ES2326353B1 - Dispositivo concentrador-captador de energia solar. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo
concentrador-captador de energía solar.
Comprende un
reflector-concentrador estacionario (1) con unos
módulos reflectores-concentradores (5) unidos a una
estructura estacionaria (21) formando una matriz. Cada módulo
reflector-concentrador (5) comprende un armazón (6)
y al menos una porción de superficie reflectante (8) configurada
para reflejar rayos solares y concentrarlos en un foco lineal. La
estructura estacionaria (21) está formada por los armazones (6)
fijados a unos perfiles de soporte (13a, 13b, 13c). Un receptor
móvil (2) comprende una estructura móvil (3) soportando unos
elementos receptores (35) paralelos a los focos lineales. Un
mecanismo de seguimiento (4) está conectado a varios de los
perfiles de soporte (13a) y a la estructura móvil (3) para soportar
y mover la estructura móvil (3) sobre el
reflector-concentrador estacionario (1) a propósito
para que los elementos receptores (35) sigan una trayectoria de
máxima confluencia de rayos solares reflejados por las superficies
reflectantes a medida que cambia la posición relativa del Sol.
Description
Dispositivo
concentrador-captador de energía solar.
La presente invención concierne en general a un
dispositivo concentrador-captador de energía solar y
más en particular a un dispositivo
concentrador-captador de energía solar
comprendiendo un reflector estacionario para reflejar y concentrar
los rayos solares y un receptor móvil movido por un mecanismo de
seguimiento para seguir la máxima confluencia de rayos solares
reflejados por el reflector fijo a medida que cambia la posición
relativa del Sol.
Se conocen captadores solares configurados para
captar la energía térmica o fotovoltaica de los rayos solares que
inciden directamente sobre los mismos. Sin embargo, la eficiencia
energética de tales captadores es relativamente baja debido a la
baja densidad energética de los rayos incidentes. Hay captadores
solares de este tipo que utilizan la energía térmica de los rayos
solares para calentar un fluido caloportador. Sin embargo, el
fluido caloportador sólo puede alcanzar temperaturas poco elevadas
que no permiten que la energía térmica pueda ser transformada en
trabajo mecánico.
La patente
US-A-3868823 da a conocer un
dispositivo concentrador-captador que comprende
unas superficies reflectantes adaptadas para reflejar rayos
incidentes substancialmente paralelos hacia unos respectivos focos
lineales que se mueve en una trayectoria predeterminada en
respuesta a cambios en el ángulo de los rayos incidentes, unos
receptores lineales dispuestos para recibir los rayos reflejados, y
unos mecanismos de seguimiento accionados para mover los receptores
en coincidencia con los mencionados focos lineales a medida que los
focos lineales se desplazan a lo largo de dicha trayectoria
predeterminada. Cada superficie reflectante puede ser una
superficie cóncava continua o puede estar formada por distintos
segmentos planos. En una aplicación, las superficies reflectantes
están dispuestas para reflejar los rayos solares y el receptor
incluye un conducto para transportar un fluido caloportador que es
puesto en ebullición por el efecto de calentamiento de los rayos
solares concentrados, de manera que el vapor resultante puede ser
utilizado para generar trabajo mecánico.
La patente
GB-A-1581253 describe un dispositivo
concentrador-captador similar al de la citada
patente US-A-3868823, en el que las
superficies reflectantes del reflector fijo están soportadas sobre
una estructura sándwich compuesta por una chapa metálica superior,
una chapa metálica inferior, y una espuma rígida aislante entre
ambas. En un ejemplo de realización, las superficies reflectantes
están proporcionadas por una superficie exterior pulida de la chapa
metálica superior. Varias estructuras sándwich están dispuestas las
unas al lado de las otras y sus bordes laterales están unidos entre
sí de manera estanca a propósito para actuar como un tejado de un
edificio. Varios receptores lineales están integrados en una
estructura móvil soportada por una pluralidad de brazos de soporte
pivotantes montados sobre una estructura fija que soporta el
reflector, de manera que la estructura móvil, los brazos de soporte
pivotantes y la estructura fija actúan como un paralelogramo
articulado para guiar el movimiento de todos los receptores al
unísono respecto a sus respectivas superficies reflectantes a lo
largo de una trayectoria circular seleccionada para seguir la máxima
concentración de los rayos solares reflejados. Un mecanismo de
seguimiento accionado por un motor está conectado mediante un brazo
de accionamiento a la estructura móvil para mover la estructura
móvil a lo largo de una porción de dicha trayectoria circular en
sincronía con el movimiento relativo del Sol.
Para una buena eficiencia, las posiciones
relativas entre las superficies reflectantes y los receptores son
críticas para asegurar que los receptores lineales se encuentran en
todo momento en coincidencia con las áreas de máxima confluencia de
rayos reflejados. Esto implica conseguir precisión en las posiciones
de las superficies reflectantes las unas respecto a las otras y
respecto a la estructura fija durante la instalación del reflector
fijo, precisión en las posiciones de los receptores lineales los
unos respecto a los otros y respecto a la estructura móvil durante
la construcción e instalación de la estructura móvil, y precisión
en las posiciones de los ejes sobre los que giran los brazos de
soporte pivotantes que guían los movimientos de la estructura móvil
en relación con las superficies reflectantes durante la instalación
de la estructura móvil y del mecanismo de seguimiento asociado en
la estructura fija. Pequeños errores o tolerancias acumuladas en el
posicionamiento de los diferentes elementos pueden hacer que los
receptores lineales estén situados y se muevan desplazados de las
áreas de máxima confluencia de rayos reflejados, y que con ello se
pierda en mayor o menor medida el beneficio de concentrar los rayos
solares.
En las citadas patentes
US-A-3868823 y
GB-A-1581253 no está descrito ni
sugerido ningún dispositivo o procedimiento específico para
posicionar los diferentes elementos del dispositivo
concentrador-captador los unos respecto a los otros
con una precisión adecuada. Un procedimiento clásico de instalación
de un dispositivo concentrador-captador de este
tipo comprende fijar las superficies reflectantes sobre una
estructura fija, construir la estructura móvil incluyendo los
receptores lineales e instalar la estructura móvil sobre la
estructura fija mediante los brazos pivotantes y el mecanismo de
seguimiento, todo ello usando medición de distancias, niveles,
plomadas, etc. in situ, y realizando operaciones de corte,
taladro, soldadura, etc. in situ. Este procedimiento clásico
se ha revelado poco operativo por el tiempo consumido y el bajo
nivel de precisión obtenido.
Otro aspecto a tener en cuenta es cómo
determinar la trayectoria que debe seguir un receptor lineal para
seguir la máxima concentración de rayos solares reflejados por una
superficie reflectante en la forma de una superficie reglada cóncava
parabólica o aproximadamente parabólica cuando el ángulo de
incidencia de los rayos solares cambia a medida que cambia la
posición relativa del Sol. De hecho, con una superficie reflectante
parabólica reglada paralela, los rayos solares reflejados sólo se
concentran en un foco lineal, el cual coincide con el foco de la
parábola, cuando los rayos solares tienen una incidencia normal, es
decir, paralela al eje de la parábola. Cuando los rayos solares
inciden formando un ángulo respecto a la normal, la máxima
concentración de los rayos se dispersa en el área de un triángulo
formado entre los rayos reflejados desde un primer borde extremo,
desde un segundo borde extremo opuesto y desde el centro del
reflector. El mencionado triángulo incrementa su tamaño a medida
que el ángulo de incidencia de los rayos solares se aparta de la
normal, es decir, la dispersión de los rayos reflejados es mayor
cuanto más oblicuamente inciden los rayos solares sobre el
reflector. La tasa de crecimiento del triángulo disminuye cuanto
mayor es la distancia del foco al vértice de la parábola en relación
con la anchura entre bordes extremos opuestos del reflector.
