ES2340091T3 - Plataforma solar. - Google Patents

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Abstract

Plataforma solar flotante que comprende un puente (10, 21) unido a elementos de flotación (11), medios de captación (14, 23) de la energía solar recibida, asociados al citado puente y, dispuestos sobre éste, medios de conversión de esta energía (16, 24), medios de almacenamiento (19) del producto de esta conversión y primeros medios de propulsión (12) que permiten desplazaría hacia lugares donde ésta puede beneficiarse de una insolación óptima, medios de control de sus trayectorias, que actúan sobre los citados medios de propulsión y que comprenden un sistema de navegación asociado a un algoritmo de optimización predictivo de la posición en latitud y en longitud, que tiene en cuenta las condiciones meteorológicas locales o los datos logísticos particulares para una elección óptima de su localización, caracterizado por que el citado algoritmo permite, además, ajustar la posición de la plataforma en función de la fecha del día en que ésta se encuentra.

Description

Plataforma solar.
La presente invención se refiere generalmente al ámbito de la explotación de la energía solar. De modo más particular, ésta se refiere a una plataforma solar flotante que permite captar de manera óptima la energía solar, convertirla y almacenarla.
De modo más preciso, la invención se refiere a la búsqueda de una solución a la problemática del agotamiento de los recursos de hidrocarburos y del final de la era del petróleo a buen precio.
Los sistemas de las centrales electro-termo-solares, del tipo "costas adentro" necesitan una gran ocupación de suelo y están sometidos a diferentes problemas tales como: vientos de arena que provocan una abrasión acelerada de los espejos o de los paneles fotovoltaicos, ciclos de humedad día-noche que provocan un enmugrecimiento que da lugar a costes de mantenimiento elevados y un deterioro de las superficies funcionales. Además, tales sistemas necesitan infraestructuras de transporte eléctrico costosas, finalmente, la elevación de la temperatura ambiente penaliza la eficacia energética de los ciclos termodinámícos (temperatura de la fuente fría) e incluso aquélla de los sistemas fotovoltaicos (cuanto más elevada es la temperatura de unión, más disminuye el rendimiento).
Estas dificultades pueden ser superadas recurriendo a plataformas flotantes en un elemento liquido. Una de éstas está descrita, por ejemplo, en el documento US 4786795. Esta está dotada de medios de orientación que la permiten una recepción óptima de los rayos del sol, pero presenta el grave inconveniente de estar fijada en el fondo del agua, lo que la hace dependiente de las condiciones de insolación locales.
El documento DE 197 58 309 describe un barco solar capaz de dirigirse, bajo las órdenes de un sistema de navegación, hacia los lugares donde puede beneficiarse de una insolación óptima.
Ciertamente, el documento US 7 047 114 propone un algoritmo de optimización de las trayectorias de un navío, pero sirve únicamente para protegerlo contra los riesgos de colisión y de tempestad.
Uno de los objetos de la presente invención es facilitar una plataforma solar flotante "superinteligente", capaz de ofrecer siempre las mejores prestaciones.
De modo más preciso, la invención se refiere a una plataforma solar flotante que comprende un puente unido a elementos de flotación, medios de captación de la energía solar recibida, asociados al citado puente y, dispuestos sobre éste, medios de conversión de esta energía, medios de almacenamiento del producto de esta conversión y primeros medios de propulsión que permiten desplazarla hacia lugares donde ésta puede beneficiarse de una insolación óptima, medios de control de sus trayectorias, que actúan sobre los citados medios de propulsión y que comprenden un sistema de navegación asociado a un algoritmo de optimización predictivo de la posición en latitud y en longitud, que tiene en cuenta las condiciones meteorológicas locales o los datos logísticos particulares para una elección óptima de su localización, caracterizado por que el citado algoritmo permite, además, ajustar la posición de la plataforma en función de la fecha del día en que ésta se encuentra.
De acuerdo con un primer modo de realización ventajoso, los citados medios de captación están dispuestos sobre el puente y la plataforma comprende, además, segundos medios de propulsión para hacerles efectuar una rotación giroscópica según un eje vertical central con el fin de optimizar la aportación de la insolación.
De acuerdo con un segundo modo de realización ventajoso, la plataforma está asociada a miniplataformas flotantes y los citados medios de captación están dispuestos sobre aquéllas que comprenden entonces segundos medios de propulsión para hacerles efectuar una rotación giroscópica según un eje vertical central con el fin de optimizar la aportación de la insolación.
Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la descripción que sigue, hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 representa una plataforma orientable con posicionamiento global giroscópico,
- la figura 2 representa un conjunto constituido por una plataforma central y elementos captadores o miniplataforma orientables.
- las figuras 3 y 4 muestran diferentes vistas de un concentrador extraplano que puede ser utilizado en las plataformas de la invención.
La plataforma representada esquemáticamente en la figura 1 tiene de base un puente 10 extendido y vaciado gracias a estructuras trianguladas aligeradas, por ejemplo, con traviesas cruzadas. En estas estructuras están integrados flotadores de suspensión 11. En variante, éstas pueden ser reemplazadas por almohadillas flotantes y ligeramente presurizadas.
Medios de propulsión 12 permiten desplazar la plataforma hacia lugares en los que puede beneficiarse de una insolación óptima. Ventajosamente, las trayectorias de la plataforma pueden ser controladas por medio de un sistema GPS asociado a un algoritmo de optimización predictivo de la posición en latitud y en longitud basado, por ejemplo, en la ley de Cook (véase http://fred.elle.free.fr/cadrans_solaires.htm). Con respecto a la solución de una plataforma mantenida en una posición fija, esta capacidad de ajuste de la posición según la fecha permite una ganancia en eficacia (rendimiento energético global) del orden del 15%. Ventajosamente, el algoritmo de optimización puede, además, tener en cuenta las condiciones meteorológicas locales o los datos logísticos particulares para una elección óptima de la localización.
