ES2399787B1

ES2399787B1 - Sistema y método de unión articulada de elementos reflectores solares a estructuras soporte

Info

Publication number: ES2399787B1
Application number: ES201031634A
Authority: ES
Inventors: Josep Ubach Cartategui; Ignacio GARCÍA-CONDE NORIEGA
Original assignee: Rioglass Solar SA
Current assignee: Rioglass Solar SA
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2014-03-25
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: PT2390598E; WO2011151280A2; EP2390598A1; ES2399787A2; CN103097831A; CN103097831B; MA34339B1; ZA201209032B; WO2011151280A3; ES2542230T3; EP2390598B1; ES2399787R1; US20130087138A1

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de unión articulada entre un elemento reflector empleado en un colector de concentración termosolar y su estructura soporte. El sistema permite la unión entre el espejo reflector y la estructura soporte en todos sus puntos de anclaje sin que aparezca ningún tipo de esfuerzos debidos a desviaciones angulares sobre el reflector. Comprende un cuerpo principal de unión (2), destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio (14) destinado a recibir un elemento de fijación macho (3), y unos medios de junta adaptables que permiten el giro libre en el espacio de la unión entre el elemento reflector (13) y la estructura soporte. Los medios de junta adaptables comprenden un orificio pasante (15) destinado a dejar pasar a su través un vástago roscado (3) que dispone de un primer extremo para fijación en el orificio del cuerpo principal de unión (2) y un segundo extremo receptor de un tuerca o hembra roscada destinada a fijar de forma rígida todo el conjunto elemento reflector (13) y estructura soporte.

Description

08~11 -2010

SISTEMA Y MÉTODO DE UNiÓN ARTICULADA DE ELEMENTOS REFLECTORES SOLARES A ESTRUCTURAS SOPORTE

5: Campo técnico de la Invención

10 1 S: La presente invención se refiere a un sistema de unión articulada de element os reflectores solares a estru cturas soporte. Este sistema garantiza por un lado la inmovilidad espacial y temporal (continuidad y permanencia) durante la vida del elemento reflector frente a las fuerzas que actúan sobre el sistema, y al mismo tiempo, garanti za durante los procesos de fijación y ancl aje de los elementos reflectore s a la estructura soporte, un equilibrio elástico temporal que minimiza los esfuerzos sobre el elemento reflector manteniéndole en su posición relajada de equilibrio y por tanto conservando sus propiedades ópticas de concentración.

20: Este sistema de unión articulada es de apli cación a la uni ón de elementos reflectores a estructuras soporte dentro del ámbito de la generación de energía eléctrica por concentración a partir de la radiación solar.

Antecedentes de la Invención

2S: La tecnología en la que se enmarca la presente invención, conocida como tecnología termosolar de concentración, permite, gracias a las elevadas temperaturas obtenidas al concentrar la radiación solar, la obtención de vapor o aire cali entes que se emplearán para la generación de electri cidad sigui endo procesos convencionales.

30: De entre las diferentes variantes para generar electricidad por concentración de la radiación solar, la utilización del elemento de fijación objeto de la presente invención resulta especialm ente ventajosa para la tecnología cilindro parabólica (CCP).

08~11 -2010

En el contexto de esta invención, se denomina geometría tipo cilíndrico a aquella superficie que está formada por rectas paralelas y cuya intersección en cualquier punto de la superficie con un plano perpendicular a las mismas detennina una curva constante En el caso particular en que la citada sección defina una curva sustancialmente parabólica, diremos que tiene una geometría cilindro-parabólica.

La tecnología CCP utiliza colectores que captan la radiación solar mediante una serie de reflectores de sección cilindro-parabólica que concentra los rayos solares sobre un tubo receptor situado en la línea focal de los reflectores. A través de este tubo fluye el fluido de trabajo mientras se calienta, hasta finalmente transferir su calor a una caldera o un sistema de acumulación de potencia. Ambos, reflector y tubo receptor (también llamado tubo absorbedor), van montados sobre una estructura metálica que aporta rigidez al sistema, y permite realizar el movimiento de seguimiento del sol alrededor de un eje de giro para optimizar la radiación incidente. Al conjunto formado por reflectores, tubo absorbedor, estructura sopo rte y sistema de seguimiento se le conoce como colector solar.

