ES2210300T3

ES2210300T3 - Colector solar mejorado.

Info

Publication number: ES2210300T3
Application number: ES95924813T
Authority: ES
Inventors: Stephen Kaneff
Original assignee: Anutech Pty Ltd
Current assignee: Anutech Pty Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2015-07-19
Also published as: CN1156502A; IL114662A0; IL114662A; EP0769121A1; CN1122791C; EP0769121B1; EP0769121A4; MX9700491A; PT769121E; WO1996002797A1

Abstract

SE PRESENTA UN DISPOSITIVO DE CONCENTRACION DE ENERGIA, QUE COMPRENDE UN DISCO COLECTOR PRINCIPAL (MR), UN MEDIO SUPLEMENTARIO (SR) Y UN RECEPTOR (P). LA ENERGIA RADIANTE, TAL COMO LA ENERGIA SOLAR SE REFLEJA DESDE EL COLECTOR PRINCIPAL (MR) HASTA UNA ZONA SOBRE EL REFLECTOR SUPLEMENTARIO (SR) QUE SE ENFOCA ENTONCES HACIA EL RECEPTOR (P). ESTO HACE POSIBLE QUE EL RECEPTOR SEA DISPUESTO EN UNA POSICION FIJA, TAL COMO SOBRE EL TERRENO O EN UNA UBICACION DISTANTE, HACIENDO POSIBLE EL FACIL ACCESO Y COSTES REDUCIDOS DE MANTENIMIENTO, ETC, DEL ABSORBEDOR DE ENERGIA SOLAR, LA ELIMINACION DE UNIONES FLEXIBLES O GIRATORIAS, ETC. EL COLECTOR PRINCIPAL (MR) PUEDE CONSTRUIRSE A PARTIR DE UNA PLURALIDAD DE PANELES REFLECTORES PLANOS O CURVADOS, TAMBIEN REDUCIENDO LOS COSTES DEL COLECTOR (MR). UNA FORMA MODIFICADA ES ELIMINAR EL REFLECTOR SUPLEMENTARIO (SR) Y SITUAR EL RECEPTOR (P) EN SU LUGAR.

Description

Colector solar mejorado.

Campo técnico

Esta invención se refiere a los colectores solares. Más en particular, se refiere a colectores solares que usan un plato reflector de gran abertura, para concentrar la radiación solar procedente del sol en al menos una zona. En algunos casos, un receptor de energía solar (el cual en el contexto de esta especificación significa una región en la que se concentra la energía solar; normalmente un absorbedor de energía solar u otro mecanismo que recibe la energía solar concentrada está posicionado dentro de esta región, pero la presencia de un absorbedor o de un mecanismo de este tipo no es esencial) se sitúa en la zona en la cual se concentra la energía solar reflejada. En otros casos, el colector solar incluye una disposición óptica de Cassegrain y un reflector secundario, que refleja la energía solar concentrada del plato de gran tamaño en un receptor remoto de energía solar, está situado en una (o en cada) zona en la cual se concentra la energía solar reflejada.

Antecedentes de la invención

Los reflectores concentradores solares de gran abertura tienen habitualmente una sección transversal que es sustancialmente parabólica o esférica (generalmente llamados "platos" por la forma de plato de los reflectores) se han ido desarrollando a lo largo de más de 20 años. Tales colectores con grandes platos tienen potencialmente la mayor eficiencia de conversión de la energía solar incidente en calor. Se pueden utilizar para proporcionar las temperaturas útiles más elevadas.

Por ejemplo, se ha informado de una instalación de colector solar que usa colectores pasantes de sección transversal parabólica para suministrar calor a fin de accionar turbogeneradores que actualmente proporciona 354 megawatios de energía eléctrica a la red de electricidad de California, USA.

En la especificación de la solicitud de patente internacional Nº. PCT/AU93/00588 se describe un diseño reciente de un colector solar con un plato de gran abertura, que se editó como Publicación WIPO Nº. WO 94/11918. El colector solar, que se ilustra en las Figuras 1 y 2 de los dibujos de la Publicación WIPO Nº. WO 94/11918 se describe también en la solicitud de patente nacional australiana Nº. 677,257 (a la que se otorgó en la solicitud de patente nacional australiana derivada de la solicitud Nº. PCT/AU93/00588). Utilizando colectores solares ha sido posible generar temperaturas por encima de 2.000 ºC.