El seguimiento del sol en su movimiento aparente y la estabilización en posición de la plataforma para contrarrestar el efecto del viento y de las olas se efectúan gracias a una rotación giroscópica del conjunto según un eje vertical central con el fin de optimizar la aportación de la insolación. Este seguimiento en rotación está asegurado por un juego de al menos tres hidropropulsores 13 (de los cuales solamente aparecen dos en el dibujo) dispuestos según un triángulo equilátero. El empuje de cada hidropropulsor está controlado, haciéndose la regulación giroscópica, por ejemplo, de manera conocida, gracias, a tres haces láser con un posicionamiento GPS.
La plataforma está equipada con una pluralidad de concentradores 14, por ejemplo, del tipo de reflector extraplano constituido ventajosamente, como muestra la figura 3, por láminas 15 de diversas anchuras y ángulos de inclinación diferentes, que están dispuestas paralela y simétricamente con respecto a un eje horizontal XX. El ángulo de inclinación para una lámina de orden "i" es la solución de una ecuación polinómica de noveno grado que tiene como variable la tangente del semiángulo de inclinación. Esta solución optimiza la energía recogida en el foco óptico 16 del concentrador cuando éste coincide con su foco geométrico al tiempo que reduce el espacio perjudicial entre las láminas.
El foco óptico 16 del concentrador está ocupado por un tubo caldera horizontal que recibe la luz concentrada de manera directa. En una variante de realización (no representada), la recepción de la luz puede hacerse por medio de un reflector secundario de dobles espejos simétricos y de abertura modulable según la hora del día. El objeto es optimizar, de manera automática y autoadaptativa, la tasa de concentración cualquiera que sea la hora del día.
Los concentradores 14, dispuestos horizontalmente sobre la plataforma pueden se fijos, o pivotantes, según el eje horizontal XX. En el primer caso, las filas de concentradores están yuxtapuestas y las separa un espacio perjudicial muy pequeño (10% como máximo de la anchura de una fila). En el segundo caso, las filas son pivotantes, por medios apropiados, según el eje XX y están distantes con el fin de tener en cuenta el efecto de sombra ("shadow effect") pero entonces no se provoca ningún efecto de borde como consecuencia del pivotamiento de la plataforma alrededor de su eje vertical.
Las láminas 15 están fijadas a un soporte de estructura metálica ligera gracias a "grapas" que evitan cualquier operación de atornillamiento u otras piezas añadidas. Así, la colocación de las láminas y su "grapado" pueden estar completamente robotizados durante el montaje de los concentradores en la plataforma. Ventajosamente, las láminas pueden contener un tubo metálico que asegure su refuerzo longitudinal.
El tubo caldera dispuesto en el foco óptico 16 permite convertir la energía solar captada según las diferentes posibilidades siguientes:
-
producción directa de electricidad por utilización del efecto termo fotovoltaico (TPV);
-
producción directa de electricidad por la utilización de células fotovoltaicas;
-
producción directa mixta de electricidad (TPV) y de vapor ("Direct Steam Generation" o DSG) para los ciclos termodinámicos embarcados;
-
producción directa mixta de electricidad (TPV) y de aire caliente para los ciclos termodinámicos embarcados;
-
producción directa de vapor (DSG);
-
producción directa de aire caliente para los ciclos dinámicos embarcados; y
-
producción directa mixta de vapor (DSG) y de aire caliente a alta temperatura.
El método DSG está asegurado con la ayuda de tubos coaxiales que incluyen una capa de material de tipo "Phase Change Material o PCM" que garantiza una estabilización de la temperatura de vaporización. La inyección de agua que garantiza el DSG se asegura con la ayuda de válvulas autocontroladas.
De acuerdo con una variante, pueden utilizarse concentradores extraplanos de foco puntual en lugar de los concentradores de foco lineal descritos anteriormente.
Es evidente que la presente invención no se limita a la utilización de captadores del tipo descrito anteriormente y que pueden utilizarse otros captadores, tales como las células fotovoltaicas.
Como muestra la figura 1, la plataforma comprende todavía al menos un condensador 17 sumergido en el fondo marino y que sirve de fuente fría para los ciclos termodinámicos, una central de potencia 18 para alimentar funciones locales y medios 19 de almacenamiento de energía en forma apropiada (vapor, H2, aluminio líquido, etc.). Finalmente, se observará la presencia de colectores 20 de fluido caloportador que retienen los tubos calderas en los diferentes elementos antes citados.
Se hará referencia ahora a la figura 2 en la cual los elementos idénticos a aquéllos de la figura 1 están indicados por los mismos números de referencia. En este modo de realización, un puente central 21 sin capacidad de rotación sobre sí mismo está asociado a una pluralidad de miniplataformas flotantes 22 que llevan concentradores 23 idénticos a aquéllos de la figura 3. Las miniplataformas son capaces de orientarse de manera autónoma igual que las láminas de los concentradores, como se describió anteriormente. La luz recibida por los concentradores 23 es dirigida hacia un foco caldera 24 dispuesto en la parte superior de una torre 25 de la plataforma 21 y destinado a operar la conversión de energía como los tubos caldera de la figura 1. Ventajosamente, la plataforma está dispuesta para almacenar las miniplataformas 22 cuando éstas no están en servicio o para el transporte. Finalmente, el fondo de la plataforma constituye un depósito de agua que sirve de condensador para el ciclo vapor y, accesoriamente, de unidad de desalinización.
Además de las funciones anteriormente enumeradas, la plataforma de acuerdo con la invención permite desarrollar actividades no energéticas tales como la producción de cloro por simple electrólisis del agua de mar necesaria para la producción de hidrógeno, las actividades de acuacultura y agroalimentarias ligadas a la pesca, el transporte de agua potable producida por desalinización o cualquier otro medio.
Así, se propone una plataforma solar flotante capaz, a la vez, de desplazarse hacia una localización ideal, de orientarse ella misma y orientar a sus captadores con miras a una exposición óptima a los rayos del sol, Los diferentes tipos descritos de conversión de la radiación y de almacenamiento de la energía hacen de esta plataforma una herramienta particularmente rentable y de coste de fabricación (energía gris) muy reducido con respecto a las centrales solares terrestres.

