ES2201080T3 - Central solar para la produccion de energia electrica y/o hidrogeno. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UNA PLANTA DE ENERGIA SOLAR Y/O HIDROGENO CON UN COLECTOR PARABOLICO PROVISTO DE UN RECEPTOR EN SU FOCO, FIJADO DE FORMA QUE HAGA POSIBLE SU ROTACION LIBRE EN AL MENOS DOS DIRECCIONES ALREDEDOR DEL EJE EN EL LADO CONVEXO, CON DOBLE ESTRUCTURA DE CUBIERTA, COMPUESTA DE SEGMENTOS ARQUEADOS SUJETOS EN UNA ESTRUCTURA DE REJILLA AJUSTABLE PARA SEGUIR LA DIRECCION DEL BRILLO DEL SOL, PROVISTO DE ELEMENTOS MOVILES DE SOPORTE EN LOS QUE CONTIENE UN RECEPTOR DE CALOR Y ESTA CONECTADO CON UNA UNIDAD DE CONVERSION Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA.

Description

Central solar para la producción de energía eléctrica y/o hidrógeno.

El objeto de la presente invención es una central solar para la producción de energía eléctrica y/o hidrógeno, provista de un colector parabólico que incluye un receptor en el foco y que se ha fijado de forma que puede girar libremente en por lo menos dos direcciones en torno al eje del lado convexo, y que comprende una estructura de doble concha compuesta de segmentos arqueados fijados a una estructura de armazón de parrilla ajustable para el seguimiento de la luz solar, que se ha dotado con elementos de soporte móviles en los que se encuentra un receptor de calor y que se ha conectado con una unidad de conversión y almacenamiento de energía.

En lo que se refiere a la protección medioambiental, el procedimiento más favorable para la generación de energía consiste quizás en la utilización de la energía solar convirtiéndola en otras formas de energía que pueden conducirse cubriendo distancias mayores.

Existen varias soluciones que permiten utilizar en gran escala la energía solar. La esencia del procedimiento fotoeléctrico (fotovoltaico) consiste en la generación de corriente eléctrica como consecuencia del efecto que produce la luz del sol sobre unos elementos solares que se comportan como semiconductores. La ventaja que ofrece este sistema es la de poder generar directamente corriente. Su desventaja se debe a los elementos solares fabricados con monocristales de silicio o con policristales de silicio, que son menos efectivos, pues al ser dichos elementos solares bastante caros y poco apropiados para la producción en grandes series, no resultan competitivos para la generación de energía en gran escala.

En el caso de colectores planos, se produce un ciclo mediante el calentamiento del agua que se encuentra en un sistema de tuberías montado en unas pantallas receptoras planas y fijas que se exponen directamente a la luz solar, tranfiriéndose la energía térmica del agua calentada a un intercambiador de calor, de tal modo que el freón que se evapora allí genera corriente en un turbo generador.

El valor máximo de la eficiencia en la conversión de energía solar asciende en el caso de estos sistemas a aprox. 9-17%. La importancia que tienen los equipos de concentración de energía solar se basa en las temperaturas elevadas que se pueden alcanzar concentrando ópticamente la energía solar y que teóricamente pueden llegar al límite superior de 6.000ºC. Se han llegado a alcanzar los 2.800ºC con instalaciones experimentales. Dicha concentración puede llevarse a cabo mediante el movimiento de seguimiento del sol que realizan los colectores. Los tipos principales de equipos colectores (concentradores) de luz solar consisten en colectores cilíndricos y parabólicos, espejos esféricos y en lentes tipo Fresnel. En comparación con los sistemas que utilizan colectores planos, éstos son más rentables al ser más eficientes a consecuencia de la concentración y de la temperatura de la fuente térmica. Un mejor aprovechamiento termodinámico de la energía térmica implica un incremento en la salida mecánica específica.

Sin embargo, aparte de varias ventajas que ofrecen las centrales helioeléctricas que funcionan en base al principio de Fresnel, éstas adolecen de la desventaja de que requieren grandes superficies (3-7 km^{2}) por lo que la distancia entre la columna de recepción de calor y el heliostato es considerable (máx. 2-3 km).

La intensidad de los rayos de luz y de los rayos caloríficos reflejados por los espejos disminuye considerablemente con la temperatura del aire, la circulación de aire y el efecto de pantalla de las partículas de polvo suspendidas en el aire. En la trayectoria de los rayos enfocados, el aire actúa hasta cierto punto como un agente de absorción de energía y de caldeo, y este efecto aumenta rápidamente con la distancia. La mayor parte de los costes de inversión recae sobre los depósitos de almacenamiento de energía, el costoso equipo de condensación y la columna.

Este tipo de centrales helioeléctricas adolecen además de otra desventaja: al no poder solventarse el movimiento de seguimiento del sol de la columna receptora de calor instalada en el centro del campo heliostático, resulta que, en el caso de la mayoría de los espejos que se utilizan para el seguimiento de la luz solar, no se llega ni mucho menos a alcanzar, debido a la posición fija de la columna, el nivel de aprovechamiento de luz solar que ofrece de hecho la superficie de los espejos, al contrario de cuando se utilizan para el seguimiento del sol unos espejos parabólicos con cuerpo rotatorio con los que se consigue utilizar de forma mucho más eficaz sus superficies.