La patente
JP-A-10026423 describe un
dispositivo concentrador-captador de energía solar
provisto de un reflector cóncavo fijo y un receptor móvil conectado
a un mecanismo de seguimiento capaz de mover el receptor móvil a lo
largo de una trayectoria que sigue el lugar geométrico de los
centros de unos círculos imaginarios inscritos en los mencionados
triángulos formados entre los rayos reflejados desde el extremo
derecho, desde el extremo izquierdo y desde el centro del reflector
a medida que el ángulo de incidencia de los rayos solares cambia.
Hay establecidos unos ángulos de incidencia límite a derecha e
izquierda de la normal, para los cuales el tamaño del triángulo es
máximo. El receptor es de forma cilíndrica y de diámetro igual al
del círculo imaginario inscrito en el triángulo de máximo tamaño, lo
que asegura que el receptor va a recoger todos los rayos reflejados
por el reflector a lo largo de toda su trayectoria.
Un inconveniente de la aproximación que hace la
citada patente JP-A-10026423 es que
no tiene en cuenta otros factores que permitirían optimizar el
rendimiento del dispositivo usando un receptor de menor tamaño,
como, por ejemplo, que la energía de los rayos concentrados en el
triángulo no es uniforme, siendo más alta en las proximidades del
lado del triángulo formado por los rayos reflejados desde el centro
del reflector y más baja en las proximidades del vértice
opuesto.
A lo largo de esta memoria, el término
"dispositivo captador solar" se usa para designar un
dispositivo cuya función es transformar la radiación solar en
energía térmica (dispositivo captador solar térmico) o eléctrica
(dispositivo captador solar fotovoltaico), el cual puede estar
constituido por varios subsistemas como receptor, reflector,
mecanismo de seguimiento. El término "receptor" se usa para
designar un componente de un captador solar en el que se hace
efectiva la transformación de la radiación solar en energía térmica
o eléctrica. El término
"reflector-concentrador" se usa para designar
un subsistema presente en un captador solar cuya función es
concentrar la radiación solar y dirigirla hacia el receptor usando
una superficie de alta reflectancia especular como medio para
concentrar la energía. Con ello se consigue aumentar la eficiencia
de la transformación energética, al tiempo que se reduce la
superficie de receptor necesaria. El término "foco lineal" se
usa para designar una zona del espacio donde la radiación reflejada
por el reflector-concentrador alcanza su máxima
densidad y que presenta una forma alargada, substancialmente
rectilínea. Un foco lineal es producido por una superficie
reflectante cóncava reglada paralela, por ejemplo, una superficie
reflectante de sección transversal parabólica o aproximadamente
parabólica, varias secciones de superficie reflectante, cada una de
sección transversal parabólica o aproximadamente parabólica, o una
pluralidad de secciones de superficie reflectante planas dispuestas
a modo de espejo de Fresnel. Así, el foco lineal, aunque en algunos
casos teóricos puede tener la forma de una línea geométrica, en la
práctica ocupa en el espacio un cierto volumen alargado,
aproximadamente prismático (véase, por ejemplo, la patente
JP-A-10026423). El término
"mecanismo de seguimiento" se usa para designar un sistema que
permite el posicionamiento, bien del
reflector-concentrador, bien del receptor, o del
conjunto de ambos, en función de la posición del sol, de manera que
el foco lineal producido por el
reflector-concentrador coincida en todo momento con
la posición del receptor.
La presente invención contribuye a mitigar
inconvenientes de la técnica anterior aportando un dispositivo
concentrador-captador de energía solar construido a
partir de elementos modulares preparados para ser ensamblados o
fijados in situ utilizando medios de fijación
convencionales, tales como elementos de tornillería o similares, o
elementos de retención de accionamiento rápido por deformación
elástica. Los elementos modulares están provistos de respectivas
configuraciones de posicionamiento adaptadas para ser acopladas
mutuamente durante las operaciones de ensamblado o fijación para
proporcionar un posicionamiento preciso de los diferentes elementos
modulares. Esto permite la instalación fácil y rápida del
dispositivo sobre una estructura fija de soporte, tal como, por
ejemplo, un tejado de un edificio o una estructura hecha adrede,
con una gran precisión en las posiciones relativas de sus
componentes en comparación con otros dispositivos de la técnica
anterior.
Para ello, el dispositivo
concentrador-captador de energía solar de la
presente invención comprende un
reflector-concentrador estacionario formado por una
pluralidad de módulos reflectores-concentradores
dispuestos formando una matriz de hileras longitudinales y
transversales, donde cada uno de dichos módulos
reflectores-concentradores comprende un armazón al
que está fijado al menos un elemento superior portador de al menos
una porción de superficie reflectante. Cada porción de superficie
reflectante es cóncava y alargada, y está configurada para reflejar
rayos solares y concentrarlos en un foco lineal paralelo a una
dirección longitudinal de la misma. En el
reflector-concentrador estacionario, las porciones
de superficie reflectante están dispuestas alineadas en las hileras
longitudinales formando en conjunto superficies reflectantes
cóncavas y alargadas, paralelas, las unas al lado de las otras. Las
superficies reflectantes están unidas a una estructura estacionaria
formada por una pluralidad de perfiles de soporte paralelos y por
los propios armazones de los módulos
reflectores-concentradores.
Más específicamente, los armazones de los
módulos reflectores-concentradores de cada hilera
están fijados por extremos o lados opuestos a dos de dichos perfiles
de soporte mediante unos medios de fijación convencionales. El
dispositivo concentrador-captador de energía solar
comprende además un receptor móvil con una pluralidad de elementos
receptores alargados mutuamente paralelos dispuestos paralelamente a
la dirección de dichos focos lineales y unidos a una estructura
móvil, y un mecanismo de seguimiento conectado a dicha estructura
estacionaria y a dicha estructura móvil para soportar y mover la
estructura móvil sobre las superficies reflectantes del
reflector-concentrador estacionario en una
trayectoria a propósito para que dichos elementos receptores sigan
la máxima confluencia de rayos solares reflejados por las
superficies reflectantes a medida que cambia la posición relativa
del Sol.
El mencionado mecanismo de seguimiento comprende
al menos tres cuerpos base fijados a al menos dos de los perfiles
de soporte mediante unos medios de fijación convencionales, y cada
uno de dichos cuerpos base soporta giratoriamente al menos un eje
de soporte sobre el cual está montado un brazo pivotante vinculado a
la estructura móvil para guiar los movimientos de la estructura
móvil.
Cada cuerpo base del mecanismo de seguimiento
comprende unas primeras configuraciones de posicionamiento de
receptor posicionadas con precisión respecto a dicho eje de
soporte, y en los correspondientes perfiles de soporte, o en unas
piezas auxiliares fijadas a los mismos, están provistas unas
segundas configuraciones de posicionamiento de receptor
posicionadas con precisión respecto a dichas segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo. Las mencionadas
primeras configuraciones de posicionamiento de receptor cooperan
con dichas segundas configuraciones de posicionamiento de receptor
para posicionar cada cuerpo base en una posición operativa
predeterminada en relación con el correspondiente perfil de soporte
y con ello asegurar un grado de precisión predeterminado para dicha
trayectoria del receptor móvil en relación con dicho
reflector-concentrador estacionario. En otras
palabras, entre los captadores del receptor móvil y los módulos
reflectores-concentradores del
reflector-concentrador estacionario están dispuestos
una serie de elementos que componen la estructura y el mecanismo de
seguimiento del dispositivo concentrador-captador
de energía solar, los cuales están conectados entre sí por una
cadena de configuraciones de posicionamiento mutuamente acopladas
que garantizan el correcto posicionamiento del receptor móvil
respecto al reflector-concentrador
estacionario.
La presente invención aporta además una
trayectoria optimizada para los elementos receptores en relación
con los elementos reflectores. La mencionada trayectoria optimizada
del elemento receptor se ha obtenido a partir de un cálculo teórico
iterativo para diferentes formas y proporciones de la porción de
superficie reflectante y para diferentes rangos de condiciones de
incidencia de los rayos solares simulando todas las épocas del año.
