ES1071351U - Captador-concentrador de energia solar con optica de tipo cassegrain. - Google Patents
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Abstract
1. Captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo Cassegrain, incluyendo al menos una unidad captadora-concentradora que comprende un reflector primario (1) cóncavo soportado en un cuerpo base (3) y dispuesto para reflectar radiación solar, un reflector secundario (2) convexo soportado por un panel transparente (15) substancialmente plano por encima de dicho reflector primario (1) y dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del reflector primario (1), y una unidad receptora (18) dispuesta para recibir la radiación solar reflectada por dicho reflector secundario (2) a través de una abertura central (6) formada en el reflector primario (1), caracterizado porque el reflector primario (1) está soportado en un cuerpo base (3) obtenido por moldeo de inyección, el cual define un soporte central (5) configurado para soportar una región alrededor de dicha abertura central (6) del reflector primario (1), una pluralidad de patas periféricas (7) configuradas para soportar respectivas regiones periféricas del reflector primario (1), y unos primeros miembros de conexión (8) integrales que conectan dichas patas periféricas (7) con dicho soporte central (5), teniendo las patas periféricas (7) unos extremos inferiores (7a) configurados para apoyarse sobre una superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos superiores (7b) situados por encima de dichas regiones periféricas del reflector primario (1) y configurados para estar en contacto con dicho panel transparente (15). 2. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo base (3) comprende unos segundos miembros de conexión (17) que conectan las patas periféricas (7) adyacentes unas con otras, teniendo dichos primeros y segundos miembros de conexión respectivos bordes superiores (8a, 17a) configurados para estar en contacto con una superficie inferior del reflector primario (1). 3. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,caracterizado porque dicho cuerpo base (3) está hecho de un material plástico. 4. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el reflector primario (1) es de planta poligonal definiendo un número de vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende el mismo número de patas periféricas (7) configuradas y dispuestas de manera que cada pata periférica (7) soporta uno correspondiente de dichos vértices (9). 5. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el reflector primario (1) es de planta cuadrada definiendo cuatro vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende cuatro patas periféricas (7). 6. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicho reflector secundario (2) es de planta cuadrada. 7. Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha unidad receptora (18) comprende una célula fotovoltaica (4) montada juntocon otros componentes eléctricos y electrónicos sobre una placa de receptor (10), y el soporte central (5) del cuerpo base (3) está configurado para soportar dicha placa de receptor (10) en una posición tal que la célula fotovoltaica (4) está enfrentada a dicho reflector secundario (2) a través de dicha abertura central (6) del reflector primario (1) y una superficie trasera de la placa de receptor (10) está en contacto con un panel de base (14) que proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana para disipar calor desde la placa de receptor (10) a dicho panel de base (14). 8. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad receptora (18) comprende además una guía de radiación (11) soportada en dicha placa de receptor (10) y pasada a través de la abertura central (6) del reflector primario (1) para quedar interpuesta entre el reflector secundario (2) y la célula fotovoltaica (4). 9. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha guía de radiación (11) comprende un bloque troncopiramidal macizo hecho de un material transparente y provisto de una superficie de base fijada a la célula fotovoltaica (4) mediante un adhesivo transparente. 10. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la guía de radiación (11) está hecha de cristal BK7. 11. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 8, 9 ó 10, caracterizado porque una región superior de dicha guía de radiación (11) está sujetada por un marco (25) desde el que se extienden unas patas (26) fijadas a dicha placa de receptor (10) o al cuerpo base (3). 12. Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reflector primario (1) comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico y metalizado en la superficie cóncava del mismo. 13. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dicho sustrato estructural del reflector primario (1) y dicho cuerpo base (3) definen unas respectivas primeras configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dicha región alrededor de la abertura central (6) del reflector primario (1) y en el soporte central (5) del cuerpo base (3) y unas respectivas segundas configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dichas regiones periféricas del reflector primario (1) y en las patas periféricas (7) del cuerpo base (3). 14. Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reflector secundario (2) comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico y metalizado en la superficie convexa del mismo. 15. Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una pluralidad de dichas unidades captadoras-concentradoras dispuestas en forma de matriz y alojadas en una caja (12) que comprende unas paredes laterales (13) conectadas a un panel de base (14) que proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana sobre la que se apoyan dichos extremos inferiores (7a) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores primarios (1), y dicho panel transparente (15) substancialmente plano que se apoya sobre dichos extremos superiores (7b) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores primarios (1) y en el que están soportados los reflectores secundarios (4), donde las placas de receptor (10) sobre las que están montadas las células fotovoltaicas (4) están en contacto con el panel de base (14) de la caja (12) para disipar calor desde las placas de receptor (10) al panel de base (14). 16. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque los extremos superiores (7b) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) y los reflectores secundarios (4) están unidos a una superficie interior del panel transparente (15). 17. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el panel de base (14) de la caja (12) es de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica. 18. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque las paredes laterales (13) de la caja (12) son de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y están conectadas con el panel de base (14) para recibir calor del panel de base (14) y disiparlo a la atmósfera. 19. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque unas aletas (16) de disipación térmica están unidas al panel de base (14) y/o a las paredes laterales (13) de la caja (12). 20. Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque dicho panel transparente (15) comprende un tratamiento antirreflectante en uno o ambos lados del mismo. 21. Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cumple los siguientes parámetros: - una concentración geométrica, definida como la relación entre una superficie de abertura del reflector primario (1) y una superficie receptora de la célula fotovoltaica (4), comprendida en el rango de 1470/1 a 1490/1; - una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y el área en planta del reflector secundario (2) comprendida en el rango de 42/1 a 44/1; y - una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y la distancia entre el reflector primario (1) y el reflector secundario (2), medida en el eje óptico, comprendida en el rango de 655/1 a 685/1.