Otra desventaja de que adolecen las unidades mencionadas anteriormente es que suelen emplazarse generalmente en zonas desérticas en las que no se dispone de la cantidad de agua suficiente para la condensación, por lo que la extracción de calor (condensación) se realiza mediante enfriamiento por aire, lo que implica un consumo considerable de energía eléctrica y menos eficiencia.

La patente US con número de registro 4.608.964 describe un espejo colector de luz solar de gran tamaño compuesto de varios segmentos que forman una superficie parabólica recubierta, por el lado interno, de un material reflector y que comprende una abertura circular en el centro. La columna de intercambio de calor se monta en dicha abertura fijándola a la base. La elevación y el descenso del espejo parabólico se realiza mediante cables tensores que pasan por poleas y que están conectados con la abertura circular. La desventaja de esta solución es que el espejo que reúne los haces solares (el colector) sólo puede moverse en sentido vertical, por lo que no es capaz de seguir el sol.

La patente europea con número de registro 0.170.610 describe un espejo parabólico que puede comprender varias piezas, en cuyo caso unas placas reflectoras recubren la superficie interna de la estructura parabólica compuesta de unos elementos arqueados de nervadura dispuestos en sentido radial y de unos listones que cubren y conectan entre sí los elementos radiales de nervadura. Si bien esta solución permite la instalación local, una vez instalada la unidad ya no ofrece la posibilidad de modificar la dirección o ajustar con precisión la orientación de las placas reflectoras.

La patente GB con número de registro 2.060.926 describe un equipo de utilización de energía solar en el que el colector se monta sobre una columna de soporte mediante un eje con rótula esférica dispuesto en el lado convexo, y en el que la columna se fija a la base y los movimientos del colector se realizan mediante dos estructuras con un extremo fijado a la abertura del espejo parabólico y el otro, a la base. Pero esta solución no ofrece ninguna protección contra el empuje del viento. Además, resulta imposible mover en la dirección horizontal, en el plano de la superficie del suelo, el espejo parabólico de superficie relativamente grande.

En las patentes US-A-4.256.088, FR-A-2.404.815, US-A-4.423.925, US-A- 4.285.667 y FR-A-2.497.927 se dan conocer otros equipos de utilización de energía solar.

El objetivo de la presente invención consiste en eliminar las desventajas, que caracterizan estas soluciones bien conocidas, por medio de un equipo tal como se define en la reivindicación 1. Otras características ventajosas de la presente invención se exponen en las reivindicaciones subordinadas.

Según la presente invención, se proporciona un equipo que contiene un colector parabólico dotado con un receptor en el foco, estando el colector fijado de forma que puede girar libremente en por lo menos dos direcciones en torno al eje del lado convexo, comprendiendo el colector una estructura de doble concha compuesta de segmentos arqueados fijados a una estructura de armazón de parrilla que puede ajustarse para el seguimiento de la luz solar, estando el colector provisto de elementos de soporte móviles en los que se encuentra un receptor de calor, y estando el colector conectado con una unidad de conversión y almacenamiento de energía.

La invención se basa en el principio según el cual la estructura de soporte móvil de un colector parabólico de gran tamaño (100-300 m de diám.) puede construirse más fácilmente siempre que el colector presente una estructura ligera, y según el cual el suministro y la ubicación pueden solventarse más fácilmente siempre que la estructura se componga de módulos de panel que se montan en el lugar de la instalación. La ubicación del colector parabólico sobre agua implica además ventajas adicionales para la estructura de soporte móvil. En el caso de emplazar el colector sobre agua, se dispone de una cantidad ilimitada de agente refrigerante para la condensación.

En el caso del equipo incluido en la presente invención, los elementos de soporte móviles consisten en unos elementos telescópicos que pueden girar en las distintas direcciones y que se conectan por un extremo con el colector de tal modo que la separación entre ellos es constante siguiendo un anillo circular situado en un plano paralelo al de la abertura del colector, mientras que los otros extremos de los elementos se conectan con una base de tal modo que también pueden girar en todas las direcciones y rodean un soporte telescópico principal que se ha fijado a la base por el extremo inferior y que se apoya sobre una articulación de rótula en una dirección distinta a la del eje de rotación del colector. Los elementos telescópicos y el soporte telescópico principal son preferentemente de accionamiento hidráulico. Junto a la superficie externa del colector se encuentra un segundo cuerpo de rotación -preferentemente una semiesfera o una calota cuya superficie es menor que la anterior- que se ha diseñado con simetría axial, encontrándose además en la zona rodeada por el colector y la calota una estructura reforzada y estando el soporte telescópico principal conectado con la calota en la línea central común a la calota y al colector. El soporte telescópico principal y los elementos telescópicos se dotan preferentemente con una unidad de control hidráulica que está conectada con un sistema de control electrónico.

