal arqueada plana no plano côncavo, plano parabólico, plano elíptico ou de um tipo similar.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o refletor discriminador (18) compreende uma fenda de passagem (52) abaixo da qual é posicionado um receptor inferior (71) para coletar radiação e adaptado para fornecer energia térmica e/ou energia elétrica.

15. Dispositivo de rastreamento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão atuador (21) compreende uma ferramenta de fixação e rotação a fim de permitir pelo menos um movimento de rotação do dispositivo de rastreamento (11).

16. Dispositivo de rastreamento, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão atuador (21) é conectado à correspondente câmara lateral absorvente de radiação (17) por meio de tubos flexíveis a fim de absorver o aumento de pressão produzido dentro da câmara lateral absorvente de radiação (17).

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão atuador (21) compreende membranas ou diafragmas flexíveis (31) dispostos nas extremidades opostas do pistão atuador (21) a fim de exercer um impulso ao dobrar ou desdobrar as mesmas membranas ou diafragmas (31).

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão atuador (21) é disposto sobre o eixo de rotação do dispositivo de rastreamento (11) a fim de prover uma rotação do dispositivo de rastreamento (11) de acordo com o movimento leste/oeste e/ou norte/sul em conformidade com a posição do sol.

19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão atuador (21) recebe respectivamente a expansão volumétrica produzida dentro das câmaras laterais absorventes de radiação opostas (17), nas direções leste/oeste ou norte/sul nas extremidades do mesmo pistão atuador do dispositivo de rastreamento (11).