Description
Captador-concentrador de energía
solar con óptica de tipo Cassegrain.
La presente invención concierne a un
captador-concentrador de energía solar con óptica
de tipo Cassegrain, en el que los reflectores primario y secundario
comprenden un substrato de plástico obtenido por moldeo de inyección
y posteriormente metalizado, y el reflector primario está soportado
por una base obtenida asimismo por moldeo de inyección de un
material plástico.
Son bien conocidos
captadores-concentradores de energía solar provistos
de un sistema óptico de tipo Cassegrain para concentrar la
radiación solar captada mediante un captador de dimensiones
relativamente grandes en un receptor de dimensiones relativamente
pequeñas. En este tipo de captadores-concentradores,
el captador es un reflector primario cóncavo, el cual está
dispuesto para reflectar y concentrar la radiación solar captada
hacia un reflector secundario convexo, más pequeño, el cual está
situado sobre el reflector primario y dispuesto a su vez para
reflectar y concentrar la radiación solar procedente del reflector
primario hacia el receptor a través de una abertura central
existente en el reflector primario. El captador puede ser un
dispositivo para aprovechamiento de la energía térmica o una la
célula fotovoltaica para convertir energía solar en
electricidad.
El sistema óptico de Cassegrain es ventajoso
porque permite una gran relación de concentración entre el área del
captador y el área del receptor, de hasta 1400/1 o más, con una
reducida distancia focal, lo que permite obtener
captadores-concentradores de energía solar de
volumen relativamente pequeño y altas prestaciones. No obstante,
requiere que los reflectores primario y secundario estén fabricados
y posicionados con unas estrictas tolerancias para evitar una
dispersión de la radiación reflejada y una pérdida de rendimiento.
Es conocido usar una guía de radiación interpuesta entre el
reflector secundario y el captador para compensar posibles errores
de orientación de los elementos. Esta guía de radiación actúa
redirigiendo y homogeneizando la radiación que entra en la misma
para proporcionar una buena distribución energética sobre el
captador. Por otro lado, la concentración de la radiación ocasiona
una considerable elevación de la temperatura en el captador y
regiones adyacentes al mismo, lo que obliga a prever medios de
refrigeración.
La solicitud de patente internacional WO
2006/030433 da a conocer un captador-concentrador
con sistema óptico de tipo Cassegrain en el que el reflector
primario comprende un substrato estructural de plástico recubierto
con una capa metalizada y el reflector primario está soportado por
una base que abarca una pequeña área alrededor de la mencionada
abertura central del reflector primario. La base está configurada
para soportar además una placa sobre la que está montada una célula
fotovoltaica. La misma base define una guía de radiación en la forma
de un tubo con las paredes interiores reflectantes interpuesta
entre el reflector secundario y la célula fotovoltaica, y una
cámara alrededor de la guía de radiación y de parte de la placa
sobre la que está montada la célula fotovoltaica. La mencionada
cámara está en comunicación con una entrada y una salida para un
fluido refrigerante. En una realización, una pluralidad de unidades
captadoras-reflectoras, las cuales tienen su
reflector primario de configuración cuadrada vista en planta, están
dispuestos en forma de matriz para formar un módulo
captador-concentrador de energía solar. Las unidades
captadoras-reflectoras del módulo están alojadas en
una caja que tiene unas paredes laterales conectadas a una pared de
fondo sobre la que se apoyan las bases de los reflectores primarios
de las unidades captadoras-reflectoras y a un
cristal de cierre que soporta los reflectores secundarios.
Un inconveniente del
captador-concentrador de la citada solicitud de
patente internacional WO 2006/030433 es que la base no garantiza un
posicionamiento preciso del reflector primario puesto que sólo
abarca una pequeña región central del mismo, lo que puede ser causa
de errores de orientación y pérdida de efectividad, especialmente
cuando las unidades captadoras-concentradoras están
agrupadas en un módulo prefabricado. Otro inconveniente es que el
sistema de refrigeración compuesto por una cámara en comunicación
con un circuito de fluido refrigerante resulta complicado y costoso
de fabricar, y requiere un mantenimiento asiduo.
La técnica de realizar el reflector primario con
un substrato estructural de plástico metalizado también está
descrita en los documentos
US-A-5365920 y
US-A-5062899.
El documento
US-A-2009101207 describe una guía de
radiación tronco-piramidal maciza hecha de un
material transparente para guiar la luz desde el reflector
secundario a la célula fotovoltaica.
La solicitud de patente internacional WO
2006130520 describe un concentrador donde la placa sobre la que
está montada la célula fotovoltaica está fijada a una placa base
que actúa para disipar calor desde la célula fotovoltaica a la
atmósfera.