Un tipo de construcción del colector se ubica en una excavación, que se encuentra por debajo del nivel del suelo y que está recubierta de una capa de hormigón, de forma que, en la posición básica, la abertura paralela al horizonte se encuentra por encima del nivel del suelo.

En una construcción alternativa, el colector se ubica sobre una superficie de agua de nivel regulado de forma que la base se encuentra bajo la superficie del agua mientras que la abertura del colector se encuentra en todas las posiciones por encima de la superficie del agua. El colector se dota preferentemente por la parte exterior, en los lados que dan el este y oeste, con unas bolsas de aire subdivididas en espacios separados entre sí mediante paredes divisorias. La superficie de agua de nivel regulado se encuentra rodeada de una barrera provista de compuertas y elementos desviadores de viento, estando los elementos desviadores de viento sujetados sobre la barrera bien de forma fija o bien mediante elementos móviles de tipo telescópico.

También pueden disponerse varios colectores solares, que forman una central de energía, sobre la superficie de agua de nivel regulado que se encuentra rodeada de una barrera dotada de compuertas. Esta alternativa incorpora preferentemente un depósito de agua inferior ubicado a una altura por debajo del nivel de marea alta y de uno superior en caso de superficies de agua naturales.

Los elementos del sistema receptor de calor y de conversión de energía pueden disponerse en el receptor, mientras que los depósitos de almacenamiento de calor dotados con una cubierta termoaislante pueden ubicarse en la calota, de tal modo que los elementos del sistema de conversión de energía se montan sobre una estructura de soporte que está conectada con la calota mediante elementos telescópicos móviles y que se encuentra en un contenedor provisto de amortiguadores suspendidos por los dos lados de la parte situada por encima del centro de gravedad.

En el caso de otra alternativa adicional, las unidades del sistema de conversión de energía y los depósitos de almacenamiento de calor se disponen sobre una estructura de soporte que se encuentra junto al colector y por encima de la superficie del agua, encontrándose los depósitos de almacenamiento de calor y de generación de vapor conectados con el receptor montado en el foco del colector mediante tuberías flexibles que están dotadas de aislamiento múltiple y que suministran el agente transmisor de calor. Si se utiliza el ciclo de gas de Brayton, el sistema de conversión de energía incluye unidades de condensación, precalentamiento, calentamiento de gas y turbogeneración, mientras que en el caso de una otra alternativa incluye unidades que utilizan sodio líquido como agente transmisor, unidades de generación de vapor, turbogeneración, condensación, suministro de agua de alimentación y, si fuese necesario, de almacenamiento de calor, en cuyo caso se puede conectar el condensador con una instalación de desalinización de agua de mar y, en el caso dado, incorpora en la instalación con un sistema de producción de hidrógeno conectado en paralelo con el sistema de conversión de energía o montado en su lugar.

El colector se ha construido con unidades arqueadas que consisten en un armazón nervado formado por elementos arqueados de nervadura doble. Los armazones nervados interno y externo están conectados mediante piezas distanciadoras de panel rellenas con una estructura de parrilla multicapa dotada con elementos de conexión para unir las capas entre sí. La estructura de parrilla se tapa por la parte exterior con unos elementos cajiformes fijados a la abertura formada por los elementos de la nervadura o estructura de parrilla, mientras que los bordes de los elementos cajiformes y la superficie de los elementos de conexión se tapan con unas tiras de plástico flexible encoladas por un lado. El material en bruto de los elementos cajiformes consiste preferentemente en resina sintética reforzada con vidrio textil y dichos elementos se pegan entre sí con adhesivo. El colector está recubierto, en la parte interna y en el lado cóncavo, de unas placas reflectoras que dirigen los haces hacia el foco y que se han fabricado preferentemente con un material en bruto que consiste en resina sintética reforzada con vidrio textil, habiéndose fijado las placas a la superficie interna del colector mediante unas unidades de sujeción regulables de tornillo con resorte que pasan por los agujeros perforados en los elementos de nervadura.

Los dibujos adjuntos proporcionan información detallada sobre distintas formas de realización de la presente invención que se describen a continuación a título de ejemplo:

Figura 1 El equipo protegido por la presente invención se ubica en una excavación bajo el nivel del suelo.

Figura 2 El equipo protegido por la presente invención se ubica sobre la superficie del agua.

Figura 3 Vista superior de las bolsas de aire utilizadas con el equipo ilustrado en la Figura 2.

Figura 4 Dibujo que ilustra el emplazamiento del equipo protegido por la presente invención cuando éste se ubica sobre la superficie del agua y va provisto de una barrera.

Figura 5 Una posible construcción de la barrera que se ha dotado con elementos fijos de desviación del viento y que podría utilizarse en el caso alternativo descrito en la Figura 4.

Figura 6 Otra posible construcción de la barrera provista de elementos móviles de desviación de viento que se accionan hidráulicamente.

Figura 7 Dibujo de una central de energía construida con el equipo protegido por la presente invención junto con un depósito de agua que se utiliza como sistema de almacenamiento de energía.