Los cálculos se han realizado teniendo en cuenta multitud de
factores. Por ejemplo, que la energía de los rayos concentrados en
el mencionado triángulo es más alta en las proximidades del lado
del triángulo formado por los rayos reflejados desde el centro del
reflector que en las proximidades del vértice opuesto. Así, se ha
constatado que una superficie reflectante óptima tiene
substancialmente la forma de una superficie reglada de sección
transversal substancialmente parabólica con dos bordes laterales
longitudinales, un vértice parabólico, un eje parabólico y un foco
lineal que coincide con el foco parabólico. Aunque no es
imprescindible, en general los dos mencionados bordes laterales
longitudinales son equidistantes de dicho vértice parabólico. Con
una tal superficie reflectante, una trayectoria circular óptima
para un elemento captador pasa por dicho foco parabólico y tiene un
centro sobre dicho eje parabólico, un punto inferior en la
intersección inferior de la trayectoria con el eje parabólico, y un
diámetro ligeramente superior a una distancia entre el foco
parabólico y dicho vértice parabólico. Por ejemplo, un valor óptimo
para la relación del diámetro de la trayectoria circular respecto a
dicha distancia del foco al vértice parabólicos está dentro del
intervalo 1<D/FV \leq 1,10, es decir, el diámetro es mayor que
la distancia del foco al vértice parabólicos pero menor o igual que
1,10 veces la distancia del foco al vértice parabólicos. Un
parámetro también significativo es la relación de la anchura, es
decir, la distancia entre los bordes laterales de la superficie
reflectante, respecto al diámetro de la trayectoria circular. Se ha
constatado que un valor óptimo para este parámetro está en el
intervalo de 1:0,9 a 1:2,0.
Con esta construcción, la presente invención
aporta un dispositivo concentrador- captador de energía solar que
puede ser instalado de una manera relativamente fácil con una
garantía en la precisión del posicionamiento relativo de sus
componentes y con una trayectoria optimizada para los elementos
receptores del receptor móvil.
Las anteriores y otras características y
ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente
descripción detallada de unos ejemplos de realización con
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es una vista en perspectiva de un
dispositivo concentrador-captador de energía solar
de acuerdo con un ejemplo de realización de la presente
invención;
la Fig. 2 es una vista en perspectiva de un
módulo reflector-concentrador que forma parte de un
reflector-concentrador estacionario del dispositivo
concentrador-captador de la Fig. 1;
la Fig. 3 es una vista parcial en perspectiva de
tres diferentes tipos de perfiles de soporte que forman parte de
una estructura estacionaria a la que está unido el
reflector-concentrador estacionario de la Fig.
1;
la Fig. 4 es una vista parcial en perspectiva en
explosión que ilustra un dispositivo de fijación para la unión del
módulo reflector-concentrador de la Fig. 2 a uno de
los perfiles de soporte de la Fig. 3;
las Figs. 5 y 6 son vistas parciales
parcialmente seccionadas que ilustran el funcionamiento del
dispositivo de fijación de la Fig. 4;
la Fig. 7 es una vista en alzado lateral del
dispositivo concentrador-captador de energía solar
de la Fig. 1;
la Fig. 8 es una vista en sección transversal
tomada por el plano indicado VII-VII en la Fig.
1;
la Fig. 9 es una vista de detalle en alzado que
ilustra un cuerpo base de un mecanismo de seguimiento que forma
parte del dispositivo concentrador-captador de
energía solar de la Fig. 1;
la Fig. 10 es una vista de detalle en sección
transversal que ilustra las conexiones de fluido de unos elementos
receptores que forman parte de un receptor móvil del dispositivo
concentrador-captador de energía solar de la Fig.
1;
la Fig. 11 es una representación esquemática de
la trayectoria del receptor móvil respecto al
reflector-concentrador estacionario proporcionada
por el mecanismo de seguimiento; y
la Fig. 12 es una vista parcial en alzado de
otro ejemplo de realización de la presente invención incluyendo un
mecanismo para la orientación de los elementos receptores de
acuerdo con la posición cambiante del receptor móvil.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo en primer lugar referencia a la Fig. 1,
en ella se muestra un dispositivo
concentrador-captador de energía solar de acuerdo
con un ejemplo de realización de la presente invención, el cual
comprende un reflector-concentrador estacionario 1
unido a una estructura estacionaria 21, un receptor móvil 2 unido a
una estructura móvil 3 y un mecanismo de seguimiento 4 conectado a
las mencionadas estructura estacionaria 21 y estructura móvil 3
para soportar y mover dicho receptor móvil 2 respecto a dicho
reflector-concentrador estacionario 1.
El reflector-concentrador
estacionario 1 incluye una pluralidad de módulos
reflectores-concentradores 5 (uno de los cuales se
muestra en la Fig. 2) dispuestos formando una matriz de hileras
longitudinales y transversales y conectados a una pluralidad de
perfiles de soporte 13a, 13b, 13c paralelos para formar una
estructura estacionaria 21. Tal como se muestra mejor en la Fig. 2,
cada uno de dichos módulos
reflectores-concentradores 5 comprende un armazón 6
al que está fijado un elemento superior 18 que lleva una superficie
reflectante. En el ejemplo ilustrado, el elemento superior 18 es
una chapa superior metálica que define dos porciones de superficie
reflectante 8 arqueadas cóncavas y unas extensiones laterales 18a
dobladas hacia abajo. Las porciones de superficie reflectante 8
tienen una superficie exterior pulida reflectante. El mencionado
armazón está formado, por ejemplo, por un par de placas finales 75
opuestas que cierran el módulo
reflector-concentrador 5 por sus dos extremos
longitudinales, conectadas la una a la otra por unos miembros de
conexión 76 (Fig. 5) longitudinales internos. El módulo
reflector-concentrador 5 comprende además una chapa
inferior 20 con unas extensiones laterales 20a dobladas hacia
arriba, y un material de relleno 77 (Fig. 5), tal como, por ejemplo,
un poliuretano expandido, dispuesto entre el elemento superior 18,
la chapa inferior 20 y las placas finales 75. Además, el material
de relleno 77 está adherido al elemento superior 18, a la chapa
inferior 20 y al armazón 6, estando dichos miembros de conexión 76
longitudinales del armazón 6 incrustados en el material de relleno
77. El material de relleno 77 es suficientemente rígido para
garantizar con precisión una posición operativa estable
predeterminada del elemento superior 18, y por consiguiente de las
porciones de superficie reflectante 8, en relación con el armazón
6. Alternativamente, el módulo
reflector-concentrador 5 podría comprender una única
porción de superficie reflectante 8 o más de dos, y las superficies
reflectantes podrían estar proporcionadas por cualquier número de
elementos reflectantes adicionales unidos al elemento superior 18
en vez de ser una superficie pulida del mismo.
Cada porción de superficie reflectante 8 del
módulo reflector-concentrador 5 tiene
substancialmente la forma de una superficie reglada cóncava,
alargada, configurada para reflejar rayos solares y concentrarlos
en un foco lineal paralelo a una dirección longitudinal indicada
mediante la flecha DL en las figuras. En el dispositivo
concentrador-captador, las porciones de superficie
reflectante 8 de los módulos
reflectores-concentradores 5 que forman hileras
longitudinales están alineadas formando dichas superficies
reflectantes alargadas dispuestas paralelamente las unas al lado de
las otras para concentrar los rayos solares reflejados en una
pluralidad de respectivos focos lineales alargados. La estructura
móvil 3 del receptor móvil 2 está formada por una pluralidad de
perfiles longitudinales 33 y perfiles transversales 34a, 34b
conectados entre sí formando una retícula en la que están instalados
una pluralidad de elementos receptores 35 alargados formando
alineaciones dispuestas paralelamente a la dirección de dichos
focos lineales F. Hay una alineación de elementos receptores 35
para cada alineación de porciones de superficie reflectante 8 y por
consiguiente para cada foco lineal. Los elementos receptores 35
están soportados por sus extremos entre cada dos de dichos perfiles
transversales 34a, 34b en la retícula de la estructura móvil 3. El
mencionado mecanismo de seguimiento 4 comprende cuatro cuerpos base
10 fijados a dos de los perfiles de soporte 13a, y cada uno de
dichos cuerpos base 10 soporta giratoriamente un eje de soporte 11
sobre el cual está montado un brazo pivotante 37 conectado a la
estructura móvil 3 para guiar los movimientos de la estructura
móvil 3. Tal como se explicará en detalle más abajo, el mecanismo de
seguimiento 4 está motorizado y controlado para mover la estructura
móvil 3 sobre dicho reflector-concentrador
estacionario 1 en una trayectoria a propósito para que los
elementos receptores 35 sigan la máxima confluencia de rayos solares
reflejados por las superficies reflectantes a medida que cambia la
posición relativa del Sol. El número de cuerpos base 10 no está
limitado a cuatro, aunque se comprenderá que son necesarios al
menos tres cuerpos base 10 fijados a al menos dos de los perfiles de
soporte 13a para soportar la estructura móvil 3.