La solicitud de patente internacional WO
2009058603, la cual se considera el antecedente más próximo, da a
conocer un sistema captador-concentrador solar que
comprende un panel transparente que proporciona una superficie
substancialmente plana, un reflector primario cóncavo para
reflectar radiación solar, el cual tiene un primer perímetro
substancialmente cuadrado visto en planta y al menos una porción de
dicho primer perímetro en contacto con dicha superficie
substancialmente plana, un reflector secundario convexo para
reflectar radiación solar procedente del reflector primario, el
cual tiene un segundo perímetro substancialmente cuadrado visto en
planta y al menos una porción de dicho segundo perímetro en
contacto con la superficie substancialmente plana, y un receptor
posicionado para recibir la radiación solar reflectada por dicho
reflector secundario. El hecho de tener el reflector primario
directamente en contacto con el panel transparente tiene el
inconveniente de introducir solicitaciones mecánicas potencialmente
dañinas al sistema. El peso propio del reflector primario o su
interacción con otras piezas para las cuáles sirve de soporte podría
producir deformaciones indeseadas en el panel transparente o
acortar su vida útil disminuyendo el rendimiento del
concentrador.
La presente invención contribuye a superar los
anteriores y otros inconvenientes aportando un
captador-concentrador de energía solar con óptica de
tipo Cassegrain, incluyendo al menos una unidad
captadora-concentradora que comprende un reflector
primario cóncavo dispuesto para reflectar radiación solar, un
reflector secundario convexo soportado por un panel transparente
substancialmente plano por encima de dicho reflector primario y
dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del
reflector primario, y una unidad receptora dispuesta para recibir la
radiación solar reflectada por dicho reflector secundario a través
de una abertura central formada en el reflector primario. El
captador-concentrador de la presente invención está
caracterizado porque el reflector primario está soportado en un
cuerpo base obtenido por moldeo de inyección, por ejemplo de un
material plástico, el cual define un soporte central configurado
para soportar una región alrededor de dicha abertura central del
reflector primario, una pluralidad de patas periféricas
configuradas para soportar respectivas regiones periféricas del
reflector primario, y unos primeros miembros de conexión integrales
que conectan dichas patas periféricas con dicho soporte central. Las
patas periféricas tienen unos extremos inferiores configurados para
apoyarse sobre una superficie de soporte substancialmente plana y
unos extremos superiores situados por encima de dichas regiones
periféricas del reflector primario y configurados para estar en
contacto y unidos, por ejemplo por adhesivo, con dicho panel
transparente.
En virtud de las patas periféricas en los
extremos, el cuerpo base es capaz de soportar el reflector primario
de una manera muy estable sobre la mencionada superficie de soporte
y al mismo tiempo posicionar el reflector primario en relación con
el panel transparente y con el reflector secundario soportado por el
mismo. El cuerpo base mantiene el reflector primario libre de
solicitaciones mecánicas asegurando así la integridad de la
geometría del mismo y previniendo su envejecimiento prematuro.
Además, el cuerpo base puede estar vinculado a un panel de base que
proporcione la mencionada superficie de soporte.
Preferiblemente el cuerpo base comprende además
unos segundos miembros de conexión que conectan las patas
periféricas adyacentes unas con otras, y tanto los primeros
miembros de conexión como los segundos miembros de conexión tienen
unos respectivos bordes superiores configurados para estar en
contacto con una superficie inferior del reflector primario, con lo
que el reflector primario está muy bien asentado sobre el cuerpo
base. En una realización preferida, el reflector primario comprende
un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un
material plástico, el cual está metalizado, por ejemplo con plata o
aluminio, en la superficie cóncava del mismo. El hecho de fabricar
el sustrato estructural del reflector primario y el cuerpo base como
dos piezas separadas tiene la ventaja de minimizar irregularidades
en la superficie reflectante, puesto que configuraciones moldeadas
en el lado del sustrato estructural opuesto a la superficie
reflectante podrían causar deformaciones indeseadas en la misma, y
además permite fabricar ambas piezas con materiales plásticos
diferentes, por ejemplo un material plástico más resistente y
estable para el sustrato estructural y un material más común para
el cuerpo base.
El hecho de que el sustrato estructural del
reflector primario y el cuerpo base sean piezas separadas obtenidas
por moldeo de inyección de un material plástico permite además
formar el sustrato estructural y el cuerpo base con unas respectivas
primeras configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión
en dicha región alrededor de la abertura central del reflector
primario y en el soporte central del cuerpo base, y unas
respectivas segundas configuraciones de acoplamiento mutuo por
cierre a presión en dichas regiones periféricas del reflector
primario y en las patas periféricas del cuerpo base. Así, el
ensamblaje del reflector primario al cuerpo base puede realizarse
de una manera fácil y rápida, sin el uso de herramientas, y con una
total fiabilidad en cuanto al posicionamiento mutuo.
Preferiblemente, el reflector secundario también comprende un
sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material
plástico con un metalizado en la superficie convexa del mismo, y
está unido, por ejemplo mediante adhesivo, al panel
transparente.
Para optimizar el espacio cuando se desea formar
un módulo captador-concentrador de energía solar
incluyendo una pluralidad de unidades
captadoras-concentradoras, el reflector primario de
cada unidad es de planta poligonal y define un número de vértices,
los cuales, a consecuencia de la forma cóncava del reflector
primario, se encuentran en los puntos más elevados del perímetro del
mismo. En correspondencia, el cuerpo base comprende el mismo número
de patas periféricas configuradas y dispuestas de manera que cada
pata periférica del cuerpo base soporta uno de los vértices del
reflector primario. Preferiblemente, el reflector primario es de
planta cuadrada definiendo cuatro vértices, y el cuerpo base
comprende cuatro patas periféricas, aunque son posibles otras
geometrías. Cuando el reflector primario es de planta cuadrada el
reflector secundario también es preferiblemente de planta
cuadrada.