En términos generales, los platos de gran abertura que concentran la energía solar tienen muchas utilizaciones que requieren temperaturas en el intervalo de 200ºC a más de 1500ºC. Entre estos usos está la generación de electricidad eficaz en costo mediante la vía térmica solar y el dar potencia a muchos procesos termoquímicos y fotoquímicos (incluyendo la conversión termoquímica de la energía solar, la gasificación solar de combustibles fósiles de hidrocarburos, la producción de combustibles líquidos y gaseosos de contaminación reducida o de muy baja contaminación, y la producción de una gama de productos químicos y de otros productos ricos en energía).

Cuando está en uso, el plato de este tipo de colector solar debe ser "guiado" de forma que dé su cara al sol a lo largo de todo el día, a fin de enfocar continuamente la energía solar incidente sobre el receptor (o en la zona en la que habitualmente se encuentra un absorbedor de energía solar) que está en el foco del plato. Los requisitos de guiado son tales que cualquier material (sólido, líquido o gaseoso) que se introduzca en el receptor en la zona de concentración de la energía o región focal debe ser transportado a lo largo de un camino que se desplaza, dado que el receptor está fijo con respecto al plato y por tanto se mueve conforme el plato sigue al sol. Por tanto, es necesario que se incluyan articulaciones flexibles o rotativas en la línea de abastecimiento al receptor. Cuando se transportan por la línea de abastecimiento fluidos a temperaturas elevadas y/o presiones elevadas, tales articulaciones son difíciles de fabricar y cuando se sobrepasan determinadas temperaturas y presiones, si hay disponibles articulaciones de este tipo, son costosas, y merman la economía de los procesos a los que se da potencia mediante la energía solar recogida.

Otro problema experimentado con los platos colectores solares actuales (incluyendo el plato representado en la Publicación WIPO Nº. WO 94/11918) es el aislamiento adecuado de la línea de transmisión de fluido que lleva los materiales con base en el suelo al receptor solar y de vuelta del mismo. Esta línea o vía puede tener una longitud considerable y la penalización en costo resultante de su aislamiento (y de las articulaciones flexibles o rotativas de esta línea, si tiene que serpentear a través de una estructura de cierta complejidad a fin de alcanzar el receptor) es una proporción significativa del costo de todo el sistema de colectores de energía solar. Además, puede ser necesaria una potencia de bombeo significativa para llevar los materiales al receptor, que no se encuentra fácilmente accesible mientras se mueve, y la instrumentación para el sistema de transporte de fluido también plantea problemas.

Un factor adicional que afecta a la efectividad de costo del seguimiento de altura-acimut de tales platos receptores solares es el mecanismo de actuación del plato (el mecanismo de accionamiento) que asegura que el colector da su cara al sol. Esto requiere componentes robustos si va a ser capaz de controlar la posición del plato en caso de vientos fuertes.

Un colector que usa un plato solar que tiene una forma de abertura convencional (circular o hexagonal) y que emplea seguimiento de altura-acimut a lo largo de todo el día se monta normalmente en una torre (de forma que pueda recibir radiación solar cuando el sol esté en el horizonte o ligeramente por encima). El plato puede ser equilibrado sobre su eje transversal (horizontal) de rotación añadiendo un contrapeso que está soportado por la estructura de soporte del plato, para hacer más fácil de lograr y controlar la rotación del plato sobre dicho eje. Sin embargo, los contrapesos (i) son caros, (ii) se añaden a la carga total que se hace girar, y (iii) complican las exigencias estructurales para el colector o antena. Tales colectores resultarán afectados por los vientos en todas las ocasiones y esto significa que las exigencias en cuanto a resistencia de la estructura del colector aumentan en emplazamientos en los que es probable que se experimenten fuertes vientos. Además, los mecanismos para hacer girar el plato y sus elementos auxiliares requieren características especiales que permitan el acceso de determinados componentes (para verificación, ajuste o sustitución). Estas características se añaden en cuanto al costo y dificultades incluso en el mantenimiento de rutina.