En el ejemplo de realización mostrado en la Fig.
1, los perfiles de soporte 13a, 13b, 13c están dispuestos mutuamente
paralelos y transversales a la dirección de dichos focos lineales
F, es decir, transversales a la dirección longitudinal DL. Los
armazones 6 de los módulos
reflectores-concentradores 5 de cada hilera
transversal están fijados por sus extremos opuestos a dos de dichos
perfiles de soporte 13a, 13b, 13c. Para ello, el armazón 6 de cada
módulo reflector-concentrador 5 comprende unas
primeras configuraciones de posicionamiento de módulo 9 (mejor
mostrada en la Fig. 4) que cooperan con unas segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo 14 provistas en dichos
perfiles de soporte 13a, 13b, 13c para posicionar cada módulo
reflector-concentrador 5, y por consiguiente las
correspondientes porciones de superficie reflectante 8, en una
posición operativa predeterminada en relación con los perfiles de
soporte 13a, 13b, 13c.
En la Fig. 3 se muestran tres tipos diferentes
de perfiles de soporte 13a, 13b, 13c, los cuales, junto con los
armazones 6 de los módulos
reflectores-concentradores 5, forman la estructura
estacionaria 21 del dispositivo
concentrador-captador. En el ejemplo ilustrado en
la Fig. 1, la estructura estacionaria 21 comprende dos primeros
perfiles de soporte 13a y un segundo perfil de soporte 13b, cada uno
de los cuales está dispuesto entre dos hileras transversales
adyacentes de módulos reflectores-concentradores 5.
Tanto los primeros perfiles de soporte 13a como el segundo perfil de
soporte 13b tienen la forma de un canal abierto superiormente que
define un par de paredes derechas 40, enfrentadas, en las que están
provistas las correspondientes segundas configuraciones de
posicionamiento de módulo 14. En los primeros perfiles de soporte
13a, las dos paredes derechas 40 enfrentadas se extienden desde
bordes laterales de una pared de fondo 41 y están
significativamente separadas para permitir el alojamiento de los
cuerpos base 10 del mecanismo de seguimiento 4 entre las mismas. En
el segundo perfil de soporte 13b las dos paredes derechas 40 están
mucha más próximas y dejan entre sí ellas espacio sólo suficiente
para permitir la fijación de los módulos
reflectores-concentradores 5. La estructura
estacionaria 21 comprende además dos terceros perfiles de soporte
13c dispuestos junto a los extremos exteriores de cada una de las
dos hileras transversales de módulos
reflectores-concentradores situadas en los
extremos longitudinales de la estructura estacionaria 21. Cada uno
de dichos terceros perfiles de soporte 13c tiene una forma angular
con una sola pared derecha 40 en la que están formadas las
correspondientes segundas configuraciones de posicionamiento de
módulo 14.
Alternativamente, la estructura estacionaria
puede comprender un número diferente de perfiles de soporte, y/o
los perfiles de soporte pueden estar configurados de manera
diferente a la mostrada y/o pueden estar dispuestos paralelamente a
la dirección longitudinal DL o formando retícula, con unas
correspondientes adaptaciones de los armazones 6 de los módulos
reflectores-concentradores 5.
En relación con las Figs. 4 a 6 se describe a
continuación un ejemplo de realización de las primeras y segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo 9, 14. En las placas
finales 75 opuestas del armazón 6 del módulo
reflector-concentrador 5 están fijadas las primeras
configuraciones de posicionamiento de módulo 9, cada una de las
cuales comprende una porción cilíndrica 42 (Fig. 5) insertada
ajustadamente a través de un agujero 43 formado en la
correspondiente placa final 75 y acoplada a enchufe en el interior
hueco de un extremo de un miembro tubular del armazón 6. La primera
configuración de posicionamiento de módulo 9 tiene una porción
exterior ensanchada 45 que se apoya contra una superficie exterior
de la placa final 16 alrededor de dicho agujero 43, y un agujero
axial a través del cual está instalado un tornillo 46 que sirve
para la fijación de la primera configuración de posicionamiento de
módulo 9 al armazón 6 y opcionalmente para la unión de las placas
finales 75 a los miembros de conexión 76 longitudinales internos
del armazón 6. La primera configuración de posicionamiento de
módulo 9 comprende una garganta 47 formada en una porción exterior
de la misma. La segunda configuración de posicionamiento de módulo
14 formada en la pared derecha 40 del correspondiente perfil de
soporte 13a, 13b, 13c tiene la forma de una regata en forma de
"L" que define una porción vertical 48 abierta en un borde
superior de la pared derecha 40 y una porción horizontal 49 ciega.
La mencionada garganta 47 de la primera configuración de
posicionamiento de módulo 9 está dimensionada para ser introducida
verticalmente hacia abajo en dicha porción vertical 48 de la
segunda configuración de posicionamiento de módulo 14 y a
continuación desplazada horizontalmente por dicha porción horizontal
49 hasta hacer tope con el fondo ciego de la misma, el cual
determina la posición operativa del módulo
reflector-concentrador 5 en relación con el
correspondiente perfil de soporte 13a, 13b, 13c. En esta posición
operativa, una cabeza 50 de la segunda configuración de
posicionamiento de módulo 14 queda sobresaliendo desde el lado
opuesto de la pared derecha 40.
Los perfiles de soporte 13a, 13b, 13c comprenden
además unos miembros de retención 16 asociados a dichas segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo 14 que tienen la
función de inmovilizar las primeras configuraciones de
posicionamiento de módulo 9 respecto a las segundas configuraciones
de posicionamiento de módulo 14. En el ejemplo de realización
ilustrado, cada uno de dichos miembros de retención 16 comprende
una placa de un material resistente y ligeramente elástico que
tiene un primer extremo alejado de la correspondiente configuración
de posicionamiento de módulo 14 y un segundo extremo opuesto
superpuesto a la segunda configuración de posicionamiento de módulo
14. El mencionado primer extremo del miembro de retención 16 está
fijado a la pared derecha 40 del perfil de soporte 13a, 13b, 13c,
por ejemplo, mediante unos tornillos 51, y en el segundo extremo
está formado un agujero 52 de diámetro equivalente al diámetro de la
cabeza 50 de la primera configuración de posicionamiento de módulo
9. El mencionado agujero 52 del miembro de retención 16 está
centrado con la posición que va a adoptar la cabeza 50 de la
primera configuración de posicionamiento de módulo 9 cuando la
misma esté en la posición operativa. Así, deformando elásticamente
el miembro de retención, por ejemplo, con un dedo, tal como se
muestra en la Fig. 5, la primera configuración de posicionamiento
de módulo 9 del módulo reflector-concentrador 5
puede ser insertada o extraída de la segunda la segunda
configuración de posicionamiento de módulo 14.