Figura 8 Sección de la calota utilizada con el equipo de la presente invención junto con depósitos de almacenamiento y conversión de energía dispuestos en posición vertical.

Figura 9 Sección de la calota utilizada con el equipo de la presente invención junto con depósitos de almacenamiento y conversión de energía dispuestos en posición inclinada.

Figura 10 Dibujo de la distribución y conexión de las unidades de conversión de energía ubicadas en un contenedor según la forma de realización de la Figura 9.

Figura 11 Construcción de la superficie interna del colector utilizado con el equipo protegido por la presente invención.

Figura 12 Estructura externa de parrilla monocapa de la que está realizado el colector, junto con las placas convexas de la superficie exterior que se fijan a la abertura de la estructura de parrilla y sirven de cubierta impermeable al agua.

Figura 13 Armazón nervado con estructura de parrilla multicapa de doble pared que refuerza el colector.

La Figura 1 ilustra la alternativa dispuesta en una posición inferior, emplazándola en una excavación bajo el nivel del suelo. El colector 1 indicado en la Figura está dotado en la parte inferior de una calota 2. Un soporte telescópico principal 4, que está conectado en la parte inferior con la calota 2, se acciona hidráulicamente mediante una articulación de rótula 3. El extremo inferior del soporte telescópico principal 4 está fijado a la base 5. Además, se han previsto tres soportes 82, que apuntan hacia el foco y sujetan el receptor 7 montado en el foco, y que se encuentran conectados con la abertura 6 del colector 1. Si el equipo se dispone en una zona de tierra firme rica en radiación solar, por ejemplo, en un desierto, entonces éste se dispone en una excavación que se ha revestido de una capa de hormigón 10 y que se ha realizado bajo el nivel del suelo 9 con un tamaño que tiene en cuenta los movimientos del equipo y que se ha provisto de una abertura que sobresale del nivel del suelo. Durante el funcionamiento del equipo, la abertura 6 del colector 1, que es paralela al horizonte, se encuentra por encima del nivel del suelo 9. Una estructura de armazón 11 forma la envolvente exterior del colector 1. Con esta estructura están conectados por lo menos tres elementos telescópicos 12, que son preferentemente de accionamiento hidráulico, de forma que pueden girar en todas las direcciones permitidas y presentan entre sí separaciones constantes al seguir un anillo circular paralelo al plano de la abertura 6. Los elementos telescópicos 12 están conectados por los extremos inferiores con la base 5 de tal forma que pueden girar también en las distintas direcciones y presentan asimismo separaciones constantes entre sí. A fin de que la línea de influencia de la carga coincida con el eje del vástago del émbolo, se han dotado los dos extremos de los elementos móviles 6 con articulaciones de rótula. Unos limitadores proporcionan el movimiento lateral requerido para las articulaciones de rótula. La unidad de conversión de energía 13 se ha dispuesto fuera de la excavación, aproximadamente al nivel del suelo 9, y se ha conectado con el colector 1 y el receptor 7 que se ha montado en el centro del colector 1 mediante una tubería. La columna de refrigeración 14, que sirve para la refrigeración del condensador, se encuentra junto a la unidad de conversión de energía 13. La superficie de la capa de arena que rodea la excavación puede cubrirse con plantas bajas o con redes que agarran la arena, aunque también es factible cubrir el área con estructuras de ingeniería.

La Figura 2 ilustra una alternativa de la invención en la que el equipo se dispone sobre una superficie de agua. En este caso, el colector 1 se ha emplazado sobre una superficie de agua 15 de nivel regulable, de forma que la base 5 queda por debajo de la superficie del agua 15 mientras que la abertura 6 del colector 1 se encuentra en todos los casos por encima de la superficie del agua 15. Se han sujetado unos cables tensores 16 provistos de estructuras de atesamiento a la abertura 6 reforzada estructuralmente del colector 1. Los otros extremos de los cables tensores se han sujetado a unas patas 8. El colector 1 se ha dotado en la parte exterior, en los lados que dan el este y oeste, con bolsas de aire 17 subdivididas en espacios separados entre sí mediante paredes divisorias. La unidad de control hidráulico 18 se ubica también sobre la base 5 o sobre una plataforma dispuesta sobre el nivel del agua. La Figura 3 presenta una vista superior de la disposición de las bolsas de aire 17.

La Figura 4 ilustra una construcción ubicada sobre la superficie del agua en la que se rodea la superficie del agua 15 de nivel regulable con una barrera 19 provista de compuertas y de unos elementos desviadores de viento 20 montados sobre la misma. En el caso de la alternativa ilustrada en la Figura 5, los elementos desviadores de viento 20 se conectan de forma fija con la barrera 19, mientras que en el caso de la alternativa ilustrada en la Figura 6 se unen a la barrera mediante unos elementos telescópicos móviles 21. La Figura 4 indica la posición básica que ocupa el colector 1 cuando su abertura 6 se encuentra en el plano horizontal. Esta posición es la que debe establecerse cuando se detiene el funcionamiento del equipo desde la puesta del sol hasta el amanecer o en caso de producirse una tormenta débil, en la que el empuje del viento no llega a sobrepasar el valor permitido. La inundación del colector 1 con agua, que se realiza descendiendo el colector 1, ofrece la posibilidad de protegerlo en caso de ciclones tropicales o de tormentas con fuerzas del viento próximas a las de dichos ciclones. Unos instrumentos controlan la altura del nivel de agua regulado de la instalación de energía solar. El nivel de agua requerido se establece por bombeo o bien abriendo compuertas, según lo que sea necesario.

