ES2373302B1 - Concentrador solar. - Google Patents

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Abstract

Concentrador solar que comprende:#- una pluralidad de lentes Fresnel (5) dispuestas en una configuración poliédrica, y#- una pluralidad de espejos (2) dispuestos alrededor de la pluralidad de lentes Fresnel,#configurados la pluralidad de lentes Fresnel (5) y la pluralidad de espejos (2) de tal manera que los espejos (2) concentran la energía en las lentes Fresnel (5) y éstas a su vez, concentran la energía en un receptor (3).

Description

Concentrador solar.
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del campo de las tecnologías y diseños utilizados para la concentración solar.
Antecedentes
Actualmente las tecnologías y diseños utilizados para la concentración solar en centrales termosolares son los siguientes:
Cilindros parabólicos: la energía solar es concentrada por espejos parabólicos en un tubo receptor colocado a lo largo del centro de la superficie curvada. Esta energía calienta un aceite que fluye por una tubería, y este calor se utiliza entonces para generar electricidad en un generador convencional de vapor.
Un colector solar comprende muchas hileras de tubos en paralelo alineados de norte a sur. Esta configuración permite seguir el sol de este a oeste durante todo el día. Este diseño puede incorporar unidades de almacenamiento de calor permitiendo generar varias horas más de electricidad.
Estas centrales suelen tener una potencia de 50-250 MW.
1a. Espejos Fresnel: la concentración en este caso se realiza mediante espejos colocados horizontalmente y ligeramente inclinados que reflejan la luz a otra superficie de espejos curvada que a su vez concentra la energía en un tubo por el que pasa un fluido o vapor de agua. Potencia de 1-30 MW.
2. Discos Parabólicos:
Espejos parabólicos que concentran la energía solar en un solo punto o foco. Estos concentradores están montados en seguidores de doble eje. El calor colectado se utiliza normalmente en un motor de calor montado en el foco y que, a su vez, sigue al sol. Los ciclos más usados son el Stirling y el Bryton. Potencia 10-50 kW.
No se emplea aun con esta tecnología ningún sistema de almacenamiento de calor.
3. Torre central: la tecnología utiliza muchos espejos con seguidor llamados helióstatos que concentran la luz en un receptor en lo alto de una torre. Un fluido se calienta cuando pasa por el receptor para generar vapor y mover una turbina convencional que produce electricidad. Se le puede acoplar un sistema de almacenamiento de calor. Su potencia va desde 10-200 MW.
Por otro lado, la torre solar se está probando para utilizar la energía solar concentrada y craquear la molécula del agua para la producción de hidrógeno, aunque este sistema está en periodo de investigación.
La tecnología actual requiere grandes superficies. Esto unido a la potencia mínima instalable y la eficiencia solar, hace imposible acercar estas centrales a los núcleos de consumo. Esto supone que las inversiones requeridas sean muy altas tanto en la central como en el transporte de la energía, haciendo que estas centrales no puedan competir todavía con centrales térmicas convencionales.
Por consiguiente, el problema es el bajo aprovechamiento de la superficie, la baja eficiencia energética y el alto coste.
Descripción de la invención
La invención se refiere a un concentrador solar que comprende:
-
una pluralidad de lentes fresnel dispuestas en una configuración poliédrica, y
-
una pluralidad de espejos dispuestos alrededor de la pluralidad de lentes fresnel,
configurados la pluralidad de lentes fresnel y la pluralidad de espejos de tal manera que los espejos, con seguidor/es
o no, concentran la energía en las lentes Fresnel y éstas a su vez, concentran la energía en un receptor.
Las características principales de una lente Fresnel son las de ser extremadamente delgada y ligera y, a su vez, tener un factor alto de concentración. Por esto, se pueden montar fácilmente en cualquier estructura.
Con este tipo de concentradores solares se logra que una pluralidad de lentes fresnel concentren la radiación solar en un solo punto (receptor), reduciendo la superficie utilizada en un 70-85% y el volumen un 98% respecto a las tecnologías actuales, para obtener la misma densidad energética. El factor de concentración que se obtiene está entre 220 y 100.000, dependiendo ésto del diseño óptico de la lente Fresnel, del material de la misma y del número de lentes que se emplee.
Distribuyendo las lentes Fresnel en la superficie en configuración poliédrico se logra que todos los puntos focales de las lentes lleguen al receptor central. Por lo que el sumatorio de éstos supone otro grado más de concentración.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 muestra una vista en planta de un concentrador solar con semi-esfera geodésica de lentes Fresnel.
La Figura 2 muestra una vista en planta esquema de un concentrador solar con esfera geodésica de lentes Fresnel.
La Figura 3 muestra una vista superior de un concentrador solar con esfera geodésica de lentes Fresnel.
La Figura 4 muestra una vista en planta de un concentrador solar con una pluralidad de espejos individuales.
En las figuras anteriormente citadas se identifican una serie de referencias que corresponden a los elementos indi
cados a continuación, sin que ello suponga carácter limitativo alguno:
1.-Esfera geodésica de lentes Fresnel.
2.-Espejos.
3.-Receptor.
4.-Semi-esfera geodésica de lentes Fresnel.
5.-Lentes Fresnel. Descripción detallada de un modo de realización
Las figuras 1 y 2 muestran dos realizaciones referidas al concentrador solar descrito. La figura 1 muestra un concentrador solar en el que las lentes fresnel (5) tienen configuración de semi-esfera geodésica (4) y la Figuras 2 muestra un concentrador solar en el que las lentes Fresnel tienen configuración de esfera geodésica (1).