Los reflectores empleados en la captación de la radiación, deben presentar una alta precisión geométrica de concentración en su fabricación, la cual viene definida por la característica intrínseca del reflector denominada Factor de Interceptación. El Factor de Interceptación se define como la relación existente entre la energía que el reflector es capaz de refl ejar sobre el tubo abso rbedor y el total de energía que incide sobre el reflector, expresada en términos porcentuales.

Un colector de una central de concentración solar es un sistema de precisión, donde la estructura sobre la que se monta el sistema de captación, debe presentar una exactitud de posicionado suficiente para que, al realizar el montaje de reflectores y tubo absorbedor, la posición relati va entre ellos sea lo más próxima posible a la teórica, y por tanto, se mantenga el Factor de Interceptación con el que ha sido fabricado el reflector.

Sin embargo, la disposición y fijación de los reflectores sobre la estructura soporte, no garantizan que el porcentaje de radiación solar reflejada sobre el tubo absorbedor sea el

08~ 11 -2010

definid o por el Factor de Interceptación del refl ector, sino que se asum e una pérdida de

interceptación inevitable una vez finali zado el proceso de montaje. Di cha pérdid a de

interceptación será más o menos importante dependi endo de la precisión de fabri cación

y montaje de la estructura metáli ca, de la calid ad de la superfi cie del refl ector y de la

S: calidad de la uni ón entre reflector y estructura. Esto obliga a procesos de fabri cación y

ensambl ado de la estructura metáli ca de elevado coste, que garanticen una precisión

mínima, y aún así, sigue siendo inevitabl e la pérdida de interceptación. Del mi smo

modo, la uni ón entre refl ector y estructura se convierte en un parámetro críti co en el

proceso de fa bri cación del refl ector, exigiendo precisiones de montaj e tan elevadas que

10: rozan los límites de lo técnicamente factibl e y requi eren costosos control es de cali dad.

El componente fun cional para la ca ptación de la radi ación solar en la generación de

energía term osolar es el colector. Debido al gran desarroll o experimentado por esta

industria a lo largo de los úl timos años, se ti enen gran vari edad de di seños de colectores,

15: algun os ej empl os de los cual es se pueden ve r en los docum ent os ES2 2747 10A I,

ES2326303A l .

En plantas co merciales actualmente en construcción y operación basadas en tecnología

CC P, el tipo de colector utili zad o, aunque con di stintas vari antes, presenta las mi smas

20: caracten sti cas básicas. La longitud de uso común de ca da colector varía entre IDO y 1SO

metros. A su vez, cada colector se subdi vide en módul os de generalm ente de 12 m de

longitud, que constituyen la unid ad constru cti va durante el montaje. Cada módul o,

consta de los sigui entes el ementos básicos:

25: El reflector cilindro parabóli co: La radi ación solar incide directamente en el

refl ector que la refleja y concentra en la línea focal de la parábola ex truida.

Ex isten diversas variantes de refl ectores con di stintos materiales, como

pl ásti cos, vidri os, metal es .. Sin embargo, hasta ahora, los refl ectores que han

demostrado su vali dez y que se están utili zando comerci alm ente en los ca mpos

30: solares utilizan un sustrato de vidrio. Una configuración típica de un refl ector

solar paráboli co, es un vidri o monolíti co o laminar, con O sin tratami ento

térmico, de 4 ó S mm de espesor y de dimensiones aproximadas en desarrollo en

08~11 -2010

torno a 1700 mm por 1600 mm . Generalmente cada módulo lleva montados 28

refl ectores dispuestos a lo largo 7 secciones ci lindro-parabólicas, de forma que

cada sección consta de cuatro refl ectores indi viduales

Tub o absorb edor: Recib e la radiación concentrada de los refl ectores que

5: transfi ere en form a de energía calorífi ca a un fluido que circula por su intenor.

Estructura mecánica de soporte: Sirve de soporte al resto de los componentes,

asegurando la posición relati va entre ell os y aportando rigidez al sistema .