Claims (13)

1. Plataforma solar flotante que comprende un puente (10, 21) unido a elementos de flotación (11), medios de captación (14, 23) de la energía solar recibida, asociados al citado puente y, dispuestos sobre éste, medios de conversión de esta energía (16, 24), medios de almacenamiento (19) del producto de esta conversión y primeros medios de propulsión (12) que permiten desplazaría hacia lugares donde ésta puede beneficiarse de una insolación óptima, medios de control de sus trayectorias, que actúan sobre los citados medios de propulsión y que comprenden un sistema de navegación asociado a un algoritmo de optimización predictivo de la posición en latitud y en longitud, que tiene en cuenta las condiciones meteorológicas locales o los datos logísticos particulares para una elección óptima de su localización, caracterizado por que el citado algoritmo permite, además, ajustar la posición de la plataforma en función de la fecha del día en que ésta se encuentra.
2. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que los citados medios de captación (14) están dispuestos sobre el puente (10) y porque comprende, además., segundos medios de propulsión (13) para hacerles efectuar una rotación giroscópica según un eje vertical central con el fin de optimizar la aportación de insolación.
3. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que está asociada a miniplataformas flotantes (22), porque los citados medios de captación (23) están dispuestos sobre éstas y porque éstas comprenden segundos medios de propulsión para hacerlas efectuar una rotación giroscópica según un eje vertical central con el fin de optimizar la aportación de la insolación.
4. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada por que los citados segundos medios de propulsión comprenden hidropropulsores controlados por un sistema GPS.
5. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los citados medios de captación comprenden células fotovoltaicas.
6. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que los citados medios de captación comprenden concentradores (14) de foco lineal.
7. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada por que los citados concentradores (14) están constituidos por láminas (15) de diversas anchuras y de ángulos de inclinación diferentes, que están dispuestas paralela y simétricamente con respecto a un eje horizontal (XX).
8. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que los citados concentradores son fijos.
9. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que los citados concentradores son pivotantes con el fin de recibir un máximo de insolación evitando cualquier efecto de sombra.
10. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por que los citados medios de conversión están constituidos por un tubo caldera, dispuesto en el foco (16) de los citados concentradores.
11. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que los citados medios de captación comprenden concentradores (14) de foco puntual.
12. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada por que los citados medios de conversión están constituidos por una caldera (24), dispuesta en el foco (16) de los citados concentradores.
13. Plataforma de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los citados medios de conversión están adaptados para la realización de al menos una de las funciones siguientes:
-
producción directa de electricidad por utilización del efecto termo fotovoltaico (TPV), estando revestido el tubo con una capa fotovoltaica;;
-
producción directa mixta de electricidad (TPV) y de vapor ("Direct Steam Generation" o DSG) para los ciclos termodinámicos embarcados;
-
producción directa mixta de electricidad (TPV) y de aire caliente para los ciclos termodinámicos embarcados;
-
producción directa de vapor (DSG):
-
producción directa de aire caliente para los ciclos dinámicos embarcados; y
-
producción directa mixta de vapor (DSG) y de aire caliente a alta temperatura.
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