Como serán conscientes las personas familiarizadas con las disposiciones para el guiado de platos, si el plato debe ser guiado mediante el movimiento polar-ecuatorial del plato, existe un eje transversal (por lo general este-oeste) sobre el cual se hace girar al plato para variar su inclinación ecuatorial, y un eje norte-sur (polar) sobre el cual se hace girar al plato durante el día a fin de seguir al sol desde la salida del sol hasta el ocaso. Las estructuras normalmente utilizadas para el seguimiento ecuatorial están relativamente altas por encima del suelo, a fin de permitir la rotación del plato sobre el eje polar, y por tanto se deben construir para resistir las solicitaciones de fuertes vientos, y los mecanismos de actuación del plato deben ser también robustos.

El problema de las solicitaciones de viento elevadas no se encuentra limitado a los colectores solares a gran escala. Por ejemplo, tan atrás como en 1978, en la especificación de la solicitud de patente US Nº. 939,346 (actualmente patente US Nº 4,408,595), H.F. Broyles, M.L. White y N.F. Dipprey describían un colector solar a pequeña escala "para su uso en casas móviles e incluso para residentes individuales en el que se requiere un concentrador colector de energía solar de tamaño conveniente e incluso desplazable", que tenía una construcción a fin de reducir al mínimo la carga del viento. La reducción de la carga del viento que Broyles y otros contemplaban era: en primer lugar plegar recogiendo el reflector secundario de su colector contra la pluma de soporte; en segundo lugar, plegar la pluma hacia abajo hasta una posición horizontal; y en tercer lugar girar hacia abajo el reflector de espejo de su concentrador. En su forma final, "el perfil general del conjunto se reduce tremendamente". Por supuesto la solución de Broyles y otros se puede poner en práctica sólo cuando el colector solar no está en uso.

La construcción de superficies reflectoras de un plato de gran abertura es también un ejercicio caro. Esta superficie es algunas veces aproximada mediante una serie de espejos planos en suficiente número y de tal tamaño que se logre la relación de concentración necesaria. Tales espejos tienen que ser montados en la estructura de soporte del plato de una manera que permita que cada segmento de espejo concentre la radiación sobre el receptor (es decir, la estructura de soporte del plato a su vez debe ser de la forma correcta para lograr la concentración necesaria de energía solar). Excepto en el caso de los receptores de muy baja temperatura, el número de segmentos de espejo planos debe ser grande. De esta manera es más habitual construir el plato usando un número menor de espejos curvados. Cuando se emplean muchos segmentos de espejo planos o espejos curvados, se dedica una fracción significativa del coste del colector a la construcción de la superficie reflectante. De aquí que se haya realizado un considerable esfuerzo de desarrollo a la producción de superficies colectoras más efectivas en costo durante los últimos años.

Descripción de la presente invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un colector solar que posee un plato reflector de gran abertura, que es rotativo alrededor de dos ejes para seguir el sol (usando, por ejemplo, la disposición de seguimiento de altura-acimut o la disposición de seguimiento polar-ecuatorial), y que está equilibrado tanto en términos de masa como de carga por viento, preferiblemente sin uso de un contrapeso. Cuando se compara con un colector solar convencional de gran abertura de dimensiones de plato similares, un colector solar de este tipo resultará menos costoso en su construcción, requerirá menos potencia para accionar sus mecanismos de seguimiento e inherentemente será más estable.

: Este objetivo se logra por considerar la combinación de:

I): el plato.

II): su estructura de soporte, y

III): un receptor de energía solar (o un reflector secundario si se va a usar una disposición de Cassegrain) que está montado en el plato o en su estructura de soporte,

como una única entidad y diseñando esta combinación de tal manera que el centro de gravedad de la combinación esté a una corta distancia por encima del borde inferior del plato (cuando está apuntado al horizonte o ligeramente por encima del mismo), en comparación con la dimensión entre la parte la parte superior y el fondo del plato. Además, uno de los ejes de rotación del plato, que la presente invención ha denominado el eje de rotación transversal del plato, está dispuesto para pasar a través del centro de gravedad de esta combinación o muy cerca del mismo. El eje transversal es un eje horizontal de rotación en el caso de un plato que tenga una disposición de seguimiento altura-acimut. Si el plato tiene una disposición de seguimiento polar-ecuatorial, el eje transversal es generalmente un eje este-oeste (que es verdaderamente este-oeste y es horizontal a mediodía, cuando el sol está encima del meridiano que pasa por el plato) sobre el cual se hace girar al plato un ángulo pequeño que difiere para cada día. La construcción del colector garantiza también que el otro eje de rotación del plato (el cual es siempre ortogonal al eje transversal de rotación del plato, que es un eje vertical en el caso de un seguimiento altitud-acimut y que es el eje polar del plato en el caso de que el plato tenga un seguimiento mediante la técnica polar-ecuatorial) intersecte, o casi intersecte, el eje transversal de rotación, y la forma de la abertura del plato sea tal, cuando el plato va siguiendo al sol, que la carga del viento sobre el plato por debajo del eje transversal de rotación sea igual, o casi igual, a la carga de viento sobre el plato por encima del eje transversal de rotación.