Sistema de seguimiento: Mecani smo que hace girar al conjunto alrededor de un

úni co eje, de forma que se optimi ce la radi ación solar incidente sobre el área de

10: apertura de los refl ectores.

La estructura metáli ca debe ser ca paz de aguantar los esfu erzos en el transport e y

mont aje así como las soli citaci ones en operaci ón, tales como cargas de viento,

térmi cas .. A sU vez, debe permitir la uni ón adecuad a y con la precisión sufi ciente de

1 S: todos los di stintos componentes que garanti ce el rendimiento óptico del conjunto.

Existen múltipl es vari antes en el di seño de estructuras. No obstante, el di seño que ha

alcanzado mayor implantación en la actualidad y para el cual resulta más ventajosa la

presente inve nción, es el denominado "estructura de cuerpo central y brazos". Esta

estructura, comprend e un cuerpo central, tambi én ll amado caja o tubo de torsión,

20: di spuesto paralelamente al eje del tubo absorbedor, al que se fijan perpendi cul armente

un conjunto de brazos, norm alm ente con estructura metáli ca de celosía en voladi zo.

Sobre estos brazos se fij arán posteri ormente los refl ectores en un núm ero determ inado

de uni ones rí gidas, de form a general al menos cuatro por refl ector. Ejempl os de este

tipo de estructura lo con stituyen los docum entos anteri orm ente mencionados

25: ES227471OA1, ES2326303A l.

De entre todos los componentes necesari os para el fun cionami ent o de un a planta de

generación eléctri ca term osolar, los refl ectores se sitúan entre los más criti cos para su

producti vidad. Las caracterí sti cas que determin an la calidad del refl ector, son la

30: refl ectividad, que depende del material y método de apli cación de las capas refl ectantes,

y el Factor de Interceptación, qu e depend e excl usivament e de las bondades de la

geometría del refl ector. El valor de ambos parámetros, es directamente proporcional al

08~ 11 -2010

valor de la energía producida en una central termosolar, y por tanto, al ni vel de ingresos

de la mi sma. Esto signifi ca que un incremento en un punto porcentual del Factor de

Interceptación, se refl eja automáti camente en un in cremento en los ingresos económi cos

de la pl anta generadora e n, aprox imadam ente, un punto porcentual (ligeramente

S: inferi or).

Las principales tecnologías actuales de concentración, entre ell as la tecnología cep, se

basan conceptualmente en las propiedades geométri cas de la parábola. De la apli cación

de es tas pro pi edades, se desprend e que el Facto r de Interceptación depende

10: exclusivamente de la dirección de la recta tangente a la parábola en cada punto. Se tiene

entonces, que cuando la form a real de la paráb ola presenta variaciones respecto a su

geometrí a teóri ca, signifi ca que la pendi ente de la recta tangente en ese punto ha

vari ado. En estas condiciones, el rayo reflejado ya no incide en el punto focal teórico,

sino que presenta una desviación angul ar respecto a éste, siendo el valor de este ángul o

1 S: exactamente el doble del que defin en en ese punto la recta tangente teóri ca y la nueva

recta tangente real.

Del anterior párrafo se deduce la extrema sensibilidad de la geometrí a parabóli ca, donde

pequeñas de form aciones locales del orden de 10 a 20 mrad e incluso meno res,

20: inmedibles mediante los sistemas convencionales de medición, pueden provocar pérdida

de incidencia de la radi ación en el foco, y por tanto graves perjui cios económi cos en el

rendimiento de la central tennosolar.

La determinación de la geometria ópti ca (o Factor de Interceptaci ón) durante el proceso

2S: de fabri cación de los refl ectores, es úni camente posibl e mediante métodos ópticos ya

sean directos o indirectos de refl exión del rayo de luz. Durante el proceso de medición,

el sustrato cilindro-parabóli co del refl ector debe estar soport ado en unos puntos de

apoyo di spuestos exactamente en la mi sma posición relati va entre ell os, y respecto a la

superfici e del sustrato, que presentarán los puntos de apoyo teóri cos en la estructura

30: soporte. Los apoyos destinados a servir de soporte durante el control dim ensional del

sustrato, se di señan constructi vamente como apoyos simples, para evitar la generación

de esfuerzos sobre éste que puedan defoImarl o y por tanto di storsionar el resultado de la

08~11-2010

medición. Por apoyo simple se entiende a aquella conexión entre dos miembros estructurales que permite el giro pero no permite desplazamientos de un miembro con respecto al otro

El número de apoyos generalmente utilizado para el montaje de los reflectores sobre sus estructuras soporte en el campo es de cuatro, aunque en casos excepcionales, como en zonas propensas a elevadas cargas de viento, puede llegar incluso a nueve.