La Figura 7 ilustra una central de energía construida con los colectores 1 incluidos en la presente invención y que funciona con depósitos de agua que sirven para el almacenamiento de energía. En el caso de agua de mar, la barrera protectora debe construirse con una altura superior al nivel de agua máximo que se puede llegar a alcanzar en caso de pleamar o cuando se producen oleadas. Para el almacenamiento de energía por agua se utiliza un depósito inferior 22 que está dotado con una compuerta y que se encuentra aproximadamente a 1,5-2 m por debajo del nivel de agua máximo que se puede llegar a alcanzar en caso de pleamar (considerando el fondo del depósito), del cual pueda bombearse el agua almacenada al depósito superior 23. El agua entra en el depósito inferior 22 al levantar las compuertas durante pleamar. Durante las horas en las que no hay luz solar o durante el período de carga máxima, se deja salir el agua contenida en el depósito superior hacia el depósito inferior pasando por unas turbinas que impulsan los generadores 24 de la central de energía, y durante bajamar se deja preferentemente que el agua vaya desde allí hacia el mar pasando por unas turbinas que impulsan otro generador.

En el caso de la alternativa ilustrada en las Figuras 8 y 9, el espacio entre el colector 1 y la calota 2 se encuentra reforzado con una estructura de refuerzo. Los depósitos de almacenamiento de energía térmica 25, que están dotados con paredes aislantes y que permiten un almacenamiento de energía de corta duración, así como el contenedor 26, que soporta las unidades de conversión de energía, se han dispuesto en dicho espacio reforzado. Para que los dispositivos del equipo de conversión de energía sean independientes del movimiento de seguimiento del sol que realiza el colector, se suspende el contenedor 26 por un lado y por encima de su centro de gravedad preferentemente mediante unos telescopios 27 accionados hidráulicamente y se sujeta por el otro lado mediante unos pies de soporte fijados a la armadura 28 que se encuentra conectada con la calota 2. El contenedor 26 se une a la armadura 28 que está conectada con la estructura de armazón del colector 1 mediante unos amortiguadores 29.

El contenedor 26 suspendido por encima de su centro de gravedad y, por consiguiente, las unidades de conversión de energía ubicadas en su interior se encuentran siempre en posición horizontal. Esto se consigue en la dirección este-oeste mediante la suspensión y en la dirección norte-sur mediante los telescopios 27. Los amortiguadores 29 impiden resonancias y posibles oscilaciones del contenedor 26 cuando el colector 1 realiza movimientos rápidos. Las tuberías flexibles en espiral de la entrada y salida del contenedor están dotadas de un aislamiento térmico apropiado.

La Figura 10 ilustra la distribución de las unidades de conversión de energía en el contenedor 26. Las tuberías 31 con el agente transmisor que pasan por la unidad de generación de vapor 30, que actúa de intercambiador de calor, entran en el contenedor 26. Un depósito de aprovisionamiento 33 de agua de alimentación provisto de una bomba conectada con el condensador 32 está unido con el generador de vapor 30. El generador de vapor 30 está conectado con la turbina de vapor a alta presión 35 mediante la tubería de vapor principal 34 y con la turbina de vapor a media presión 37 mediante la tubería secundaria de vapor recalentado 36. La tubería de vapor de la turbina a media presión 37 se dirige hacia las turbinas de baja presión 38 y el vapor expansionado pasa entonces desde allí al condensador 32 mediante las tuberías 39. Un generador 40 se encuentra unido a las turbinas de vapor con eje de rotación común. La tubería flexible 41, que suministra el agente refrigerante para el enfriamiento del condensador 32, pasa también por el contenedor 26.

En el generador de vapor 30, el sodio caliente, que actúa de agente transmisor, evapora el agua y sobrecalienta el vapor producido. El vapor sobrecalentado a una temperatura de preferentemente 538ºC, pasa del generador de vapor 30 a la turbina de vapor a alta presión 35 en la que se expande. El vapor pasa desde allí a un recalentador -que se calienta con vapor derivado de la turbina a alta presión 35 o del intercambiador de calor (generador de vapor) instalado en el ciclo de sodio- en el que se calienta a la temperatura requerida y acciona entonces la turbina de vapor a media presión 37. El vapor de escape de esta última turbina se expande en las turbinas a baja presión 38 hasta alcanzar la presión de condensación. El vapor de escape de las turbinas de vapor a baja presión 38 se condensa en el condensador 32, se bombea desde allí el agua de alimentación a los precalentadores de regeneración del agua de alimentación y el agua de alimentación calentado a la temperatura requerida se bombea desde allí al generador de vapor 30 con el que se cierra el ciclo de vapor. Las turbinas accionan un generador de corriente.