De esta manera, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un colector de energía solar que comprende un plato reflectante que tiene una gran abertura y un eje de apuntamiento, estando montado dicho plato sobre una estructura de soporte de plato que está montada para girar sobre un primer eje que es transversal al plato y un segundo eje que es ortogonal a dicho primer eje; un reflector secundario o un receptor de energía solar montado en unos medios auxiliares de soporte fijados a dicho plato o a dicha estructura de soporte de plato, estando situado dicho reflector secundario o receptor en una zona en la cual, cuando dicho plato está en utilización y está recibiendo energía solar, se concentra la energía solar reflejada desde dicho plato; teniendo la combinación de dicho plato, dicha estructura de soporte de plato, dichos medios auxiliares de soporte y dicho reflector secundario o dicho receptor un centro de gravedad de la combinación caracterizado porque:

a): la distancia de dicho centro de gravedad de la combinación por encima del borde inferior de dicho plato es menor que la distancia entre el centro de gravedad y el punto más elevado de dicho plato;

b): dicho primer eje intersecta sustancialmente a dicho segundo eje; y

c): dicho centro de gravedad de la combinación está situado sustancialmente sobre dicho primer eje.

La superficie reflectante del plato está construida usando cierto número de elementos reflectantes que reflejan la energía solar incidente. La energía solar incidente se refleja a una zona que es escogida para estar "sobre el eje" (es decir, a una zona situada sobre el eje de apuntamiento del plato) o "fuera del eje" (es decir, a una zona situada sobre el eje de apuntamiento del plato). Con la última disposición, la zona de concentración del colector a la cual se dirige la radiación reflejada debería estar por debajo de la dirección en la cual apunta el plato, a fin de reducir al mínimo (y posiblemente evitar por completo) el bloqueo, por el receptor de energía solar o por el reflector secundario, de parte de la radiación solar que incide sobre el plato. Esta disposición ayuda también a mantener bajo el centro de gravedad de la combinación anteriormente mencionada y (si se monta en el plato o en la estructura de soporte del plato un receptor que incluye un absorbedor de energía solar) reduce al mínimo la longitud de las conexiones del fluido al receptor.

Si se utiliza un reflector secundario en el colector de la presente invención, el reflector secundario normalmente estará conformado de tal manera que concentre además la energía solar reflejada del plato principal del colector sobre otra zona (normalmente más pequeña) de energía solar concentrada, en la cual se sitúa un receptor de energía solar. Preferiblemente, la zona de energía solar concentrada (a la que habitualmente se denomina "zona focal") estará en la intersección o casi intersección de los dos ejes de rotación del plato o próxima a la misma.

Estas características y otras de la presente invención serán explicadas a continuación en la descripción siguiente de las realizaciones de la presente invención, que son sólo ejemplos de la invención. En la descripción siguiente, se hará referencia a los dibujos anexos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un alzado lateral parcialmente esquemático de un colector de energía solar que ha sido construido de acuerdo con la presente invención, con el plato del colector solar concentrando energía solar en un receptor de energía solar.

La Figura 2 es un alzado lateral parcialmente esquemático de un colector de energía solar que ha sido también construido de acuerdo con la presente invención, que concentra la energía solar reflejada procedente de su plato en un reflector secundario.

La Figura 3 es un esquema en perspectiva del colector de energía solar que se ilustra en la Figura 2.

Las Figs. 4(a), 4(b) y 4(c) muestran formas de abertura del plato que el presente inventor ha utilizado en el desarrollo de la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama simple que ilustra una característica de la presente invención, cuando el plato tiene una disposición de altura-acimut para el seguimiento del sol.

La Figura 6 es un croquis en perspectiva esquemática de un colector solar con una disposición polar-ecuatorial convencional para el seguimiento del sol.

La Figura 7 es una vista en planta de una disposición óptica de Cassegrain para la concentración de la energía solar.

