ES2306356T3 - Captador solar de concentracion. - Google Patents
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Abstract
Captador solar de concentración que comprende una cubierta (1) transparente a los rayos solares, un reflector de sección cilindroparabólica (2), definiendo dicha cubierta (1) y dicho reflector (2) un volumen (7), y un elemento caloportador (3) caracterizado porque comprende además un transformador (5) que permite disminuir las pérdidas de energía por emisividad, estando dicho transformador (5) recubierto por una sustancia de fuerte emisión térmica, porque dicho transformador (5) absorbe una parte de la radiación solar y reemite calor en dicho volumen (7), y porque dicho transformador (5) no está en contacto con dicho elemento caloportador (3).
Description
Captador solar de concentración.
La presente invención se refiere a un captador
solar de concentración.
El principio general de funcionamiento de un
captador solar es captar la radiación solar para transformarla en
calor o en electricidad.
Existen principalmente dos tipos de captadores,
los que son "planos" y los "de concentración". Los
captadores planos transforman la radiación solar en calor sobre la
totalidad de la superficie del captador sin concentrarla, mientras
que los captadores de concentración concentran la radiación solar al
nivel del foco mediante un reflector o mediante medios ópticos que
actúan mediante un efecto de lupa.
Entre los captadores solares de concentración,
se distinguen, por una parte, los captadores que usan un reflector
en forma de parábola de revolución. Estos captadores concentran los
rayos solares al nivel del foco de la parábola sobre un motor
Stirling, motor en el que el calor se transforma en movimiento, un
movimiento que su vez se transforma en electricidad mediante un
alternador.
Por otra parte, se distinguen los captadores que
usan un reflector cilindro-parabólico que concentran
los rayos solares sobre un convertidor que permite transformar los
rayos solares en calor. El convertidor comprende generalmente un
tubo en el que circula un fluido caloportador. Este fluido va a
permitir almacenar el calor acumulado en un depósito de
almacenamiento o restituirlo mediante un intercambiador de
calor.
El convertidor debe presentar no sólo una
absorción elevada de todo el espectro de la radiación solar, sino
también presentar una emisividad, es decir una reemisión de calor,
reducida. Además, en los captadores solares de concentración, la
superficie del convertidor es generalmente inferior a la de la
abertura del captador.
Dichos captadores solares de concentración son
muy conocidos. Los convertidores empleados presentan o bien una
sección rectangular o bien una sección circular, los reflectores
pueden, por su parte, ser semicilíndricos o cicloparabólicos.
Los documentos EP 0 033 054, US 3 321 012 y US 4
024 852 describen captadores solares cuyo convertidor presenta una
sección rectangular. Tal como se describe en el documento EP 0 033
054, el reflector puede tener la forma de una curva continua
compuesta por lo menos por 5 arcos de círculos que se conectan
tangencialmente entre sí, pero también puede tener una forma
semicilíndrica, tal como se describe en el documento US 3 321 012,
o incluso ser de forma cicloparabólica tal como se describe en el
documento US 4 024 852.
Los documentos US 4 059 094, AT 402 114 y AT 344
375 describen captadores solares cuyo convertidor presenta una
sección circular. Tal como se describe en los documentos AT 402 114
y AT 344 375, el reflector puede tener una forma semicilíndrica, o
incluso una forma cicloparabólica tal como se describe en el
documento US 4 059094.
Se han propuesto diferentes soluciones con el
fin de mejorar la eficacia de los captadores solares de
concentración. Algunas de estas soluciones se basan en el empleo de
diferentes materiales para la fabricación de los elementos
cons-
titutivos de un captador y esto con el fin de aumentar el rendimiento de la transferencia de la energía solar en calor.
titutivos de un captador y esto con el fin de aumentar el rendimiento de la transferencia de la energía solar en calor.
Otras soluciones, tal como se describió en los
documentos AT 344 375 y AT 402 114, proponen maximizar la cantidad
de radiación solar recibida por el captador empleando un
"absorbedor", un elemento auxiliar que forma parte integrante
del convertidor. Este absorbedor capta una parte de la radiación
solar indirecta y transfiere el calor suplementario, así absorbido,
al fluido caloportador.