La tecnología actual de fabricación de reflectores cilindro-parabólicos permite alcanzar valores del Factor de Interceptación superiores al 99,5% para diámetros de tubo absorbedor de 70 mm.

Un ejemplo de proceso de fabricación está descrito en el documento EP2096375Al desarrollado por los inventores de la presente solicitud.

La fabricación de un reflector no concluye con el confonnado de su sustrato, sino que es necesario proporcionarle los medios de fijación a la estructura mecánica. En la actualidad, la solución empleada para fijar el reflector a la estructura en cada uno de sus puntos de apoyo, consiste en una pieza cerámica que se une a la superficie del reflector por la cara opuesta a la de incidencia de la radiación solar. La unión se realiza mediante pegado, utilizado un adhesivo que garantice la resistencia y durabilidad adecuadas. Además, esta unión debe tener un módulo de elasticidad tal, que manteniendo la condición de unión rígida, permita absorber los esfuerzos derivados de las dilataciones diferenciales entre el material del sustrato y la propia pieza cerámica. Las siliconas han demostrado ser un material adecuado capaz de cumplir estas condiciones. La pieza cerámica, presenta un hueco en su interior, en el que se aloja un inserto metálico con una hembra roscada en su interior. Al conjunto de pieza cerámica e inserto metálico se le denomina pastilla cerámica. Este tipo de fijación está descrito en el documento EP0098404B 1.

La fijación de la pastilla cerámica a la estructura metálica puede realizarse directamente,

o mediante una pieza metálica solidaria a la estructura, a la que denominaremos perfil

08~11 -2010 08~11 -2010 08~11-2010 08~11 -2010

interm edi o. La fun ción del perfil interm edi o es minimi zar los errores de posicionado en

los puntos de apoyo debidos a la impreci sión de fabri caci ón y montaje de la estructura.

Este perfil interm edio con siste en un perfil metáli co doblado con un a cara plana unida a

la estructura y la otra cara pl ana enfrentada a la pastilla cerámi ca. Sobre esta última cara

S: plana, se mecaniza una abertura en fo rma de coli so que permite la fij ación de la pastill a

cerámi ca en su posición. Para garanti zar la precisión de esta operación, de forma

habitual se utili zan utillajes y sistemas de medi ción en tres dim ensiones (láser Iracker).

La uni ón final se reali za mediante un es párrago que se rosca en la hembra del inserto

metáli co de la pastilla y se bl oquea el conjunto con la correspondi ente tuerca.

10

Dada la sensibilidad arriba descrita de la geometría parab óli ca, el posicionad o en la

estructura de los puntos de ancl aje de la parábola, debe tener una gran precisión, más

aún, cuando estos puntos, generalmente cuatro, conform an el sistema de apoyo de

referencia que determina el Factor de Interceptación del refl ector.

15

Las ex igencias de precisión se ven incrementadas dramáti camente al tener en cuenta la

naturaleza mecáni ca del refl ector. El refl ector, no es un elemento rí gido, sino muy al

contrario, se trata de un elemento elásti co, es decir, un elemento cuyas deform aciones

son de gran magnitud en rel ación con la fun ción que desempeña. Ya hemos visto, cómo

20: mínimas deform aciones del ord en de unos pocos miliradi anes, pueden provocar la

pérdida de interceptación sobre el tubo.

La solución constructi va para la fij ación del refl ector a la estructura, no solamente debe

satisfacer la precisión en el di seño y montaje, sino que al mi smo ti empo, ti ene que

2S: garantizar la inmovilidad espacial y temporal frente a las fuerzas que actúan sobre el

sistema (carga de viento, peso propio, .... ) durante la vida del producto.