La Figura 8 muestra las vistas en alzado lateral y frontal esquemático de un plato colector y de un reflector, siendo la abertura del plato triangular y estando el plato colocado para concentrar la energía solar reflejada en una zona situada en el eje de apuntamiento del plato.

La Figura 9 consiste en vistas esquemáticas similares a las de la Figura 8, pero con la zona de concentración de energía separada del eje de apuntamiento del plato.

Descripción detallada de las realizaciones ilustradas

El colector solar mostrado en la Figura 1 tiene un plato reflector 1 montado en una estructura de soporte 2 de plato. En el colector de la Figura 1, el plato 1 comprende una pluralidad de reflectores 13 como espejos triangulares, cada uno fijado a la estructura de soporte 2. Sin embargo, el plato 1 puede ser construido de cualquier otra manera adecuada. La estructura de soporte 2 del plato se sitúa preferentemente en una disposición de puntales rígidos 3, ensamblados como una pluralidad de conjuntos de puntales tetraédricos, tal como se describe en la anteriormente mencionada Publicación WIPO Nº. WO 94/11918.

El plato 1 y la estructura de soporte 2 a él asociada se monta sobre una estructura de base 11 que gira sobre un eje vertical 7. La disposición de montaje de la estructura de soporte 2 asegura que el plato puede girar sobre un eje transversal (horizontal) que pasa a través del punto 6 o cerca del mismo. Así, el colector de la Figura 1 está diseñado para seguir al sol usando la disposición de seguimiento de altura-acimut. A lo largo de los últimos 40 años se ha desarrollado cierto número de mecanismos de actuación para hacer girar a un gran plato sobre un eje designado, y para hacer girar la estructura de base de un armazón de antena sobre un eje vertical. Típicamente, el movimiento de la estructura de base se consigue mediante un mecanismo de actuación que acciona la estructura de base (que está provista de ruedas que corren según una vía circular sobre una losa de hormigón sobre el suelo) de forma que gire alrededor del eje vertical. Sin embargo, se puede utilizar cualquier mecanismo de actuación adecuado para hacer que el plato del colector de la Figura 1 siga al sol. Los mecanismos de rotación preferidos son los descritos en la Publicación WIPO Nº. WO 94/11918.

Un receptor de energía solar 14 está posicionado en la zona en la cual se concentra la energía reflejada por el plato 1. El receptor se monta en esta posición por medios auxiliares de soporte en forma de un mástil de soporte 16 y vientos 15. El mástil de soporte 16 tiene su extremo que está alejado del receptor 14 conectado bien al plato 1 o bien a la estructura de soporte 2 del plato. El receptor 14 puede ser "sobre el eje", en cuyo caso el eje de apuntamiento del plato estará alineado con el mástil de soporte 16. Si el receptor 14 está montado "fuera del eje", el plato 1 tendría típicamente el eje de apuntamiento 20.

Los ingenieros de construcción apreciarán que es una tarea relativamente sencilla diseñar un plato 1, su estructura de soporte 2, el receptor 14 y su soporte auxiliar (mástil 16 y vientos 15) de forma que el centro de gravedad de esta combinación esté en el punto 6 de la Figura 1 o cerca del mismo.

Un diseño de este tipo para esta combinación (i) tiene claramente el centro de gravedad a una corta distancia por encima del borde inferior del plato, si se compara con las dimensiones lineales (es decir, la dimensión desde la parte superior al fondo) del plato y (ii) sería realizable sin necesidad de acudir al uso de un contrapeso.

Las Figuras 2 y 3 representan otro colector solar, con seguimiento de altura-acimut, que se ha construido según la presente invención. El colector mostrado en las Figuras 2 y 3 tiene cierto número de características que son similares a las del colector de la Figura 1, es decir el plato 1, construido usando cierto número de elementos reflectores triangulares 13, la estructura de soporte 2 del plato (construida preferentemente usando puntales rígidos 3 en forma de una pluralidad de conjuntos de puntales tetraédricos), la estructura de base 11, el eje vertical de rotación 7, y el eje horizontal de rotación 18, a través del punto 6. Sin embargo, en lugar de tener un receptor solar en la zona en la cual el plato 1 refleja la energía solar incidente, el colector ilustrado en las Figuras 2 y 3 tiene un reflector secundario 8 posicionado en esta zona. Si el reflector secundario 8 está "sobre el eje", el plato 1 tendrá el eje de apuntamiento 19. Sin embargo, si el reflector secundario está "fuera del eje", el plato tendría típicamente el eje de apuntamiento 20. (En la Figura 2 se pueden ver mostrados los dos ejes de apuntamiento alternativos, 19 y 20, porque esta figura es un dibujo esquemático del colector solar).