No obstante, estas soluciones facilitan un
rendimiento energético todavía demasiado bajo y presentan el
inconveniente de no limitar las pérdidas térmicas generadas por un
fenómeno de reemisión de calor especialmente al nivel del
convertidor.
La presente invención tiene como objetivo
proporcionar un captador solar de concentración que no presente los
inconvenientes del estado de la técnica.
Tiene en particular como objetivo proporcionar
un captador solar de concentración que presenta una eficacia
mejorada. Tiene además como objetivo proporcionar un captador solar
que puede usarse en forma de paneles solares, y que puede, además,
usarse para la producción de electricidad, de calefacción, de
climatización o para la desalación
del agua.
del agua.
Las expresiones "captador", "célula",
"colector" se usan indiferentemente en el resto de la
exposición de la invención.
La presente invención describe un captador solar
de concentración que comprende una cubierta transparente a los
rayos solares, un reflector de sección cilindroparabólica, un
elemento caloportador y un transformador que permite disminuir las
pérdidas de energía mediante emisividad, no estando dicho
transformador en contacto con dicho elemento caloportador.
Según formas particulares de realización, la
invención comprende una o varias de las siguientes
características:
- -
- el elemento caloportador está dispuesto en el interior de un tubo al vacío.
- -
- el transformador está fijado a la cubierta y/o al reflector y/o al tubo al vacío.
- -
- el transformador es una lámina situada en el plano de simetría de la sección del reflector.
- -
- el transformador es una lámina de carbono o de sílice o una lámina metálica.
- -
- el transformador comprende laminillas.
- -
- el transformador está recubierto por una sustancia de fuerte emisión térmica.
- -
- la cubierta del captador está realizada en material sintético transparente o de vidrio solar.
- -
- el volumen es un volumen lleno de un gas o de un líquido.
- -
- el captador comprende además una abertura que permite llenar o evacuar el gas o líquido del volumen.
- -
- el elemento caloportador tiene una sección rectangular, una sección circular, una sección oval o a una forma cuadrada.
- -
- el elemento caloportador es un tubo metálico o un tubo de material plástico.
- -
- la superficie del elemento caloportador está recubierta parcial o totalmente por una sustancia con fuerte absorción del espectro solar y a baja emisión térmica.
- -
- el elemento caloportador presenta las características de un tubo térmico.
- -
- el elemento caloportador está situado en el foco del captador solar.
- -
- el elemento caloportador contiene un líquido o un gas caloportador.
- -
- el captador comprende además un aislante térmico.
- -
- el aislante térmico se selecciona de entre una espuma de poliuretano, una espuma de poliestireno, fibra de roca y fibra de vidrio.
- -
- el captador comprende además por lo menos un medio de persecución del sol.
La presente invención da a conocer por otro lado
el uso del captador solar en forma de paneles solares.
La presente invención da a conocer asimismo el
uso del captador solar para la producción de electricidad o de
calefacción o de climatización o para la desalación del agua.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 representa esquemáticamente una
forma de realización particular del captador solar según la
invención.
La figura 2 representa esquemáticamente una
forma de realización particular del transformador.
La figura 3 representa esquemáticamente una
pluralidad de captadores solares según la invención que forman un
panel solar.
En el captador solar de concentración según la
invención, la radiación solar se concentra sobre un elemento
caloportador 3 por medio de un reflector longitudinal de sección
cilindroparabólica 2.
La radiación solar recibida por el elemento
caloportador 3 se absorbe, no obstante una parte de esta energía
absorbida se reemite en el volumen 7. Esta energía reemitida puede
atravesar la cubierta 1, entonces se perderá definitivamente, o
absorberse mediante la cubierta 1 por del captador solar.
La originalidad de la presente invención se basa
en el empleo de un transformador 5 que permite usar una parte de la
radiación solar, preferentemente la radiación solar indirecta, para
disminuir las pérdidas de energía por emisividad y para limitar la
cantidad de energía radiante.