Una pequeña parte de la corriente producida se utiliza para la puesta en funcionamiento del sistema, mientras que la mayor parte de la energía pasa a la red eléctrica y/o se utiliza para la producción de hidrógeno. Durante el período de producción máxima, una parte de ella acciona la bomba del almacenador de energía.

La Figura 11 presenta el diseño de la superficie interna del colector 1 utilizado con el equipo incluido en la presente invención. Los elementos estructurales arqueados, que se requieren para la construcción del colector 1, son de un material multicapa de resina epóxido, preferentemente reforzado con vidrio textil. La nervadura vertical y horizontal compuesta de elementos arqueados de nervadura 42, que se unen entre sí con adhesivo y empalmes de pivote, forman la estructura de armazón del colector 1. Las riostras diagonales 3 refuerzan el armazón nervado interno que se asemeja a una red. La superficie interna de los nervios 42 incluye en la dirección perpendicular una serie de perforaciones 44 distribuidas a intervalos regulares. Para cubrir la superficie trapezoidal formada por los nervios 42, que se cruzan en ángulo recto, se utilizan placas reflectoras 45 de resina sintética preferentemente reforzada con vidrio textil que presentan una superficie reflejante de alto rendimiento y una superficie interna cóncava, cubriéndose la superficie trapezoidal hasta llegar a la línea central de los nervios 42. Las placas se sujetan a los orificios perforados 44 mediante piezas de unión regulables de tornillo con resorte.

La Figura 12 ilustra uno de los campos arqueados que forman el colector 1 y la calota 2 y cuyas superficies rodeadas por elementos de nervadura 42 se llenan con una estructura monocapa de parrilla 46. Cuando la unidad se emplaza sobre agua, los campos parciales arqueados de la estructura de parrilla 46, que presentan también una forma trapezoidal, se cubren por la parte exterior con un recubrimiento impermeable al agua. El recubrimiento impermeable consiste en unos elementos cajiformes 49 que se adhieren sobre las aberturas 47 junto a los bordes de la estructura de parrilla 46 y se aíslan adicionalmente con tiras de plástico 48 en las zonas de encolado. Los elementos cajiformes 49 se encajan en las aberturas 47 de los elementos de nervadura 42 y se cubren con tiras de plástico 48.

La Figura 13 presenta una vista en sección del colector construido con un armazón nervado que incluye una estructura de parrilla multicapa de doble pared. En el caso de esta alternativa, los armazones nervados interno y externo se interconectan mediante piezas distanciadoras de panel 50, mientras que las distintas capas de la estructura de parrilla multicapa 46 se interconectan mediante elementos de unión 51 construidos con un tubo provisto de cortes transversales en los extremos.

El programa del ordenador central que tiene en cuenta las coordenadas geográficas, los días de calendario y los horarios diarios de cada año, así como las señales que proporcionan los fotodiodos montados en pareja en la abertura superior del colector, tanto en la dirección este-oeste como en la dirección norte-sur, permite establecer la orientación del colector incluido en la presente invención.

El sistema hidráulico más apropiado es uno de ciclo cerrado, dirección y flujo variable, funcionamiento sincronizado, que permite el control continuo de velocidades rápidas/lentas, que puede controlarse mediante interruptores de vía, que se acciona mediante cilindros de trabajo de operación única y conectados en paralelo, y que está dotado de un interruptor retardador. En el caso de emplazar el colector sobre agua, las estructuras móviles de soporte construidas con cilindros de trabajo hidráulicos se dotan con una cubierta de camisa impermeable al agua.

El almacenamiento de datos del ordenador central incluye un programa que tiene en cuenta la situación geográfica (coordenadas geográficas), el inicio y el final del período de trabajo correspondiente a cada día del año y un horario programado detallado (sección del día, hora, minuto). En base a este programa elaborado principalmente para el año civil, el ordenador seleccionará e iniciará cada mañana el programa operativo correspondiente al día de la fecha en cuestión. Se puede pasar, siempre que sea necesario (p.ej., en el caso de una mañana nublada durante un tiempo prolongado, lluvias, etc.), del control automático mediante programa al control manual.

Asimismo el ordenador se utiliza para reorientar el colector parabólico a la posición básica horizontal en caso de tormentas o de vientos con un empuje superior al permitido, o para orientarlo en la dirección opuesta a la de la luz solar cuando se produzca algún fallo en el funcionamiento, y, también, para controlar la orientación del colector al descenderlo, siempre que esto sea necesario.

El ordenador de alta capacidad y con gran capacidad de almacenamiento controla, vigila y verifica el aprovechamiento de la energía solar por la central de energía según los requisitos de funcionamiento automático, proporcionándose de este modo la autorregulación del sistema.

El ordenador así como todas las unidades de la central de energía solar están conectados con un cronómetro de alta precisión, un anemómetro y otros instrumentos. Se ha previsto asimismo un ordenador de reserva que asume automáticamente el control y las funciones operativas del ordenador averiado en caso de irregularidades en el servicio.