La mencionada unidad receptora puede incluir un
dispositivo para aprovechamiento de la energía térmica, aunque
preferiblemente comprende una célula fotovoltaica montada junto con
otros componentes eléctricos y electrónicos sobre una placa de
receptor. En tal caso, el soporte central del cuerpo base está
configurado para soportar dicha placa de receptor en una posición
tal que la célula fotovoltaica está enfrentada al reflector
secundario a través de dicha abertura central del reflector
primario y una superficie trasera de la placa de receptor está en
contacto con un panel de base que proporciona dicha superficie de
soporte substancialmente plana para disipar calor desde la placa de
receptor a dicho panel de base. La unidad receptora comprende
además preferiblemente una guía de radiación soportada en dicha
placa de receptor y pasada a través de la abertura central del
reflector primario para quedar interpuesta entre el reflector
secundario y la célula fotovoltaica. Esta guía de radiación puede
ser un conducto tubular con unas superficie interiores reflectantes,
aunque se prefiere que la guía de radiación comprenda un bloque
troncopiramidal macizo hecho de un material transparente, tal como
por ejemplo cristal BK7. Para la fijación y posicionamiento de la
guía de radiación, ésta puede tener por ejemplo una superficie de
base fijada a la célula fotovoltaica mediante un adhesivo
transparente.
En una realización preferida, el
captador-concentrador comprende una pluralidad de
dichas unidades captadoras-concentradoras dispuestas
en forma de matriz y alojadas en una caja que comprende unas
paredes laterales conectadas al panel de base que proporciona la
superficie de soporte substancialmente plana sobre la que se apoyan
dichos extremos inferiores de las patas periféricas de los cuerpos
base de los reflectores primarios y a dicho panel transparente
substancialmente plano que se apoya sobre dichos extremos superiores
de las patas periféricas de los cuerpos base de los reflectores
primarios y en el que están soportados los reflectores secundarios.
Además, las placas de receptor sobre las que están instaladas las
células fotovoltaicas están en contacto con el panel de base de la
caja para disipar calor desde las placas de receptor al panel de
base, y éste es de un material metálico con un elevado coeficiente
de conductividad térmica y preferiblemente lleva unidas unas aletas
de disipación térmica exteriores. Opcionalmente, las paredes
laterales de la caja también son de un material metálico con un
elevado coeficiente de conductividad térmica y están
suficientemente en contacto con el panel de base para recibir calor
del panel de base y disiparlo a la atmósfera. Por ejemplo, una o
más de las paredes laterales de la caja pueden estar formadas
integralmente con el panel de fondo para una transferencia térmica
más eficaz. Opcionalmente, las paredes laterales de la caja también
pueden llevar unidas unas aletas de disipación térmica. El panel
transparente de dicha caja comprende opcionalmente un tratamiento
antirreflectante en uno o ambos lados del mismo.
La particular construcción del
captador-concentrador de energía solar de la
presente invención permite una optimización del sistema óptico que
proporciona los siguientes parámetros:
- una concentración geométrica, definida como la
relación entre una superficie de abertura del reflector primario
(1) y una superficie receptora de la célula fotovoltaica (4),
comprendida en el rango de 1470/1 a 1490/1;
- una relación entre el área en planta del
reflector primario (1) y el área en planta del reflector secundario
(2) comprendida en el rango de 42/1 a 44/1;
- una relación entre el área en planta del
reflector primario (1) y la distancia entre el reflector primario
(1) y el reflector secundario (2) comprendida en el rango de 655/1 a
685/1; y
un ángulo de aceptación de \pm1º o mayor.
Las anteriores y otras características y
ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción
detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es una vista en perspectiva de una
unidad captadora-concentradora de energía solar con
óptica de tipo Cassegrain de acuerdo con una realización de la
presente invención;
la Fig. 2 es una vista en sección transversal
tomada por un plano vertical central paralelo a uno de los lados de
la unidad captadora-concentradora de la Fig. 1, con
un detalle ampliado;
la Fig. 3 es una vista en perspectiva
explosionada de un reflector primario y un cuerpo de base que
forman parte de la unidad captadora-concentradora de
la Fig. 1, con un detalle ampliado;
la Fig. 4 es una vista en perspectiva inferior
del reflector primario y el cuerpo de base ensamblados, con un
detalle ampliado;
la Fig. 5A es una vista en perspectiva en
explosión ampliada de una placa de receptor, una célula
fotovoltaica, una guía de radiación y un soporte de guía que forman
parte de la unidad captadora-concentradora;
la Fig. 5B es una vista en perspectiva de la
unidad captadora-concentradora de la Fig. 5A
ensamblada;
la Fig. 6 es una vista en perspectiva superior
del reflector primario y el cuerpo de base ensamblados, con un
detalle ampliado;
la Fig. 7 es una vista en perspectiva de un
captador-concentrador de energía solar de acuerdo
con otra realización de la presente invención incluyendo una
pluralidad de unidades captadoras-concentradoras
análogas a las de la Fig. 1, con un detalle ampliado;
la Fig. 8 es una vista en perspectiva
explosionada del captador-concentrador de la Fig.