Por "energía radiante" se entiende la
energía emitida durante el fenómeno natural denominado emisividad
térmica, un fenómeno durante el cual toda la materia alcanzada por
la radiación solar emite una radiación infrarroja al resfriarse.
Por tanto, la energía radiante comprende la energía reemitida por
los elementos que componen el colector solar, en particular por el
elemento caloportador.
El captador solar según la invención comprende
una cubierta 1, un reflector con sección cilindroparabólica 2, un
elemento caloportador 3 así como un transformador 5.
Según una forma particular de realización de la
invención, el conjunto reflector 2 y elemento caloportador 3 se
apoya, o está incluido, en una capa de un aislante térmico 6 que se
apoya en una cuna 8, o bastidor, sobre el que se apoya la cubierta
1 (figura 1). Dicha cuna 8 es preferentemente de forma cuadrada o
rectángulo.
Preferentemente, la cubierta 1 está realizada en
un material transparente a los rayos solares que presenta una baja
tasa de reflexión y una transmisión elevada. Ventajosamente, el
material es un material sintético transparente o un vidrio
solar.
Por "vidrio solar" se entiende un vidrio
que presenta un bajo contenido en hierro y cuya superficie se trata
de manera que se reducen los efectos de reflexión. El tratamiento de
superficie puede obtenerse mediante la aplicación de una capa o de
una película de Teflón.
Ventajosamente, la superficie interior de la
cubierta 1 puede recubrirse de una sustancia que refleje los rayos
infrarrojos.
El reflector 2 es de sección cilindroparabólica
y de forma longitudinal. Permite obtener la concentración de la
radiación solar sobre el elemento caloportador 3 que está situado a
nivel del foco de la parábola.
El reflector 2 presenta una superficie altamente
reflectante. Preferentemente, presenta el aspecto de un espejo. Con
ese fin, el reflector 2 puede fabricarse de un material rígido, por
ejemplo vidrio, sobre el que se aplica una capa de una sustancia
reflectante.
Preferentemente, el reflector 2 es de
aluminio.
El elemento caloportador 3 en el que circula un
fluido caloportador es preferentemente de sección rectangular, de
sección circular, de sección oval o de forma cuadrada. Puede
tratarse de un tubo de metal o de material plástico que resiste a
las temperaturas de funcionamiento del captador solar.
Preferentemente, dicho elemento caloportador es de cobre o de
aluminio.
Preferentemente, la superficie del elemento
caloportador 3 está recubierta, total o parcialmente, por una capa
de un material de fuerte absorción del espectro solar y de baja
emisión térmica. No obstante, en el caso de un recubrimiento
parcial de dicho elemento caloportador 3, la sustancia de fuerte
absorción del espectro solar y de baja emisión térmica deberá
recubrir la superficie de dicho elemento 3 que se orienta hacia la
abertura de la parábola.
El elemento caloportador 3 contiene un gas o un
líquido caloportador. El gas caloportador puede ser aire. El fluido
caloportador puede ser agua, con o sin aditivo, o para temperaturas
de funcionamiento superiores a 200ºC, dicho fluido puede ser un
aceite estable, que no se desagrega, a altas temperaturas.
Ventajosamente el elemento caloportador 3
presenta las características de un tubo térmico, también denominado
"heatpipe".
Un tubo térmico es un tubo hueco que contiene un
fluido caloportador en vacío que se selecciona en función de su
temperatura de condensación/vaporización. El tubo térmico permite
uniformizar el calor y desplazar lo más rápidamente posible
mediante un fenómeno de cambio de fase. La energía solar concentrada
por el reflector en el interior del convertidor permitirá la
vaporización del fluido caloportador. Esta energía se restituirá
luego al nivel de una zona más fría, en un intercambiador de calor
por ejemplo, mediante la condensación del fluido caloportador.
Preferentemente, el elemento caloportador 3 está
dispuesto en el interior de un tubo al vacío 4. Dicho tubo 4
permite limitar las pérdidas de energía del elemento caloportador
3.