Sin embargo, cuando la cabeza 50 de la primera
configuración de posicionamiento de módulo 9 está en la posición
operativa en relación con la segunda configuración de
posicionamiento de módulo 14 del perfil de soporte 13a, 13b, 13c,
una liberación del miembro de retención 16 ocasiona una
recuperación elástica del mismo y la cabeza 50 de la primera
configuración de posicionamiento de módulo 9 es atrapada por el
agujero 52 del miembro de retención 16, de manera que la primera
configuración de posicionamiento de módulo 9 queda inmovilizada
respecto a la segunda configuración de posicionamiento de módulo
14, tal como se muestra en la Fig. 6. Obviamente, son necesarios al
menos dos pares de primeras y segundas configuraciones de
posicionamiento de módulo 9, 14 para inmovilizar el módulo
reflector-concentrador 5 respecto a cada uno de los
perfiles de soporte 13a, 13b, 13c. Así, el acoplamiento de las
primeras y segundas configuraciones de posicionamiento de módulo 9,
14 y el accionamiento por deformación elástica de los miembros de
retención 16 puede ser realizado in situ de una manera fácil
y rápida sin necesidad de emplear herramientas y con una garantía
en la correcto posición operativa de las porciones de superficie
reflectante 8 en relación con los perfiles de soporte 13a, 13b, 13c
de la estructura estacionaria 21. Preferiblemente, en el
dispositivo concentrador-captador de energía solar
instalado, los perfiles de soporte 13a, 13b, 13c de la estructura
estacionaria 21 descansarán sobre una superficie plana o sobre unos
elementos de soporte definiendo un plano, el cual puede ser
horizontal o inclinado. El dispositivo
concentrador-captador de energía solar de la
presente invención está previsto para ser instalado, por ejemplo,
sobre un tejado o cubierta de un edificio, aunque igualmente puede
ser instalado en cualquier otro lugar apropiado.
En relación ahora con las Figs. 7 a 9, se
describe a continuación la instalación y el funcionamiento del
mecanismo de seguimiento 4. Como se ha dicho más arriba, en el
ejemplo de realización ilustrado, el mecanismo de seguimiento 4
comprende cuatro cuerpos base 10, dos de ellos instalados en cada
uno de los dos primeros perfiles de soporte 13a de la estructura
estacionaria 21. Cada cuerpo base 10 del mecanismo de seguimiento 4
es una caja de un reductor de engranajes, incluyendo, por ejemplo,
un tonillo sinfín, que tiene un eje de salida que actúa como el
mencionado eje de soporte 11 y un eje de entrada 44 que está
conectado por unos medios de transmisión de movimiento al eje de
salida de un motor de accionamiento 32 montado en el
correspondiente primer perfil de soporte 13a. Ventajosamente, los
respectivos ejes de entrada 44 de los dos cuerpos base 10 que están
instalados en un mismo primer perfil de soporte 13a (Fig. 8) están
conectados por unos respectivos medios de transmisión de movimiento
a un árbol de accionamiento 31 común instalado a lo largo del primer
perfil de soporte 13a y acoplado al eje de salida de un único motor
de accionamiento 32 montado en el primer perfil de soporte 13a.
En el ejemplo de realización ilustrado, los
cuerpos base 10 del mecanismo de seguimiento 4 están dispuestos de
manera que sus ejes de soporte 11 son paralelos a la dirección
longitudinal. Cada eje de soporte 11 está conectado fijamente a un
primer extremo de un brazo pivotante 37, el cual tiene un segundo
extremo conectado por medio de un pasador de articulación 38 a una
correspondiente pata 39 que se extiende inferiormente desde a la
estructura móvil 3. Las mencionadas patas 39 están unidas
rígidamente a la estructura móvil 3, con lo que la estructura
estacionaria 21, los mencionados brazos pivotantes 37 y la
estructura móvil 3 actúan como un paralelogramo articulado para
guiar el movimiento de todos los elementos receptores 35 del
receptor móvil 2 al unísono respecto a sus respectivas superficies
reflectantes a lo largo de una trayectoria circular T, la cual será
descrita más abajo en relación con la Fig. 11.
En el detalle de la Fig. 9 se muestra uno de los
cuerpos base 10 del mecanismo de seguimiento 4 conectado al
correspondiente primer perfil de soporte 13a por medio de un par de
piezas auxiliares 7. El cuerpo base 10 comprende unas primeras
configuraciones de posicionamiento de receptor 12 posicionadas con
precisión respecto a dicho eje de soporte 11, por ejemplo, en la
forma de unos resaltes circulares formados en la pared del cuerpo
base 10 alrededor del eje de soporte 11. Las mencionadas piezas
auxiliares 7 comprenden unas segundas configuraciones de
posicionamiento de receptor 15, por ejemplo en la forma de unos
agujeros en los que se insertan ajustadamente las primeras
configuraciones de posicionamiento de receptor 12. A su vez, en las
piezas auxiliares y en las paredes derechas 40 del primer perfil de
soporte 13a están formados unos respectivos agujeros enfrentados a
través de los cuales están insertados unos pasadores de
posicionamiento 53. Así, las segundas configuraciones de
posicionamiento de receptor 15 formadas en las piezas auxiliares 7
están posicionadas con precisión respecto a las segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo 14 formadas en el
perfil de soporte 13a. Las piezas auxiliares 7 están fijadas al
cuerpo base 10 y a las paredes derechas 40 del primer perfil de
soporte 13a por medio de respectivos tornillos 54, 55, por ejemplo,
y las primeras configuraciones de posicionamiento de receptor 12
cooperan con las segundas configuraciones de posicionamiento de
receptor 15 para posicionar cada cuerpo base 10 en una posición
operativa predeterminada en relación con el correspondiente perfil
de soporte 13a y con ello aseguran un grado de precisión
predeterminado la trayectoria del receptor móvil 2 en relación con
dicho reflector-concentrador estacionario 1 guiada y
accionada por el mecanismo de seguimiento 4.
Se comprenderá que las configuraciones de
posicionamiento entre el cuerpo base 10 y el primer perfil de
soporte 13a podrían ser alternativamente de varias formas
diferentes a las mostradas, y que las piezas auxiliares 7 podrían
ser omitidas o substituidas por apéndices del cuerpo base 10 y/o
del primer perfil de soporte 13a sin salirse del alcance de la
presente invención.
\newpage
En la Fig. 9 se muestran asimismo los medios de
transmisión de movimiento entre el árbol de accionamiento 31, el
cual está instalado en unos porta-cojinetes 56
fijados a la pared de fondo 51 del primer perfil de soporte 13a, y
eje de entrada 44 del reductor de engranajes del cuerpo base 10.
Los medios de transmisión de movimiento comprenden una polea
conductora 57 fijada al árbol de accionamiento 31, una polea
conducida 58 fijada al eje de entrada 44 y una correa 59 instalada
alrededor de las poleas conductora y conducida 57, 58. Por otra
parte, sobre el cuerpo base 10 está fijado un soporte 60 en el que
está montado un detector de posición angular 61 asociado al eje de
soporte 11. El detector de posición angular 61 puede ser utilizado
en un control electrónico del accionamiento del mecanismo de
seguimiento 4. Ventajosamente, los cuerpos de soporte 10, los
componentes de los medios de transmisión de movimiento, el
correspondiente motor de accionamiento 32 y demás accesorios
relacionados pueden ser instalados en cada primer perfil de soporte
13a en una fase de fabricación previa y suministrados como un
conjunto para facilitar su rápida instalación in situ.
En relación con la Fig. 10 se describe a
continuación un ejemplo de construcción de la estructura móvil 3.