Debido a su ubicación y otras posibilidades propicias, el equipo incluido en la presente invención resulta muy útil para la producción de hidrógeno. Por esta razón se incluye un sistema de producción de hidrógeno con medio transmisor que se dispone en paralelo al sistema de conversión de energía o bien se instala en su lugar. El sistema puede funcionar, por ejemplo, en base al proceso híbrido de electrólisis de Z. Takehara y S. Yosizawa o mediante el denominado ciclo de Yokohama. En el caso del equipo incluido en la presente invención, se bombea parte del sodio, que se ha calentado en el receptor, a la unidad de producción de hidrógeno y, a continuación, se bombea el sodio enfriado de vuelta al receptor.

La energía térmica liberada en el condensador puede utilizarse posteriormente para la provisión de energía de la planta de desalinización de agua de mar. Lo más apropiado para este fin pueden ser los evaporadores de múltiples cuerpos del sistema de vacío.

Existe otra alternativa en la que el receptor 7 montado en el foco del colector 1 contiene las unidades de conversión de energía del ciclo de gas tipo Brayton. Los elementos estructurales más importantes de este equipo de conversión de energía son los siguientes: condensador de aire, precalentador, calentador y turbogenerador.

Además de la ventaja del peso reducido a consecuencia de la utilización de materiales de estructura ligera, la unidad ofrece otras ventajas como una elevada resistencia debida al refuerzo de fibra, la precisión dimensional en la fabricación de los elementos, uniones estables por encolado durante el montaje local, y resistencia a la corrosión.

La invención solventa la condensación de una forma económica es un hecho bien conocido que la condensación resulta costosa y que causa problemas importantes en el caso de otras centrales de energía por medio de la aplicación del agente refrigerante que está disponible en una cantidad ilimitada, cuando el emplazamiento es la superficie del agua, en combinación con otras soluciones que utilizan energía (desalinización del agua de mar o ciclo de Rankine).

Claims (20)

1. Colector parabólico (1) para concentrar la energía solar que incluye un receptor (7) en su foco y que se instala de forma que puede moverse libremente en por lo menos dos direcciones, caracterizado porque

el colector (1) presenta una estructura de doble concha que incluye campos arqueados que consisten en armazones nervados formados por nervios dobles arqueados (42) conectados entre sí mediante piezas distanciadoras de panel (50), encontrándose el espacio rodeado por los nervios dobles arqueados (42) y las piezas distanciadoras de panel (50) lleno de una estructura multicapa de parrilla (46) con elementos de unión (51) que conectan entre sí las capas de la estructura de parrilla (46).

2. Colector parabólico según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de parrilla (46) se tapa con unos elementos cajiformes (49) que encajan en las aberturas (47) de los nervios (42) y la estructura de parrilla (46), mientras que los bordes de los elementos cajiformes (49) y la superficie de los elementos de unión (51) se cubren con tiras de plástico flexible (48) que comprenden una cara con adhesivo.

3. Colector parabólico según la reivindicación 2, caracterizado porque los elementos cajiformes (49) están realizados en material bruto de resina sintética reforzada con vidrio textil y se fijan preferentemente con adhesivo.

4. Colector parabólico según una o más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el colector (1) se cubre por la parte interna con placas reflectoras (45) realizadas preferentemente en un material bruto de resina sintética reforzada con vidrio textil, fijando las placas reflectoras (45) en la superficie interior del colector (1) mediante unidades de sujeción regulables de tornillo con resorte que atraviesan los orificios (44) perforados en los nervios (42).

5. Colector parabólico según una o más de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el receptor (7) se mantiene mediante unos soportes (8a) en el foco del colector (1).

6. Colector parabólico según una o más de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el colector (1) está dotado, por los lados externos orientados hacia el este y oeste, de bolsas de aire (17) subdivididas en espacios separados por unas paredes de separación.

7. Colector parabólico según una o más de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se ha provisto de un segundo cuerpo de rotación que consiste preferentemente en una semiesfera o calota (2) cuya superficie es más pequeña que la del colector (1), habiéndose diseñado la calota (2) de tal forma que presente simetría axial al disponerla junto a la superficie externa del colector (1), y porque en la zona rodeada por el colector (1) y la calota (2) se encuentra una estructura de refuerzo y se ha conectado con la calota (2) un soporte telescópico principal (4) en línea central común a la calota (2) y al colector (1).

8. Estructura móvil de soporte para un colector parabólico (1) según una o más de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque dicha estructura incluye:

una base (5);

un soporte telescópico principal (4) que se fija a la base (5) por el extremo inferior y que soporta el colector (1) mediante una articulación de rótula (3) en una dirección distinta a la del eje de rotación del colector; y

unos elementos telescópicos (12), estando los extremos superiores de los elementos telescópicos (12) conectados con el colector (1) de forma que pueden girar y separados entre sí a distancias regulares al seguir un anillo circular situado en un plano paralelo al de la abertura (6) del colector (1), y estando los extremos inferiores de los elementos telescópicos (12) conectados con la base (5) de forma que también pueden girar, rodeando los elementos telescópicos (12) el soporte telescópico principal (4).