Ventajosamente, dicho tubo al vacío 4 está
realizado en un material transparente, preferentemente se trata de
vidrio solar o de vidrio de borosilicato. Dicho tubo 4 puede estar
recubierto por una capa de una sustancia que tiene propiedades
antirreflexión.
El aislamiento térmico del captador solar según
la invención se garantiza por una parte por la presencia de la
cubierta 1, y por otra parte, por un aislante térmico 6.
Preferentemente, el aislante 6 es espuma de
poliuretano o de poliestireno, fibra de roca o fibra de vidrio.
El transformador 5 permite disminuir las
pérdidas de calor debidas a la emisividad del elemento caloportador
3 y participa así al aislamiento del captador solar creando una
barrera térmica contra las reemisiones infrarrojas del elemento
caloportador 3. Al captar una parte de la radiación solar, el
transformador 5 se calienta y reemite energía radiante que se
transfiere al volumen 7.
El transformador 5 no está en contacto con el
elemento caloportador 3, ni de forma directa, ni de forma indirecta.
No hay contacto sólido-sólido entre dicho
transformador 5 y dicho elemento caloportador 3. En la forma de
realización en la que el elemento caloportador 3 está dispuesto en
el interior de un tubo al vacío 4, el transformador 5 puede estar
en contacto con dicho tubo 4 a la condición de que no esté en
contacto con el elemento caloportador 3.
El transformador 5 está fijado a la cubierta 1,
y/o al reflector 2, y/o al tubo al vacío 4. Dicho transformador 5
está situado en el plano de simetría de la sección del reflector,
sobre toda la longitud del captador solar. Más precisamente, si el
elemento caloportador 3, que se encuentra al foco del reflector
cilindroparabólico 2, está situado en la parte inferior de la
parábola, tal como se representa en la figura 1, dicho transformador
5 se dispondrá debajo de la placa de cubierta 1, mientras que si el
elemento caloportador 3 está situado debajo de la cubierta 1, dicho
transformador 5 se dispondrá entre el elemento caloportador 3 y la
parte inferior de la parábola. Para todas las situaciones
intermedias, es decir para todas las posiciones que puede adoptar
el elemento caloportador 3 a lo largo del plano de simetría de la
sección del reflector 2, el transformador 5 puede tomar la forma de
dos elementos distintos que están dispuestos a cada lado del
elemento caloportador 3, uno hacia la cubierta, el otro hacia la
parte inferior de la parábola.
El transformador 5 es un buen conductor de
calor, preferentemente se trata de una lámina de carbono o de
sílice, o bien puede tratarse de una lámina, o una placa, de metal
o de aleación metálica. Dicho metal puede ser por ejemplo cobre,
aluminio, plata, oro, tungsteno, latón, estaño, o aleaciones de uno
o varios de los metales citados anteriormente.
En una forma de realización preferida de la
invención, el transformador 5 está realizado en cualquier material
que está recubierto por una sustancia con fuerte emisión térmica.
Dicha sustancia puede ser asimismo de fuerte absorción del espectro
solar y de fuerte emisión térmica. Puede ser cualquier sustancia de
aspecto negruzco, preferentemente de naturaleza metálica. Puede ser
carbono en todas sus formas, hollín o grafito por ejemplo, o
sílice. Puede ser un metal tal como el cobre, el aluminio, el
aluminio anodizado, la plata, el oro, el tungsteno, el latón, el
estaño o aleaciones de uno o varios de los metales citados
anteriormente.
Preferentemente, el transformador 5 tiene una
forma rectangular.
Ventajosamente, el transformador 5 puede
comprender además laminillas que pueden estar conectadas entre sí
(figura 2). Esta forma particular de realización del elemento 5
permite una mejor difusión y reparto de la radiación emitida por el
transformador 5 en el volumen 7. Esto permite atenuar las
turbulencias eventualmente presentes en el volumen 7.
El volumen 7 corresponde al espacio existente
entre el reflector y la cubierta del captador. Dicho volumen 7
contiene un gas, o un fluido, que puede absorber la radiación
infrarroja.