Tal como se ha mencionado más arriba, la estructura móvil 3 que
soporta el receptor móvil 2 está formada por una retícula de
perfiles longitudinales 33 y perfiles transversales 34a, 34b, y los
elementos receptores 35 están soportados por sus extremos entre
cada dos de los perfiles transversales 34a, 34b. En el ejemplo de
realización ilustrado, el dispositivo
concentrador-captador está dirigido a utilizar la
energía térmica de los rayos solares para calentar un fluido
caloportador, tal como, por ejemplo, agua. Para ello, cada uno de
los elementos receptores 35 comprende un tubo receptor 36 por el
que circula el mencionado fluido caloportador, con un extremo de
entrada 36a y un extremo de salida 36b conectados y comunicados con
un circuito para el fluido caloportador. En el ejemplo de
realización ilustrado, cada elemento receptor comprende, según es
convencional, una cubierta tubular transparente 62, por ejemplo, de
vidrio, dentro de la cual está dispuesto el mencionado tubo receptor
36. El tubo receptor 36 de cada elemento receptor 35 está doblado
de manera que presenta unos extremos de entrada y salida 36a, 36b
sobresaliendo desde un mismo extremo de la cubierta tubular
transparente 62 del elemento receptor 35. Varios de los perfiles
transversales 34a de la estructura móvil 3 son unos perfiles de
sección transversal cerrada que forman dos conductos paralelos que
actúan respectivamente como un conducto de alimentación 63a y un
conducto de retorno 63b en conexión con dicho circuito para el
fluido caloportador. Los extremos de entrada y salida 36a, 36b de
cada tubo receptor 36 están conectados y comunicados
respectivamente con dichos conductos de alimentación y retorno 63a,
63b formados por uno de los perfiles transversales 34a.
Prestando atención momentáneamente a la Fig. 1,
en la retícula que forma la estructura móvil 3 hay tres perfiles
transversales 35b meramente estructurales que soportan los extremos
ciegos de los elementos receptores 35 y dos perfiles transversales
34a, intercalados entre los mismos, que realizan funciones
estructurales soportando los extremos de conexión de los elementos
receptores 35 al mismo tiempo que proporcionan los conductos de
alimentación y retorno 63a, 63b a los que están conectados y
comunicados los extremos de entrada y salida 36a, 36b de los tubos
receptores 36 de los elementos receptores 35. Con esta disposición,
cada perfil transversal 34a que forma los conductos de alimentación
y retorno 63a, 63b recibe la conexión de elementos receptores 35
desde dos lados opuestos del mismo.
Volviendo a la Fig. 10, en ella se muestra
además un arreglo para la conexión fácil y rápida de los extremos
de entrada y salida 36a, 36b del cada tubo receptor 36a los
conductos de alimentación y retorno 63a, 63b desde lados opuestos
del perfil transversal 34a. Cada uno de los conductos de
alimentación y retorno 63a, 63b está atravesado por un manguito de
conexión 64 pasado a través de un par de agujeros alineados
formados en paredes enfrentadas del perfil transversal 34a, y fijado
al perfil transversal 34a, por ejemplo, mediante cabeza ensanchada
65 y una turca 66 acoplada a una porción fileteada exterior del
mismo. El mencionado manguito de conexión 64 está atravesado de
extremo a extremo por un pasaje que tiene una abertura 67 en
comunicación con el correspondiente conducto de alimentación o
retorno 63a, 63b, y unos extremos opuestos de dicho pasaje están
dimensionados para recibir por acoplamiento a enchufe los
correspondientes extremos de entrada o salida 36a, 36b de los tubos
receptores 36 de dos de los elementos receptores 35 situados en
lados opuestos del perfil transversal 34a. Así, los manguitos de
conexión actúan como miembros de soporte de los elementos
receptores 32 y como conexiones para el flujo del fluido
caloportador. En uno de los extremos del perfil transversal 34a, los
conductos de alimentación y retorno 63a, 63b están conectados al
circuito del fluido caloportador por medio de unos tubos flexibles
(no mostrados).
Alternativamente, los extremos de entrada y
salida 36a, 36b de los tubos receptores 36 pueden estar conectados
a unos respectivos conductos de alimentación y retorno 63a, 63b
formados en dos perfiles transversales 34a distintos dispuestos uno
junto al otro. De acuerdo con otro ejemplo de realización
alternativo, no mostrado, el tubo receptor 36 de cada elemento
receptor 35 es rectilíneo y tiene los extremos de entrada y salida
36a, 36b sobresaliendo de extremos opuestos de la cubierta tubular
transparente 62, en cuyo caso los extremos de entrada y salida 36a,
36b de cada tubo receptores 36 estarán conectados a unos
respectivos conductos de alimentación y retorno 63a, 63b formados
en dos perfiles transversales 34a distintos dispuestos junto a
extremos opuestos del elemento receptor 35.
Haciendo ahora referencia a la Fig. 11, cada
porción de superficie reflectante 8 del módulo
reflector-concentrador 5 define una superficie
reglada cóncava de sección transversal substancialmente parabólica.
La sección transversal parabólica de la porción de superficie
reflectante 8 tiene dos bordes laterales B1, B2, un vértice
parabólico V centrado entre dichos bordes laterales B1, B2, un eje
parabólico E y un foco parabólico F que coincide con el mencionado
foco lineal. El mecanismo de seguimiento 4 está configurado y
dispuesto para soportar y mover la estructura móvil 3 de tal modo
que cada uno de los elementos receptores 35 del receptor móvil 2
describe una trayectoria circular T que pasa por dicho foco
parabólico F, y que tiene un centro C sobre dicho eje parabólico E,
un punto inferior P en la intersección inferior de la trayectoria T
con el eje parabólico E, y un diámetro D ligeramente superior a una
distancia FV entre el foco parabólico F y el mencionado vértice
parabólico V. La relación del mencionado diámetro D de la
trayectoria circular T respecto a dicha distancia FV entre el foco
parabólico F y el vértice parabólico V está preferiblemente dentro
del intervalo 1<D/FV \leq 1,10. Los mencionados bordes
laterales B1, B2 de la porción de superficie reflectante 8 están
separados uno de otro por una distancia A, y la relación de dicha
distancia A respecto al diámetro D de la trayectoria circular T está
preferiblemente en el intervalo de 1:0,9 a 1:2,0.
Se observará a partir de la Fig. 11 que el
centro C de la trayectoria circular T está a una altura
significativa por encima de la porción de superficie reflectante 8,
lo que resultaría un inconveniente si se deseara posicionar el eje
de soporte 11 del cuerpo base 10 alineado con el centro C puesto
que harían falta unos soportes muy altos anclados en el primer
perfil transversal 13a y unos medios de transmisión de movimiento
muy largos para transmitir el movimiento desde el árbol de
accionamiento 31 al eje de entrada 44 del cuerpo base 10. Por este
motivo, el eje de soporte 11 de cada cuerpo base 10 está desplazado
hacia abajo y/o hacia un lado respecto al centro C de cualquiera de
las trayectorias circulares T, preferiblemente cerca de uno de los
bordes laterales B1, B2 de la porción de superficie reflectante 8, o
más específicamente, cerca de donde confluyen los bordes laterales
B1, B2 de dos porciones de superficie reflectante 8 adyacentes. El
eje de soporte 11 de cada cuerpo base 10 está conectado fijamente a
un brazo pivotante 37 cuyo extremo distal está conectado por medio
de un pasador de articulación 38 a una pata 39 que se extiende
hacia abajo desde la estructura móvil 3. Cada brazo pivotante 37
tiene una longitud L entre el eje de soporte 11 y dicho pasador de
articulación 38, y dicha longitud L es igual al radio de la
trayectoria circular T, o lo que es lo mismo, igual a una mitad del
diámetro D de la trayectoria circular T. Por otro lado, la suma de
una primera distancia normal d1 entre dicho punto inferior P de la
trayectoria circular T y el eje de soporte 11 y una segunda
distancia normal d2 entre el pasador de articulación 38 y una línea
central L del elemento receptor 35 es también igual al radio de la
trayectoria circular T, o lo que es lo mismo, igual a la otra mitad
del diámetro D de la trayectoria circular T. Cumpliendo estas
relaciones la trayectoria circular T estará siempre centrada en el
centro C sea cual sea la posición del eje de soporte 11. Si el eje
de soporte 11 estuviera situado a un nivel más bajo que el punto
inferior P de la trayectoria circular T la primera distancia normal
d1 se tomaría con signo negativo.