El reflector secundario 8 está montado en una estructura de soporte auxiliar 12 que también está construida preferiblemente usando una pluralidad de conjuntos tetraédricos de puntales. La estructura de soporte auxiliar 12 está conectada rígidamente a la región inferior de la estructura de soporte 2 del plato. El centro de gravedad de la combinación del plato, su estructura de soporte, el reflector secundario 8 y su estructura de soporte auxiliar 12, está también diseñado para estar situado en el eje de rotación horizontal 18 del plato 1 o próximo al mismo.

En cada uno de los colectores solares ilustrados en las Figuras 1 a 3, el eje vertical de rotación 7 intersecta (o casi intersecta) al eje transversal (horizontal) de rotación 18. Esto es particularmente ventajoso en el caso del colector mostrado en las Figuras 2 y 3 si el reflector secundario se posiciona y conforma para concentrar la energía solar que refleja a una zona focal que está en el punto de intersección (o de casi intersección) de los ejes 18 y 7 o sustancialmente en el mismo. Si se monta un receptor de energía solar en este punto de intersección, y se dispone una abertura en el plato 1 (omitiendo uno o más de los elementos reflectantes 13) de forma que la energía solar que haya sido vuelta a reflejar por el reflector secundario 8 no sea interceptada por el plato 1, la energía solar que ha sido concentrada por el plato 1 y el reflector secundario 8 incidirá siempre sobre el receptor de energía solar. De esta forma, un receptor de energía solar fijo montado en el punto de intersección de los ejes recibirá siempre la energía solar "recogida".

Un receptor de energía solar fijo es particularmente ventajoso. El control de flujo de cualquier fluido absorbente suministrado al receptor (por ejemplo, usando un tubo helicoidal 18 mostrado en la Figura 2) y el aislamiento de los conductos para el transporte del fluido es mucho más fácil que cuando el plato colector se desplaza. Además, el acceso al receptor mientras se usa el plato no es un problema.

Preferiblemente, el reflector secundario 8 está montado en la estructura de soporte 12 de forma que pueda pivotar para dirigir la energía solar que recibe a un intervalo de zonas de concentración. Esta característica, con un mecanismo de accionamiento apropiado para el reflector secundario, proporciona una disposición de seguridad en el caso del colector de las Figuras 2 y 3, puesto que la energía solar concentrada se puede dirigir lejos del receptor fijo si fuera necesario dar servicio al receptor, o en el caso de sobrecalentamiento en el receptor. Será habitualmente más sencillo variar el ajuste del reflector secundario que interrumpir el seguimiento del plato.

El control del ajuste del reflector secundario 8 es también una característica que permitirá que una formación de dos o más colectores solares, cada uno de los cuales de construcción similar a los de las Figuras 2 y 3, dirija su energía solar incidente a un único receptor de energía solar fijo, que está separado de la formación de colectores solares.

Los colectores ilustrados en las Figuras 1, 2 y 3 tienen platos con una abertura esencialmente triangular. Las Figuras 4(a), 4(b) y 4(c) ilustran otras tres formas de abertura para el plato 1 que asegurarán que las exigencias de la presente invención (que el centro de gravedad de la "combinación" definida anteriormente esté a una distancia corta, en comparación con las dimensiones lineales del plato, por encima del borde inferior del plato) se pueden satisfacer fácilmente, preferiblemente sin necesidad del uso de contrapesos. El bajo centro de gravedad, y por tanto el bajo eje transversal (horizontal) de rotación del plato, logrado con estas formas de abertura, asegura también que el sistema colector tendrá un perfil bajo cuando el plato esté "aparcado" o en posición "de supervivencia" con el plato apuntando verticalmente hacia arriba (de esta forma se alivian las fuerzas experimentadas en caso de vientos fuertes, y esto a su vez reduce las exigencias en cuanto a resistencia y por tanto el coste de la estructura de base de soporte del colector). El centro de gravedad 60 de la "combinación" y el eje de rotación horizontal del plato, 18, se muestran cada uno en las figuras 4(a), 4(b) y 4(c).