Preferentemente, el gas que rellena dicho
volumen 7 es dióxido de carbono o aire enriquecido en dióxido de
carbono o enriquecido con vapor de agua. Puede ser incluso uno o
varios CFC, metano o hexafluoruro de sufre.
La presión del gas del volumen 7 puede ser
inferior, igual o superior a la presión atmosférica. Con estos
fines, el captador solar puede comprender además una abertura que
permite llenar o evacuar el fluido del volumen 7.
Preferentemente, la cuna 8, sobre la que se
apoya el conjunto cubierta 1, reflector 2, elemento caloportador 3,
está realizada en metal, por ejemplo de aluminio, o de madera, o de
material compuesto, o incluso de una combinación de estos
materiales.
El captador solar según la invención comprende
ventajosamente por lo menos un medio de persecución del sol. Dicho
medio permite seguir el trayecto del sol y ajustar la posición del
captador en todas las direcciones con el fin de obtener una
exposición solar óptima, es decir con el fin de permitir al colector
adoptar una posición ideal con respecto al sol para captar el
máximo de energía. Eso se consigue gracias a medios mecánicos o
hidráulicos.
Preferentemente el captador solar según la
invención se usa en forma de paneles solares (figura 3).
Preferentemente el captador solar según la
invención se usa para la producción de electricidad, de calefacción,
de climatización o para la desalación del agua.
Claims (20)
1. Captador solar de concentración que comprende
una cubierta (1) transparente a los rayos solares, un reflector de
sección cilindroparabólica (2), definiendo dicha cubierta (1) y
dicho reflector (2) un volumen (7), y un elemento caloportador (3)
caracterizado porque comprende además un transformador (5)
que permite disminuir las pérdidas de energía por emisividad,
estando dicho transformador (5) recubierto por una sustancia de
fuerte emisión térmica, porque dicho transformador (5) absorbe una
parte de la radiación solar y reemite calor en dicho volumen (7), y
porque dicho transformador (5) no está en contacto con dicho
elemento caloportador (3).
2. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) está
dispuesto en el interior de un tubo al vacío (4) transparente.
3. Captador solar de concentración según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
transformador (5) está fijado a la cubierta (1) y/o al reflector
(2) y/o al tubo al vacío (4).
4. Captador solar de concentración según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
transformador (5) es una lámina situada en el plano de simetría de
la sección del reflector (2).
5. Captador solar de concentración según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
transformador (5) es una lámina de carbono o de sílice o una lámina
metálica.
6. Captador solar de concentración según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
transformador (5) comprende unas laminillas (9).
7. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que la cubierta (1) del captador está
realizada en material sintético transparente o en vidrio solar.
8. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el volumen (7) es un volumen lleno de
un gas o de un líquido.
9. Captador solar de concentración según la
reivindicación 8, en el que dicho captador comprende además una
abertura que permite llenar o evacuar el gas o el líquido del
volumen (7).
10. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) presenta
una sección rectangular, una sección circular, una sección oval o
una forma cuadrada.
11. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) es un tubo
metálico o un tubo de material plástico.
12. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que la superficie del elemento caloportador
(3) está recubierta parcial o totalmente por una sustancia de fuerte
absorción del espectro solar y de baja emisión térmica.
13. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) presenta
las características de un tubo térmico.
14. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) está
situado en el foco del captador solar.
15. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que el elemento caloportador (3) contiene
un líquido o un gas caloportador.
16. Captador solar de concentración según la
reivindicación 1, en el que dicho captador que comprende además un
aislante térmico (6).
17. Captador solar de concentración según la
reivindicación 16, en el que el aislante (6) se selecciona de entre
una espuma de poliuretano, una espuma de poliestireno, fibra de roca
y fibra de vidrio.
18. Captador solar de concentración según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
captador comprende además por lo menos un medio de persecución del
sol.
19. Uso del captador solar según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores en forma de paneles solares.
20. Uso del captador solar según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores para la producción de electricidad
o de calefacción o de climatización o para la desalación del
agua.
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