7; y
la Fig. 9 es una vista en sección transversal
tomada por un plano vertical central respecto a una hilera de
unidades captadoras-concentradoras y paralelo a uno
de los lados del captador-concentrador de la Fig.
7.
Haciendo en primer lugar referencia a las Figs.
1 a 6, en ellas se muestra un una unidad
captadora-concentradora de energía solar con óptica
de tipo Cassegrain de acuerdo con una realización de la presente
invención, la cual comprende un reflector primario 1 cóncavo
soportado en un cuerpo base 3 que se apoya sobre una superficie de
soporte substancialmente plana, proporcionada por ejemplo por un
panel de base 14, un reflector secundario 2 convexo soportado por
un panel transparente 15 substancialmente plano por encima de dicho
reflector primario 1, y una unidad receptora 18 dispuesta por
debajo del mencionado reflector primario y enfrentada a dicho
reflector secundario 2 a través de una abertura central 6 formada en
el reflector primario 1.
Tal como se muestra en las Figs. 2, 5A y 5B, la
citada unidad receptora 18 comprende una célula fotovoltaica 4
montada, junto con otros componentes eléctricos y electrónicos,
sobre una placa de receptor 10. La unidad receptora 18 también
comprende una guía de radiación 11 en la forma de un bloque
troncopiramidal macizo hecho de un material transparente, tal como
por ejemplo cristal BK7, y tiene una superficie de base fijada a
una superficie superior de la célula fotovoltaica 4 mediante un
adhesivo transparente. En situación operativa (Figs. 1 y 2), la guía
de radiación 11 está pasada a través de la mencionada abertura
central 6 del reflector primario 1 y queda interpuesta entre el
reflector secundario 2 y la célula fotovoltaica 4.
Alternativamente, la guía de radiación 11 puede estar soportada en
idéntica posición por otros medios, por ejemplo fijada por medios
mecánicos a dicha placa de receptor 10 con un resultado
equivalente. En algunos casos la guía de radiación 11 podría ser
omitida aunque esto afectaría negativamente las prestaciones de la
unidad receptora-concentradora. En la realización
ilustrada en las Figs. 5A y 5B, la unidad receptora 18 comprende
adicionalmente un soporte de guía 24 que define un marco superior 25
que se apoya sobre unos bordes de una cara superior de dicha guía
de radiación 11 y unas patas 26 que se extienden hacia abajo desde
dicho marco superior 25, y que tienen sus extremos inferiores
fijados a dicha placa de receptor 10. Alternativamente, los extremos
inferiores de las patas 26 pueden estar fijados directamente al
cuerpo base 3. Este soporte de guía 24 es opcional y sirve para
asegurar la sujeción de la guía de radiación 11 a la célula
fotovoltaica 4 y su posicionamiento
relativo.
relativo.
Como es convencional, en el
receptor-concentrador de energía solar provisto de
una óptica de tipo Cassegrain de la presente invención, el reflector
primario 1 constituye un receptador y está configurado y dispuesto
para reflectar la radiación solar recibida hacia el receptor
secundario 2, y éste está configurado y dispuesto para reflectar
dicha radiación solar procedente del reflector primario 1 hacia la
célula fotovoltaica 4 a través de la guía de radiación 11. La
célula fotovoltaica 4 transforma la energía de la radiación solar
en electricidad, que es conducida fuera del
receptor-concentrador mediante un cableado adecuado
(no mostrado).
El reflector primario 1 está formado por un
sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un
material plástico que define una superficie cóncava, y una o más
capas metalizadas, por ejemplo de aluminio o plata, sobre dicha
superficie cóncava del sustrato estructural de plástico. El
mencionado cuerpo base 3, sobre el cual está soportado el reflector
primario 1, está formado por un cuerpo monolítico obtenido por
moldeo de inyección, preferiblemente de un material plástico, el
cual define un soporte central 5 configurado para soportar una
región alrededor de dicha abertura central 6 del reflector primario
1 y una pluralidad de patas periféricas 7 configuradas para
soportar respectivas regiones periféricas del reflector primario 1.
Unos primeros miembros de conexión 8 integrales del cuerpo base 3
conectan dichas patas periféricas 7 con dicho soporte central 5, y
unos segundos miembros de conexión 17 también integrales del cuerpo
base 3 conectan las patas periféricas 7 adyacentes unas con otras.
Estos primeros y segundos miembros de conexión 8, 17 tienen unos
respectivos bordes superiores 8a, 17a (Fig. 3) configurados para
estar en contacto con una superficie inferior del reflector
primario 1 cuando el reflector primario 1 y el cuerpo base 3 están
ensamblados en una situación operativa (Figs. 4 y 6).
Para el acoplamiento mutuo del reflector
primario 1 y el cuerpo base 3 se han previsto unos medios
acoplamiento rápido por cierre a presión sin necesidad de usar
herramientas, los cuales están proporcionados por unas primeras y
segundas configuraciones de acoplamiento formadas integralmente en
el sustrato estructural del reflector primario 1 y en el cuerpo
base 3 durante el proceso de moldeo de inyección de los respectivos
materiales plásticos.