Los espejos (2) pueden ser helióstatos individuales con o sin seguidor, como se muestra en la figura 4, o un cinturón, como se muestra en las figuras 1 y 2, y pueden estar montados en hileras con seguidor, como se muestra en las figuras 1 y 2, o sin él, como se muestra en la figura 4.
Este concentrador solar se puede acoplar a turbinas convencionales, de ciclo Bryton, Rankine o motores Stirling. Además de a motores de condensación para aire acondicionado.
También se puede usar simplemente para calentar agua, aire, incluso para hacer pruebas de resistencia térmica de materiales o como horno de fundición. Se puede usar también para desalar agua o como horno para cocinar.
Además se le puede acoplar un LASER que se podría utilizar para la producción de hidrógeno o incluso como herramienta terapéutica.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Concentrador solar caracterizado por que comprende: -una pluralidad de lentes Fresnel (5) dispuestas en una configuración poliédrica, y -una pluralidad de espejos (2) dispuestos alrededor de la pluralidad de lentes Fresnel,
    configurados la pluralidad de lentes Fresnel (5) y la pluralidad de espejos (2) de tal manera que los espejos (2) concentran la energía en las lentes Fresnel (5) y éstas a su vez, concentran la energía en un receptor (3).
  2. 2.
    Concentrador solar según reivindicación 1 caracterizado por que la configuración poliédrica de la pluralidad de lentes Fresnel es una configuración en esfera geodésica (1).
  3. 3.
    Concentrador solar según reivindicación 1 caracterizado por que la configuración poliédrica de la pluralidad de lentes Fresnel es una configuración en semiesfera (4) geodésica.
  4. 4.
    Concentrador solar según reivindicaciones 1-3 caracterizado por que la pluralidad de espejos (2) son espejos individuales.
  5. 5.
    Concentrador solar según reivindicaciones 1-3 caracterizado por que la pluralidad de espejos están dispuestos en hileras a modo de cinturón alrededor de las lentes Fresnel con configuración poliédrica.
  6. 6.
    Concentrador solar según reivindicaciones 1-5 caracterizado por que los espejos comprenden al menos un seguidor.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201132138
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 29.12.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F24J2/08 (2006.01) F24J2/10 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoria
    @ Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X X X A A US 2009078249 A1 (LIU TRICIA) 26.03.2009, todo el documento. WO 2009105587 A2 (BUCKY SOLAR INC et al.) 27.08.2009, todo el documento. DE 202006001083 U1 (DOHM RUDOLF et al.) 28.12.2006, párrafos [0003],[0004]; figuras 1,2. ES 2113317 A1 (SANTANDER CERBELL ROBERTO) 16.04.1998, todo el documento. 1-6 1-6 1 4 1,3
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado � para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realizaci6n del informe 20.01.2012 Examinador D. Hermida Cibeira Pagina 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201132138
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F24J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINION ESCRITA
    Nº de solicitud: 201132138
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.01.2012
    Declaraci6n
    Novedad (Art. .1 LP 11/198 )
    Reivindicaciones Reivindicaciones 2-6 1 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 )
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-6 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opini6n.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINION ESCRITA
    Nº de solicitud: 201132138
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Numero Publicaci6n o Identificaci6n Fecha Publicaci6n
    D01
    US 2009078249 A1 (LIU TRICIA) 26.03.2009
  7. 2. Declaraci6n motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecuci6n de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraci6n
    La presente invención se refiere a un concentrador solar. Se considera que el documento D01 es el más cercano del estado de la técnica al objeto de la reivindicación 1. En dicho documento, al cual pertenecen las referencias numéricas que siguen, se divulga un concentrador solar (párrafo [0036]; figura 1) que comprende una pluralidad de lentes Fresnel (131) (párrafo [0040]) dispuestas en una configuración poliédrica
    (100) y un elemento reflectante (300) dispuesto alrededor de la configuración poliédrica. Dicho elemento reflectante (300) puede consistir en una pluralidad de espejos individuales configurados como pirámides reflectantes (302) (párrafo [0047]; figura 6). El elemento reflectante (300) concentra la energía solar en las lentes Fresnel (131) y estas, a su vez, en un receptor (200) (párrafo [0042]). De acuerdo con lo que se acaba de exponer, se considera que la reivindicación 1 carece de novedad (Art. 6, LP 11/1986) y de actividad inventiva (Art. 8, LP 11/1986). Por otra parte, se considera que las reivindicaciones 2 y 3, así como sus reivindicaciones dependientes 4-6, son nuevas (Art. 6, LP 11/1986), ya que no se establece que la configuración poliédrica (100) de las lentes Fresnel (131) sea una esfera geodésica o una semiesfera geodésica. En cuanto a la actividad inventiva de las reivindicaciones 2-6, se considera que a un experto en la materia que partiese del documento D01 le resultaría evidente desarrollar el objeto de dichas reivindicaciones. En efecto, en dicho documento se divulga también una configuración (100) de otros elementos concentradores (141) en forma de esfera geodésica (101) (párrafo [0046]; figura 5) o semiesfera geodésica (figura 7). Por otra parte, es algo muy común en el estado de la técnica la disposición alrededor de un receptor de espejos individuales (heliostatos) aislados o en hileras siguiendo el movimiento del sol y concentrando la radiación solar en dicho receptor. De acuerdo con lo expuesto en el párrafo anterior, se estima que las reivindicaciones 2-6 carecen de actividad inventiva (Art. 8, LP 11/1986).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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