Como se observó previamente en esta especificación, las formas de abertura de las Figuras 4(a) 4(b) y 4(c) han sido usadas por la presente invención en el trabajo de desarrollo que culminó en esta invención. Las formas de abertura de las Figuras 4(a) y 4(b) no presentan carga de viento equilibrada respecto al eje transversal de rotación 18 (aunque el plato de la Fig. 4(a) tiene un perfil bastante bajo, lo cual constituye una característica de la abertura mostrada en la Fig. 4(c). Así, la Figura 4(c) ilustra una forma de abertura de plato que se puede usar en la presente invención. Se hace notar que se pueden usar formas de abertura diferentes de la forma mostrada en la Fig. 4(c) en realizaciones de la presente invención.

En algunas ocasiones se prefiere el seguimiento ecuatorial de un colector solar. La Figura 6 muestra, esquemáticamente, un colector solar de gran abertura construido de acuerdo con la presente invención, dispuesto de la manera convencional para el plato a ser accionado para apuntar al sol desde la salida del sol hasta el ocaso, usando una disposición de seguimiento polar-ecuatorial. El plato 61 está montado sobre una estructura de soporte 62, la cual lleva también un soporte auxiliar 63 y un receptor de energía solar 64. La combinación del plato 61, su estructura de soporte 62, el soporte auxiliar 63 y el receptor 64 se monta entre torres de soporte 68. Las torres de soporte están en el meridiano que pasa a través del colector, y de esta manera aseguran que se hace girar al plato 61 sobre su eje norte-sur (polar) 67. Las torres 68 y las estructuras que se extienden desde el mismo en las cuales se monta la estructura de soporte 62 constituyen la estructura de base del colector de energía solar.

Cada día, después del ocaso o antes de la salida del sol, se hace cambiar el eje de apuntamiento 65 del plato 61 girando ligeramente sobre un eje transversal 66, a fin de asegurarse de que el plato continúa apuntando al sol cuando es girado de nuevo sobre el eje norte-sur 67 otra vez. Tal como se muestra en la Figura 6, a mediodía, cuando el sol está directamente sobre el meridiano que pasa por el plato, el eje transversal 66 es horizontal y está alineado en dirección este-oeste. El eje 66 es siempre ortogonal al eje norte-sur 67. El ángulo a través del cual se tiene que hacer girar el plato 61 sobre su eje transversal 66 en el curso del año depende del día del año.

Se observará que, si un plato de gran abertura sigue al sol usando el método de seguimiento altura-acimut o polar ecuatorial, el eje transversal de rotación del plato del colector solar estará relativamente próximo al borde inferior del plato cuando se está utilizando el plato. Esta característica reduce las fuerzas experimentadas por el plato en caso de vientos fuertes cuando el plato se encuentra "aparcado" y de cara verticalmente hacia arriba (por rotación sobre el eje horizontal en el caso de un plato con seguimiento de altura acimut; por retracción -esto es, cambiando la altura de una de las columnas de soporte, o de las dos, en las que se monta la estructura de soporte del plato para establecer el eje polar requerido en el caso de un plato con seguimiento polar-ecuatorial). Es también preferible construir el colector solar de forma que el eje transversal de rotación del plato esté tan bajo como se pueda, para reducir adicionalmente las fuerzas experimentadas en caso de fuertes vientos.

La Figura 5 muestra, de forma sencilla, esquemática, como el plato de la Figura 1, y el plato ilustrado en las Figuras 2 y 3, cuando se les da seguimiento por actuación con los ejes de rotación horizontal y vertical que se intersectan, girará siempre alrededor de un punto fijo P.

La Figura 7 muestra como un plato 70 reflejará la radiación solar 72 sobre una zona concentrada en la cual se posiciona un reflector secundario 71, y que la nueva reflexión de la energía solar concentrada se puede enfocar por el reflector secundario 71 a un único punto P, el cual (a) está en el eje de apuntamiento 73 del plato, y (b) está en el centro de movimiento del plato.

La Figura 8 muestra la disposición ilustrada en la Figura 7 cuando la abertura del plato 70 es esencialmente de forma triangular - como en las Figuras 2 y 3 - y el plato concentra la energía solar en una zona que está en el eje de apuntamiento 73 del plato. La Figura 9 muestra una construcción de colector similar a la ilustrada en la Figura 8, pero con el plato 70 construido de tal manera que concentra la energía solar reflejada en una zona de concentración que está fuera del eje de apuntamiento 73 del plato.