Según se muestra mejor en Fig. 3, en las
mencionadas regiones periféricas del reflector primario 1 están
formadas unas muescas 19 configuradas para encajar en unas
porciones superiores 7c de las patas periféricas 7, por debajo de
unas primeras uñas de retención 20 formadas en las mismas. Las
mencionadas primeras uñas de retención 20 tienen una superficie
superior inclinada. Así, cuando el reflector primario 1 es colocado
sobre el cuerpo base 3 con las mencionadas muescas 19 alineadas con
las porciones superiores 7c de las patas periféricas 7 y es
presionado hacia abajo, el reflector primario experimenta una
deformación y posterior recuperación elástica suficiente para que
las muescas 19 superen las uñas de retención 20 y queden atrapadas
por las mismas (Fig. 6) contribuyendo a retener el reflector
primario 1 acoplado al cuerpo base 3 en una posición apropiada, con
las muescas 19 encajadas en las porciones superiores 7c de las
patas periféricas 7 y la superficie inferior del reflector primario
1 descansando sobre los bordes superiores 8a, 17a de los primeros y
segundos miembros de conexión 8, 17 del cuerpo base 3.
Tal como se puede ver en la Fig. 4, el sustrato
estructural del reflector primario 1 tiene formadas unas lengüetas
elásticas 21 que se proyectan hacia abajo distribuidas en una
región alrededor de la abertura central 6 y que terminan en unas
segundas uñas de retención 21a orientadas en direcciones opuestas a
la abertura central 6, y el soporte central 5 del cuerpo base 3
comprende unas paredes laterales 5a desde las cuales sobresalen
hacia dentro unos salientes 22 distribuidos en unas posiciones
correspondientes a las posiciones de dichas lengüetas elásticas 21
del reflector primario 1. Las mencionadas segundas uñas de retención
21a tienen una superficie inferior inclinada. Así, cuando el
reflector primario 1 es apropiadamente colocado sobre el cuerpo
base 3 y presionado hacia abajo, las lengüetas elásticas 21 del
reflector primario 1 experimentan una deformación y posterior
recuperación elástica suficiente para que las segundas uñas de
retención 21a superen los salientes 22 del soporte central 5 del
cuerpo base 3 y se enganchen en los mismos (véase también la Fig.
2), contribuyendo a retener el reflector primario 1 acoplado al
cuerpo base 3 en la posición apropiada.
Según se muestra en las Figs. 1 y 2, las patas
periféricas 7 del cuerpo base tienen unos extremos inferiores 7a
configurados para apoyarse sobre un panel de base 14 que
proporciona una superficie de soporte substancialmente plana y unos
extremos superiores 7b configurados de manera que están en contacto
con dicho panel transparente 15. Los mencionados extremos
superiores 7b de las patas periféricas 7 sobresalen superiormente
por encima de las regiones periféricas del reflector primario 1
soportadas en las patas periféricas 7, de manera que las patas
periféricas 7 del cuerpo base 3 garantizan la distancia y el
paralelismo entre el panel de base 14 y el panel transparente 17, y
dado que el reflector primario 1 está soportado en el cuerpo base 3
y el reflector secundario 2 está soportado por el panel
transparente 17, el cuerpo base 3 garantiza la distancia y el
paralelismo entre el reflector primario 1 y el reflector secundario
2.
Las paredes laterales 5a del soporte central 5
del cuerpo base 3 tienen unos bordes inferiores en los que está
formado un escalón interior 23 (Fig. 4) configurado para encajar
con unos bordes de la placa receptora 10 de la unidad receptora 18
para soportarla placa de receptor 10 en una posición tal que la
célula fotovoltaica 4 y la guía de radiación están enfrentadas al
reflector secundario 2 a través de la abertura central 6 del
reflector primario 1 y una superficie trasera de la placa de
receptor 10 está en contacto con el panel de base 14, el cual es
preferiblemente de un material metálico con un elevado coeficiente
de conductividad térmica para disipar calor desde la placa de
receptor 10 a dicho panel de base 14. Así, el cuerpo base 3
garantiza además la distancia y el paralelismo entre el reflector
secundario 2 y la célula fotovoltaica 4.
El reflector secundario 2 está formado de una
manera análoga al reflector primario 1, y comprende sustrato
estructural obtenido por moldeo de inyección de un material
plástico que define una superficie convexa, y una o más capas
metalizadas, por ejemplo de aluminio o plata, sobre dicha
superficie convexa del sustrato estructural de plástico. El
reflector secundario 2 está fijado directamente a una superficie
inferior substancialmente plana del panel transparente 15, por
ejemplo mediante un adhesivo.
En las realizaciones mostradas, el reflector
primario 1 es de planta cuadrada y define cuatro vértices 9, en
cada uno de los cuales está formada una de dichas muescas 19, y el
cuerpo base 3 comprende cuatro patas periféricas 7 en posiciones
correspondientes a dichos cuatro vértices 9. El reflector secundario
2 también es de planta cuadrada y está posicionado con sus lados
paralelos a los lados del reflector primario 1. La configuración
cuadrada del reflector primario permite instalar una pluralidad de
unidades captadoras-concentradoras en una
disposición compacta en forma de matriz utilizando al máximo la
superficie disponible. No obstante hay que señalar que también está
dentro del alcance de la presente invención un reflector primario
de planta circular o poligonal diferente de la cuadrada. En el caso
de que el reflector primario 1 sea de planta poligonal, éste
definiría por ejemplo un número de vértices 9, y el cuerpo base 3
comprendería el mismo número de patas periféricas 7 configuradas y
dispuestas de manera que cada pata periférica 7 soportara uno
correspondiente de dichos vértices 9. Por ejemplo, un reflector
primario 1 de planta hexagonal también sería adecuado para instalar
una pluralidad de unidades
captadoras-concentradoras en una disposición
compacta utilizando al máximo la superficie disponible.