En la Fig. 12 se muestra otro ejemplo de
realización alternativo del dispositivo
concentrador-captador de energía solar de la
presente invención, en el que los elementos receptores 35 son, por
ejemplo, unos receptores fotovoltaicos de configuración
esencialmente plana, los cuales son más sensibles a la dirección de
los rayos captados que los elementos receptores de energía térmica.
Aquí, cada uno de los elementos receptores 35 está soportado
giratoriamente por sus extremos de manera que puede girar respecto
a un eje longitudinal 68, y varios de los elementos receptores 35
están conectados por unos medios de transmisión de movimiento a una
polea conductora 40 centrada en el pasador de articulación 38 y
unida fijamente al brazo pivotante 37. En uno de los perfiles
transversales 37b de la estructura móvil 3, los cuales son aquí
todos perfiles meramente estructurales, está montada una polea
conducida 69 que puede girar respecto a un eje 70 paralelo a los
ejes longitudinales 68 y situado en un mismo plano que los mismos.
Un brazo 71 solidario de la polea conducida 69 está conectado
articuladamente a una barra de transmisión 72, la cual a su vez
está conectada articuladamente con una serie de brazos 73 solidarios
de los elemento receptores 35. Una correa 74 o similar está
instalada abrazando unos arcos de las poleas conductora y conducida
40, 69, de manera que un giro del brazo pivotante 37 alrededor del
eje de soporte 11 es transmitido a los elementos receptores 37
ocasionando un giro de los mismos alrededor de sus respectivos ejes
longitudinales 68. Una relación de transmisión entre dicha polea
conductora 40 y los elementos receptores 35 de 1:2, en la que los
elementos receptores 35 giran a la mitad de la velocidad de giro
del brazo pivotante 37, asegura que los elementos receptores 35
adopten en cada momento una posición adecuada para recibir los rayos
reflejados en ángulos lo más próximos posible a la perpendicular.
Obviamente, esta construcción se puede aplicar a un dispositivo
concentrador-captador usando elementos captadores de
energía térmica asociados a un circuito para un fluido
caloportador, por ejemplo como los descritos más arriba en relación
con las Figs. 1 a 10 u otros similares.
Según otro ejemplo de realización no ilustrado,
el dispositivo concentrador-captador de la presente
invención comprende un reflector-concentrador
estacionario 1 en el que las porciones de superficie reflectante 8
están situadas a un nivel superior respecto a unos bordes
superiores de los perfiles de soporte 13a, 13b, 13c, y los cuerpos
base 10 están situados en alineación con la confluencia de dos
porciones de superficie reflectante 8 adyacentes, de manera que no
existen substancialmente impedimentos a lo largo de las hileras
longitudinales de porciones de superficie reflectante 8 alineadas.
El dispositivo concentrador-captador comprende
además un dispositivo automático de limpieza basado en un mecanismo
configurado y dispuesto para desplazar unos elementos de limpieza,
tales como cepillos, gamuzas o similares, a lo largo de la
dirección longitudinal de las superficies reflectantes en
cooperación con un líquido de limpieza rociado, por ejemplo, desde
una boquillas situadas estratégicamente y conectadas a un circuito
de líquido de limpieza.
Un experto en la técnica será capaz de efectuar
modificaciones y variaciones a partir de los ejemplos de
realización mostrados y descritos sin salirse del alcance de la
presente invención según está definido en las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (25)
1. Dispositivo
concentrador-captador de energía solar, del tipo que
comprende:
un reflector-concentrador
estacionario (1) con una pluralidad de superficies reflectantes
cóncavas alargadas, cada una configurada para reflejar rayos solares
y concentrarlos en un foco lineal paralelo a una dirección
longitudinal, estando dichas superficies reflectantes dispuestas
paralelamente las unas al lado de las otras y unidas a una
estructura estacionaria (21);
un receptor móvil (2) con una pluralidad de
elementos receptores (35) alargados dispuestos paralelamente a la
dirección de dichos focos lineales (F) y unidos a una estructura
móvil (3); y
un mecanismo de seguimiento (4) conectado a
dicha estructura estacionaria (21) y a dicha estructura móvil (3)
para soportar y mover la estructura móvil (3) sobre dicho
reflector-concentrador estacionario (1) en una
trayectoria a propósito para que dichos elementos receptores (35)
sigan la máxima confluencia de rayos solares reflejados por las
superficies reflectantes a medida que cambia la posición relativa
del Sol;
caracterizado porque cada porción de
superficie reflectante (8) tiene substancialmente la forma de una
superficie reglada de sección transversal substancialmente
parabólica con dos bordes laterales (B1, B2), un vértice parabólico
(V) centrado entre dichos bordes laterales (B1, B2), un eje
parabólico (E) y un foco parabólico (F) coincidente con dicho foco
lineal, y el mecanismo de seguimiento (4) está dispuesto para
soportar y mover la estructura móvil (3) de tal modo que cada uno de
los elementos receptores (35) del receptor móvil (2) describe una
trayectoria circular (T) que pasa por dicho foco parabólico (F), y
que tiene un centro (C) sobre dicho eje parabólico (E), un punto
inferior (P) en la intersección inferior con el eje parabólico (E),
y un diámetro (D) ligeramente superior a una distancia (FV) entre el
foco parabólico (F) y dicho vértice parabólico (V).
2. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque una relación del diámetro (D)
respecto a dicha distancia (FV) está dentro del intervalo
1<D/FV\leq1,10.
3. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque la relación de una distancia (A)
entre los bordes laterales (B1, B2) de cada porción de superficie
reflectante (8) respecto al diámetro (D) de la trayectoria circular
(T) está en el intervalo de 1:0,9 a 1:2,0.
4. Dispositivo, de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque:
el reflector-concentrador
estacionario (1) incluye una pluralidad de módulos
reflectores-concentradores (5) dispuestos formando
una matriz de hileras longitudinales y transversales, comprendiendo
cada uno de dichos módulos
reflectores-concentradores (5) un armazón (6) al que
está fijado al menos un elemento superior (18) portador de al menos
una porción de superficie reflectante (8);
la estructura estacionaria (21) está formada por
dichos armazones (6) de los módulos
reflectores-concentradores (5) y por una pluralidad
de perfiles de soporte (13a, 13b, 13c), donde los armazones (6) de
los módulos reflectores-concentradores (5) de cada
hilera están fijados por extremos o lados opuestos a al menos dos de
dichos perfiles de soporte (13a, 13b, 13c); y
dicho mecanismo de seguimiento (4) comprende al
menos tres cuerpos base (10) fijados a al menos dos de los perfiles
de soporte (13a), y cada uno de dichos cuerpos base (10) soporta
giratoriamente al menos un eje de soporte (11) sobre el cual está
montado un brazo pivotante (37) conectado a la estructura móvil (3)
para guiar los movimientos de la estructura móvil (3).
5. Dispositivo, de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho
elemento superior (18) portador de dicha porción de superficie
reflectante (8) de cada módulo
reflector-concentrador (5) está posicionado con
precisión en una posición operativa estable predeterminada en
relación con el correspondiente armazón (6) y el armazón (6) de cada
módulo reflector-concentrador (5) comprende unas
primeras configuraciones de posicionamiento de módulo (9) que
cooperan con unas segundas configuraciones de posicionamiento de
módulo (14) provistas en dichos perfiles de soporte (13a, 13b, 13c)
para posicionar cada módulo reflector-concentrador
(5) y con él la correspondiente porción de superficie reflectante
(8) en una posición operativa predeterminada en relación con los
perfiles de soporte (13a, 13b, 13c).
6. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque los perfiles de soporte (13a, 13b,
13c) comprenden unos miembros de retención (16) asociados a dichas
segundas configuraciones de posicionamiento de módulo (14) y capaces
de inmovilizar dichas primeras configuraciones de posicionamiento de
módulo (9) respecto a las segundas configuraciones de
posicionamiento de módulo (14).
7. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque dichos miembros de retención (16) son
capaces de un accionamiento rápido por deformación elástica.
8. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque cada cuerpo base (10) del mecanismo
de seguimiento (4) comprende unas primeras configuraciones de
posicionamiento de receptor (12) posicionadas con precisión respecto
a dicho eje de soporte (11), y los correspondientes perfiles de
soporte (13a), o unas piezas auxiliares (7) fijadas a los mismos,
comprenden unas segundas configuraciones de posicionamiento de
receptor (15) posicionadas con precisión respecto a dichas segundas
configuraciones de posicionamiento de módulo (14), cooperando dichas
primeras configuraciones de posicionamiento de receptor (12) con
dichas segundas configuraciones de posicionamiento de receptor (15)
para posicionar cada cuerpo base (10) en una posición operativa
predeterminada en relación con el correspondiente perfil de soporte
(13a) y con ello asegurar un grado de precisión predeterminado para
dicha trayectoria del receptor móvil (2) en relación con dicho
reflector-concentrador estacionario (1).
9. Dispositivo, de acuerdo con la reivindicación
8, caracterizado porque los perfiles de soporte (13a, 13b,
13c) están dispuestos transversalmente a la dirección de dichos
focos lineales (F) y los armazones (6) de los módulos
reflectores-concentradores (5) de cada hilera
transversal están fijados por sus extremos opuestos a dos de dichos
perfiles de soporte (13a, 13b, 13c).
10. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque la pluralidad de
perfiles de soporte (13a, 13b, 13c) comprende al menos dos primeros
perfiles de soporte (13a) y al menos un segundo perfil de soporte
(13b), cada uno dispuesto entre dos hileras transversales adyacentes
de módulos reflectores-concentradores (5), donde
cada uno de dichos primeros y segundo perfiles de soporte (13a, 13b)
tiene un par de paredes derechas (40) enfrentadas en las que están
provistas las correspondientes segundas configuraciones de
posicionamiento de módulo
(14).
(14).
11. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque cada uno de dichos
primeros perfiles de soporte (13a) tiene forma de canal abierto
superiormente donde dicho par de paredes derechas (40) enfrentadas
se extienden desde bordes laterales de una pared de fondo (41).
12. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque la pluralidad de
perfiles de soporte (13a, 13b, 13c) comprende además dos terceros
perfiles de soporte (13c) dispuestos junto a los extremos exteriores
de cada una de las hileras transversales extremas de módulos
reflectores-concentradores (5), donde cada uno de
dichos terceros perfiles de soporte (13c) tiene una pared derecha en
la que están formadas las correspondientes segundas configuraciones
de posicionamiento de módulo (14).
13. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque cada cuerpo base (10)
del mecanismo de seguimiento (4) es una caja de un reductor de
engranajes cuyo eje de salida es dicho eje de soporte (11) y cuyo
eje de entrada (44) está conectado por unos medios de transmisión de
movimiento al eje de salida de un motor de accionamiento (32)
montado en el correspondiente primer perfil de soporte (13a).
14. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado porque al menos dos de los
cuerpos base (10) del mecanismo de seguimiento (4) están instalados
en un mismo primer perfil de soporte (13a) y sus respectivos ejes de
entrada (44) están conectados por respectivos medios de transmisión
de movimiento a un único árbol de accionamiento (31) instalado a lo
largo del primer perfil de soporte (13a) y acoplado al eje de salida
de un único motor de accionamiento (32) montado en el primer perfil
de soporte (13a).
15. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizado porque el eje de soporte
(11) de cada cuerpo base (10) es paralelo a la dirección
longitudinal y está conectado fijamente a un primer extremo de un
brazo pivotante (37), el cual tiene un segundo extremo conectado por
un pasador de articulación (38) a una correspondiente pata (39) que
se extiende inferiormente desde a la estructura móvil (3), actuando
la estructura estacionaria (21), dichos brazos pivotantes (37) y la
estructura móvil (3), como un paralelogramo articulado para guiar el
movimiento de todos los elementos receptores (35) del receptor móvil
(2) al unísono respecto a sus respectivas superficies reflectantes a
lo largo de una trayectoria circular (T).
16. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 15, caracterizado porque cada brazo pivotante
(37) tiene una longitud (L) entre el eje de soporte (11) y dicho
pasador de articulación (38) que es igual a una mitad de dicho
diámetro (D) de la trayectoria circular (T), y la suma de una
primera distancia normal (d1) entre dicho punto inferior (P) de la
trayectoria circular (T) y el eje de soporte (11) y una segunda
distancia normal (d2) entre el pasador de articulación (38) y una
línea central (L) del elemento receptor (35) es igual a dicha mitad
del diámetro (D) de la trayectoria circular (T).
17. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 16, caracterizado porque el eje de soporte
(11) de cada cuerpo base (10) está desplazado hacia abajo y/o hacia
un lado respecto al centro (C) de cualquiera de las trayectorias
circulares (T).
18. Dispositivo, de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
estructura móvil (3) comprende una pluralidad de perfiles
longitudinales (33) y perfiles transversales (34a, 34b) conectados
entre sí formando una retícula, y dichos elementos receptores (35)
están soportados por sus extremos entre cada dos de dichos perfiles
transversales (34a, 34b).
\newpage
19. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 18, caracterizado porque cada uno de dichos
elementos receptores (35) comprende al menos un tubo receptor (36)
para un fluido caloportador, con un extremo de entrada (36a) y un
extremo de salida (36b) conectados y comunicados con un circuito
para dicho fluido caloportador.
20. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 19, caracterizado porque al menos uno de
dichos perfiles transversales (34a) de la estructura móvil (3) es un
perfil de sección transversal cerrada que forma un conducto de
alimentación (63a) o un conducto de retorno (63b) de dicho circuito
para el fluido caloportador, y al menos uno de dichos extremos de
entrada y salida (36a, 36b) de cada tubo receptor (36) está
conectado y comunicado con un respectivo conducto de dichos
conductos de alimentación y retorno (63a, 63b) formado por el perfil
transversal (34a).
21. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 20, caracterizado porque el tubo receptor (36)
de cada elemento receptor (35) está doblado de manera que sus
extremos de entrada y salida (36a, 36b) están en un mismo extremo
del elemento receptor (35), y los conductos de alimentación y
retorno (63a, 63b) están formados por un único perfil transversal
(34a) de la estructura móvil (3) o por dos perfiles transversales
situados uno junto al otro.
22. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el elemento superior
(18), que es al menos uno, de cada módulo
reflector-concentrador (5) es una chapa superior
metálica arqueada que tiene una superficie exterior pulida para
formar la porción de superficie reflectante (8), que es al menos
una.
23. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 22, caracterizado porque cada módulo
reflector-concentrador (5) comprende además una
chapa inferior (20) y un material de relleno (77) dispuesto entre el
elemento superior (18) y la chapa inferior (20), estando dicho
material de relleno (77) adherido al elemento superior (18), a la
chapa inferior (20) y al armazón (6).
24. Dispositivo, de acuerdo con la
reivindicación 18, caracterizado porque cada uno de los
elementos receptores (35) está soportado giratoriamente por sus
extremos de manera que puede girar respecto a un eje longitudinal, y
varios elementos receptores (35) están conectados por unos medios de
transmisión de movimiento a una polea conductora (40) centrada en el
pasador de articulación (38) y unida fijamente al brazo pivotante
(37), siendo la relación de transmisión tal que la velocidad de giro
de los elementos receptores (35) es la mitad que la velocidad de
giro del brazo pivotante (37).
25. Dispositivo, de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
porciones de superficie reflectante (8) están situadas a un nivel
superior respecto a unos bordes superiores de dichos perfiles de
soporte (13a, 13b, 13c), y un dispositivo automático de limpieza
está configurado y dispuesto para desplazar unos elementos de
limpieza a lo largo de la dirección longitudinal de las superficies
reflectantes en cooperación con un líquido de limpieza.
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