9. Estructura según la reivindicación 8, caracterizada porque los elementos telescópicos (12) y el soporte telescópico principal (4) se accionan hidráulicamente.

10. Estructura según la reivindicación 9, caracterizada porque el soporte telescópico principal (4) y los elementos telescópicos (12) están provistos de una unidad de control hidráulica (18) conectada a un sistema de control electrónico.

11. Estructura según una o más de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el colector (1) se ubica en una excavación que se encuentra por debajo del nivel del suelo (9) y está recubierta de una capa de hormigón (10), realizándose la ubicación de forma que la posición básica de la abertura (6) es paralela al horizonte y se encuentra por encima del nivel del suelo (9).

12. Estructura según una o más de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el colector (1) se ubica sobre una superficie de agua (15) de nivel regulado de forma que la base (5) se encuentra por debajo de la superficie de agua (15) mientras que la abertura (6) del colector (1) se encuentra en todas las posiciones por encima de la superficie de agua (15), estando los elementos telescópicos (12) y el soporte principal (4) provistos respectivamente de una cubierta de camisa impermeable al agua, comprendiendo además dicha estructura unos cables tensores (16) provistos de una estructura de atesamiento, sujetándose unos extremos de los cables tensores (16) al borde reforzado estructuralmente del colector (1) y los otros extremos de los cables tensores (16) a unas patas (8).

13. Estructura según la reivindicación 12, caracterizada porque la superficie de agua (15) de nivel regulado se rodea de una barrera (19) dotada de compuertas y elementos desviadores de viento (20), estando los elementos desviadores de viento (20) sujetados sobre la barrera (19) bien de forma fija o bien mediante unos elementos móviles de tipo telescópico (21).

14. Uso del colector parabólico (1) en combinación con la estructura según una o más de las reivindicaciones 1 a 13 en una central de energía solar que produce energía eléctrica y/o hidrógeno que incluye una unidad de conversión y almacenamiento de energía (13, 26, 25), estando el colector (1) conectado con la unidad de conversión y almacenamiento de energía (13, 26, 25), caracterizado porque

una unidad receptora de calor y la unidad de conversión de energía se ubican en el receptor (7), incluyendo la unidad de almacenamiento de energía depósitos de almacenamiento de energía (25) ubicados en la calota (2), comprendiendo los depósitos de almacenamiento (25) una cubierta termoaislante; o porque

una unidad receptora de calor se ubica en el receptor (7), ubicándose la unidad de conversión de energía y la de almacenamiento de calor en la calota (2) de forma que la unidad de conversión de energía se dispone sobre una estructura de soporte (28) conectada con la calota (2) mediante elementos telescópicos móviles (27) dispuestos en un contenedor (26) provisto de amortiguadores (29) suspendidos por los dos lados en la parte que queda por encima del centro de gravedad; o porque

una unidad receptora de calor se ubica en el receptor (7), disponiéndose la unidad de conversión de energía y la de almacenamiento de calor sobre una estructura de soporte dispuesta junto al colector (1) por encima de la superficie del agua (15), incluyendo la unidad de almacenamiento de calor depósitos de almacenamiento de calor (25), estando un generador de vapor (30) y los depósitos de almacenamiento de calor (25) conectados con el receptor (7) montado en el foco del colector (1) mediante una tubería flexible con aislamiento múltiple que suministra el agente transmisor de calor.

15. Invención según la reivindicación 14, caracterizada porque la unidad de conversión de energía comprende unas unidades de condensación de aire, precalentamiento, calentamiento y turbogeneración.

16. Invención según la reivindicación 14, caracterizada porque la unidad de conversión de energía comprende unas unidades que utilizan sodio líquido como agente transmisor, unas unidades de generación de vapor (30), turbogeneración (35), condensación (32), de suministro de agua de alimentación (33) y, si fuese necesario, unas unidades de almacenamiento de calor (25).

17. Invención según la reivindicación 16, caracterizada porque el condensador (32) se conecta con un equipo de desalinización de agua de mar.

18. Invención según una o más de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizada porque el sistema de producción de hidrógeno (54) se hace funcionar en paralelo a la unidad de conversión de energía o se utiliza en lugar de dicha unidad.

19. Invención según la reivindicación 14 que, como tercera alternativa, incluye una pluralidad de colectores (1) que forman una central de energía (53) emplazada sobre una superficie de agua (15) de nivel regulado y rodeada de una barrera (19) provista de compuertas.

20. Invención según la reivindicación 19, caracterizada porque el depósito de agua inferior (22) se conecta con la central de energía (53) a una altura que queda por debajo del nivel de pleamar, y que incluye además un depósito de agua superior (23) dispuesto de forma que se encuentra por encima del nivel natural de la superficie de agua, conectándose los depósitos inferior y superior (23, 22) con bombas mediante tuberías, estando además dichas tuberías provistas de turbinas, generadores y tubos de salida.