Se apreciará que la presente invención producirá un colector solar que es efectivo en la concentración de la energía solar, y que se puede construir más económicamente que un colector solar convencional que tiene un plato de tamaño de abertura comparable, porque el colector es de baja exposición, equilibrado en términos de masa y de carga del viento, y experimenta inherentemente menos tensiones por viento cuando el plato está "aparcado". También existen beneficios en cuanto al acceso al plato para su mantenimiento y (cuando se utiliza la disposición de Cassegrain con un reflector secundario) la capacidad para usar un receptor solar fijo en una región en la cual el eje transversal de rotación del plato intersecta (o casi intersecta) al eje ortogonal del plato.

También se apreciará que aunque se han ilustrado realizaciones específicas de la presente invención en los dibujos que se acompañan y se han descrito anteriormente, esas realizaciones son sólo ilustrativas. Se pueden hacer variaciones y modificaciones de esas realizaciones sin apartarse del concepto de la presente invención.

Claims

1. Un colector de energía solar que comprende un plato reflectante (1, 61, 70) que tiene una gran abertura y un eje de apuntamiento (19, 20, 65, 73), estando montado dicho plato sobre una estructura de soporte (2) de plato, estando montada dicha estructura de soporte de plato para girar sobre un primer eje (6, 18, 66) que es transversal al plato y un segundo eje (7, 67) que es ortogonal a dicho primer eje; un reflector secundario (8, 71) o un receptor de energía solar (14, 64) está montado en unos medios auxiliares de soporte (16, 12,63) fijados a dicho plato o a dicha estructura de soporte de plato, estando situado dicho reflector secundario o receptor en una zona en la cual, cuando dicho plato está en utilización y está recibiendo energía solar, se concentra la energía solar reflejada desde dicho plato; teniendo la combinación de dicho plato, dicha estructura de soporte de plato, dichos medios auxiliares de soporte y dicho reflector secundario o dicho receptor un centro de gravedad de la combinación; caracterizado porque:

(a): la distancia de dicho centro de gravedad de la combinación por encima del borde inferior de dicho plato es menor que la distancia entre el centro de gravedad y el punto más elevado de dicho plato;

(b): dicho primer eje intersecta sustancialmente a dicho segundo eje; y

(c): dicho centro de gravedad de la combinación está situado sustancialmente sobre dicho primer eje.

2. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 1, en el cual dicho receptor (14, 64) o dicho reflector secundario (8, 71) está posicionado a distancia de dicho eje de apuntamiento (19, 20, 65, 73) de dicho plato.

3. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 1, en el cual dicho plato, cuando está en utilización y recibiendo energía solar, refleja energía solar hacia al menos dos zonas de concentración separadas.

4. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 1, en la reivindicación 2 o en la reivindicación 3, en el cual dicho primer eje es horizontal y dicho segundo eje es vertical, y dicho colector incluye medios para activar dicho plato a fin de proporcionar seguimiento del sol en altura-acimut por dicho plato.

5. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 4, en el cual dicha estructura de soporte del plato está montada en una estructura de base (11) giratoria sobre un eje vertical de rotación.

6. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 5, en el cual dicho primer eje está próximo a la superficie sobre la cual está montada dicha estructura de base.

7. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 1, en la reivindicación 2 o en la reivindicación 3, en el cual dicho segundo eje (67) es un eje norte-sur y dicho colector incluye medios para activar dicho plato a fin de proporcionar seguimiento polar-ecuatorial del sol por dicho plato.

8. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 1, en el cual se sitúa un reflector secundario en dicha zona de concentración y la radiación reflejada por dicho reflector secundario se concentra en un receptor remoto de energía solar.

9. Un colector de energía solar como el definido en la reivindicación 8, en el cual dicho receptor remoto de energía solar está posicionado en el punto de intersección, o sustancialmente en el punto de intersección, de dichos primer y segundo ejes.

10. Un colector de energía solar como el definido en cualquier reivindicación precedente, en el cual dicha estructura de soporte de plato se ha construido utilizando una pluralidad de conjuntos de puntales, comprendiendo cada conjunto de puntales seis puntales rígidos ensamblados en una formación tetraédrica.