Por este moti vo, la conexión del refl ector a la estructura se realiza medi ante un número

finito de uni ones rí gidas, utilizando como elemento de uni ón las pastill as ce rámi cas

30: anteriormente descritas. El ancl aje del refl ector medi ante pastill as cerámi cas restringe

todos los grados de libertad de cada apoyo, lo que implica que el sistema, entendido

como el refl ector con cuatro apoyos tipo empotramiento, presenta un grado de

hiperestaticidad de 18, es decir, hay 18 "limitaciones de movimiento" más de las

estrictamente necesarias. Por apoyo tipo empotramiento se enti end e a aquella conexión

entre dos mi embro s estru cturales qu e impid e la rotación y el despl aza mi ento en

cualquier dirección de un mi embro con respecto al otro.

5

Un sistema cuyo movimi ento esté excesivamente restringid o ti ene el in conveni ente de

exigir para cada uno de sus apoyos una precisión extra en la geometría, pues cualquier

desviación provocará deform ación en aquel elemento que presente menor rigidez. En

este caso, el elemento susceptibl e de ser deform ado es el refl ector, cuya ri gidez a la

10: fl ex ión (debido a que es un a lámina) es inferi or al resto de los elementos de la unión y

la propia estructura.

Los factores que afectan a la posición de los puntos de ancl aje en el colector son los

sigui entes:

15

Errores de fabri cación y montaje de la estructura metáli ca

Errores sobre el perfil intermedio

Errore s de fabri cación de las pastillas

Errores de posicionado de las pastill as en el refl ector

20: Errores del propio refl ector, en la zona del apoyo

Los errores de fabricación y montaje de la estructura metáli ca son errores de

in certidumbre dim ensional propi os de cualqui er proceso de fabricación y montaje de

estructuras metáli cas. Garanti zar la posición de los anclajes con la precisión requerida

2S: es un proceso costoso en ti empos y mano de obra, por cuanto requiere operaciones que

norm almente presentan poca precisión como corte, sold adura, taladrado .. EI proceso

además, se ve encarecido porque requi ere el uso de útil es de posicionado, medi ciones en

tres dimensiones medi ante di spositivos láser, etc .. Incluso una vez situado el reflector

sobre sus puntos de anclaje, el posicionado fi nal de éste medi ante movimi ent os

30: laterales, puede provocar desviaciones en aquellos elementos menos rígidos de la

estructura, como el perfil intermedio.

Finalizada la fabricación del cuerpo principal del rnódulo, formado por la caja de

torsión y los brazos de apoyo del reflector, únicamente se realiza una medición con un

dispositi vo láser de la posición del centro del coli so pero no del ángulo de contacto. Si

la planitud final del perfil intermedio en su zona de contacto con la pastilla cerámica no

S: es correcta, aparecen esfuerzos en la unión rígida que inducen deformaciones en el

reflector. Por ejemplo, se ha comprobado que desviaciones de 20 centésimas de mrn dan

lugar, dependiendo del punto de deformación, a desviaciones en el plano de apoyo de 3

Ó 4 mrad.

10: Junto con la estructura metálica adquiere un papel protagonista el correcto posicionado

de las pastillas en el reflector, resultando un parámetro crítico a controlar durante la

fijación de las mi smas. En particular, la desviación angular de la pastilla en el plano

perpendicular a la línea focal del reflector cilindro-parabólico (eje del tubo absorbedor),

dado que es el plano que contiene las rectas tangentes a la sección parabólica. Por cada

1 S: reflector se tienen al menos 4 pastillas, y a su vez cada una puede estar desviada en dos

direcciones diferentes, con sentido positivo o negativo. Es evidente que existen

múltiples cornbinaciones que provocan diferentes efectos, máxime cuando el reflector

tiene sección parabólica. La dificultad de controlar los límites aceptables de desviación

angul ar de colocación de las pastillas, se ve incrementada por el hecho de que no se

20: encuentran pegadas a una superficie teórica, sino a un sustrato real de reflector, que

también tiene sus propias tolerancias de fabricación y por lo tanto, desviaciones

angulares más O menos importantes en superficie. Además del posicionado yen rnenor

medida, los errores de fabricación de las cerámicas, derivados de la falta de planitud de

sus facetas, esto es, las caras sustancialmente paralelas de las pastillas cerámicas,

2S: también producen deformaciones en la unión rigida al reflector.