Haciendo referencia ahora a las Figs. 7, 8 y 9
se describe un captador-concentrador de acuerdo con
otra realización de la presente invención, donde una pluralidad de
unidades captadoras-concentradoras análogas a las
descritas más arriba en relación con las Figs. 1 a 6, con los
reflectores primarios 1 de planta cuadrada, están dispuestas en
forma de matriz y alojadas en una caja 12 provista de un panel de
base 14 rectangular que proporciona una superficie de soporte
substancialmente plana sobre la que se apoyan los extremos
inferiores 7a de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 que
soportan los reflectores primarios 1, un panel transparente 15
rectangular substancialmente plano que se apoya sobre los extremos
superiores 7b de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3, y
cuatro paredes laterales 13 conectadas de manera estanca a dicho
panel de base 14 y a dicho panel transparente 15.
Según se muestra mejor en la Fig. 7, las
porciones superiores 7c de las patas periféricas 7 de los cuerpos
base tienen unas superficies exteriores ortogonales paralelas a los
lados del correspondiente reflector primario 1 que quedan agrupadas
cuando las unidades captadoras-concentradoras están
mutuamente adyacentes, y unas superficies planas en los extremos
superiores 7b de las porciones superiores 7c están unidas, por
ejemplo por adhesivo, a una superficie interior del panel
transparente 15. Asimismo, los reflectores secundarios 2 están
unidos, por ejemplo por adhesivo, a dicha superficie interior del
panel transparente 15, en unas posiciones seleccionadas para que los
reflectores secundarios 2 queden adecuadamente alineados con los
correspondientes reflectores primarios 1, y unidades receptoras 18.
Así, los reflectores primarios 1 quedan posicionados en relación
con el panel transparente 15 y con los reflectores secundarios 2
por las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 sin que los
reflectores primarios 1 hagan contacto con el panel transparente 15.
El panel transparente 15 con los cuerpos base 3, reflectores
primarios 1, reflectores secundarios 2 y unidades receptoras 18
asociadas al mismo es colocado cerrando la caja 12 con los extremos
inferiores 7a de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 y las
placas de receptor 10 de las unidades receptoras 18 en contacto con
un panel de base 14. El panel transparente 15 puede incluir
opcionalmente un tratamiento antirreflectante en uno o ambos lados
del mismo.
El panel de base 14 de la caja 12 es de un
material metálico con un elevado coeficiente de conductividad
térmica y, tal como se ha descrito más arriba, las placas de
receptor 10 sobre las que están montadas las células fotovoltaicas 4
están en contacto con el panel de base 14 de la caja 12 para
disipar calor desde las placas de receptor 10 al panel de base 14.
Preferiblemente, el panel de base 14 tiene unas aletas 16 de
disipación térmica fijadas al mismo o formadas integralmente del
material del mismo. Opcionalmente, las paredes laterales 13 de la
caja 12 son asimismo de un material metálico con un elevado
coeficiente de conductividad térmica y su conexión con el panel de
base 14 es de una naturaleza tal que permite una transferencia de
calor desde el panel de base 14 a las paredes laterales 13 para
cooperar en la disipación de calor a la atmósfera. Las paredes
laterales 13 también pueden tener opcionalmente unas aletas de
disipación térmica (no mostradas) fijadas a las mismas o formadas
integralmente del material de las mismas.
En una realización alternativa (no mostrada) dos
de las paredes laterales 13 opuestas y el panel de base 14 de la
caja 12 están formados integralmente como un cuerpo monolítico y
las otras dos paredes laterales 13 son cuerpos separados.
A un experto en la técnica se le ocurrirán
modificaciones y variaciones a partir de los ejemplos de
realización mostrados y descritos sin salirse del alcance de la
presente invención según está definido en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (21)
1. Captador-concentrador de
energía solar con óptica de tipo Cassegrain, incluyendo al menos
una unidad captadora-concentradora que comprende un
reflector primario (1) cóncavo soportado en un cuerpo base (3) y
dispuesto para reflectar radiación solar, un reflector secundario
(2) convexo soportado por un panel transparente (15)
substancialmente plano por encima de dicho reflector primario (1) y
dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del
reflector primario (1), y una unidad receptora (18) dispuesta para
recibir la radiación solar reflectada por dicho reflector
secundario (2) a través de una abertura central (6) formada en el
reflector primario (1), caracterizado porque el reflector
primario (1) está soportado en un cuerpo base (3) obtenido por
moldeo de inyección, el cual define un soporte central (5)
configurado para soportar una región alrededor de dicha abertura
central (6) del reflector primario (1), una pluralidad de patas
periféricas (7) configuradas para soportar respectivas regiones
periféricas del reflector primario (1), y unos primeros miembros de
conexión (8) integrales que conectan dichas patas periféricas (7)
con dicho soporte central (5), teniendo las patas periféricas (7)
unos extremos inferiores (7a) configurados para apoyarse sobre una
superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos
superiores (7b) situados por encima de dichas regiones periféricas
del reflector primario (1) y configurados para estar en contacto
con dicho panel transparente
(15).
(15).
2. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
cuerpo base (3) comprende unos segundos miembros de conexión (17)
que conectan las patas periféricas (7) adyacentes unas con otras,
teniendo dichos primeros y segundos miembros de conexión
respectivos bordes superiores (8a, 17a) configurados para estar en
contacto con una superficie inferior del reflector primario (1).
3. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
dicho cuerpo base (3) está hecho de un material plástico.
4. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque
el reflector primario (1) es de planta poligonal definiendo un
número de vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende el mismo
número de patas periféricas (7) configuradas y dispuestas de manera
que cada pata periférica (7) soporta uno correspondiente de dichos
vértices (9).
5. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el
reflector primario (1) es de planta cuadrada definiendo cuatro
vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende cuatro patas
periféricas (7).
6. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicho
reflector secundario (2) es de planta cuadrada.
7. Captador-concentrador, de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque dicha unidad receptora (18) comprende
una célula fotovoltaica (4) montada junto con otros componentes
eléctricos y electrónicos sobre una placa de receptor (10), y el
soporte central (5) del cuerpo base (3) está configurado para
soportar dicha placa de receptor (10) en una posición tal que la
célula fotovoltaica (4) está enfrentada a dicho reflector secundario
(2) a través de dicha abertura central (6) del reflector primario
(1) y una superficie trasera de la placa de receptor (10) está en
contacto con un panel de base (14) que proporciona dicha superficie
de soporte substancialmente plana para disipar calor desde la placa
de receptor (10) a dicho panel de base (14).
8. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la
unidad receptora (18) comprende además una guía de radiación (11)
soportada en dicha placa de receptor (10) y pasada a través de la
abertura central (6) del reflector primario (1) para quedar
interpuesta entre el reflector secundario (2) y la célula
fotovoltaica (4).
9. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha
guía de radiación (11) comprende un bloque troncopiramidal macizo
hecho de un material transparente y provisto de una superficie de
base fijada a la célula fotovoltaica (4) mediante un adhesivo
transparente.
10. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la
guía de radiación (11) está hecha de cristal BK7.
11. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 8, 9 ó 10, caracterizado
porque una región superior de dicha guía de radiación (11) está
sujetada por un marco (25) desde el que se extienden unas patas
(26) fijadas a dicha placa de receptor (10) o al cuerpo base
(3).
12. Captador-concentrador, de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el reflector primario (1) comprende un
sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material
plástico y metalizado en la superficie cóncava del mismo.
13. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dicho
sustrato estructural del reflector primario (1) y dicho cuerpo base
(3) definen unas respectivas primeras configuraciones de
acoplamiento mutuo por cierre a presión en dicha región alrededor
de la abertura central (6) del reflector primario (1) y en el
soporte central (5) del cuerpo base (3) y unas respectivas segundas
configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dichas
regiones periféricas del reflector primario (1) y en las patas
periféricas (7) del cuerpo base (3).
14. Captador-concentrador, de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el reflector secundario (2) comprende
un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un
material plástico y metalizado en la superficie convexa del
mismo.
15. Captador-concentrador, de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende una pluralidad de dichas
unidades captadoras-concentradoras dispuestas en
forma de matriz y alojadas en una caja (12) que comprende unas
paredes laterales (13) conectadas a un panel de base (14) que
proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana sobre
la que se apoyan dichos extremos inferiores (7a) de las patas
periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores
primarios (1), y dicho panel transparente (15) substancialmente
plano que se apoya sobre dichos extremos superiores (7b) de las
patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores
primarios (1) y en el que están soportados los reflectores
secundarios (4), donde las placas de receptor (10) sobre las que
están montadas las células fotovoltaicas (4) están en contacto con
el panel de base (14) de la caja (12) para disipar calor desde las
placas de receptor (10) al panel de base (14).
16. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque los
extremos superiores (7b) de las patas periféricas (7) de los cuerpos
base (3) y los reflectores secundarios (4) están unidos a una
superficie interior del panel transparente (15).
17. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el
panel de base (14) de la caja (12) es de un material metálico con un
elevado coeficiente de conductividad térmica.
18. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque las
paredes laterales (13) de la caja (12) son de un material metálico
con un elevado coeficiente de conductividad térmica y están
conectadas con el panel de base (14) para recibir calor del panel
de base (14) y disiparlo a la atmósfera.
19. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque
unas aletas (16) de disipación térmica están unidas al panel de
base (14) y/o a las paredes laterales (13) de la caja (12).
20. Captador-concentrador, de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque
dicho panel transparente (15) comprende un tratamiento
antirreflectante en uno o ambos lados del mismo.
21. Captador-concentrador, de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque cumple los siguientes parámetros:
- una concentración geométrica, definida como la
relación entre una superficie de abertura del reflector primario
(1) y una superficie receptora de la célula fotovoltaica (4),
comprendida en el rango de 1470/1 a 1490/1;
- una relación entre el área en planta del
reflector primario (1) y el área en planta del reflector secundario
(2) comprendida en el rango de 42/1 a 44/1; y
- una relación entre el área en planta del
reflector primario (1) y la distancia entre el reflector primario
(1) y el reflector secundario (2), medida en el eje óptico,
comprendida en el rango de 655/1 a 685/1.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901434U ES1071351Y (es) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | Captador-concentrador de energia solar con optica de tipo cassegrain |
| US13/501,541 US20120266940A1 (en) | 2009-10-15 | 2010-10-08 | Solar-energy collector/concentrator with cassegrain-type optics |
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