Otra variable que influye en el resultado final es el orden de fijación de las pastillas en

la estructura. La primera pa stilla que se apriete condicionará la posición del resto. El par

de apriete entre pastilla y estructura también influye levemente en el resultado. Cuanto

30: más par se aplique, hasta un límite, mayor será la deformación generada en el sustrato,

por lo que el rendimiento será peor. El par de apriete es por tanto, otro parámetro más a

controlar en este proceso.

La calidad geométrica del reflector resulta fund amental en el rendimiento total de la

pl anta term osolar. Los resultados estadí sti cos del análi sis de las desviaciones angulares

en toda la superfi cie del refl ector, demu estran que la di stribución de las desviaciones

S: angul ares de! rayo refl ejado se puede aproximar a una di stribución estadística normal.

Así, un refl ector con un Factor de Interceptación aceptabl e pero con unos valores de

desv iac ión t ípi ca elev ad os, prese ntará un a mayo r sensibilidad a pequ eñas

deformaciones en los apoyos. Por el contrario, un refl ector con unas desviaciones

angul ares cercanas a su valor nominal, tendrá más margen para absorber errores.

10

Se puede afirmar, que durante la fabricación y posteri or montaje en campo de cada un o

de los componentes de un colector, están presentes una seri e de errores inherentes a los

propi os procesos. En la actuali dad, limitar esos errores dentro de valores razonabl es

supone un os elevados costes de fabri cación, control de calidad y montaje, a pesar de los

1 S: cuales, tiene lugar in evit abl emente una pérdida de interceptación en los tubos

absorbedores debido a las deformaciones inducidas en la superfi cie del refl ector.

Los intentos más serios de minimizar la pérdida del rendimiento óptico una vez

ejecutado el montaje en campo, han sido realizados abordando e! problema desde e!

20: punto de vista de la fabri cación de la propia estructura. En el documento ES2326303A 1,

se pl antea una solución en base a un proceso de fabri cación por el cual se consiguen

estructuras más precisas y con una mayor ri gidez en los elementos que la confo rman.

El probl ema de aportar un ex tra de ri gidez a la estructura, es que los requerimi entos

dimensionales de! conjunto se hacen aún más exigentes, puesto que no existe ninguna

2S: posibilidad para e! refl ector de relajar las tensiones a las que se verá sometido una vez

fijado ri gid amente a todo el conjunto. Es ta solución pues, encarece la fabri cación, y no

resuelve el probl ema deri vado de las di ficultades de colocar las pastillas cerámi cas en el

refl ector sin desviaciones angulares de su posición teóri ca.

30 Con el propósito de analizar y comprender mejor la pérdida de rendimiento observada en el campo respecto a los valores iniciales de Factor de Interceptación de los reflectores, se ha tratado de reproducir el comportamiento del sistema en su conjunto en

08~11-2010

el laboratorio. de forma que permitiera conocer el verdadero efecto de la posición de las pastillas cerámicas. A tal efecto, se ha diseñado y construido un utillaje, con el que se ha realizado una hatería de mediciones

S 10: El utillaje construido para simular la estructura soporte. representa a una sección real de la misma, con los cuatro puntos de apoyo del reflector situados en el mismo plano paralelo al horizontal. Dicho utillaje reproduce los grados de libertad de la estructura real. Todos los ensayos descritos a continuación se realizaron sobre la base de que la posición espacial de los puntos de apoyo de la estructura están dentro de especificaciones. Los valores observados en dichos ensayos, son susceptibles de empeorar en la realidad , en aquellos casos en que la estructura real en campo pueda estar fuera de los límites de tolerancia establecidos.

1 S 20: Para la determinación del Factor de Interceptación se ha utilizado un equipo de medida denominado QDEC. Este equipo utiliza un método de medida basado en deflectometría que permite, mediante una serie de fotos, calcul ar la desviación de las tangentes en la superficie del reflector, y a partir de ahí , las desviaciones angulares sobre el foco . Este equipo se comercializa en la actualidad por la empresa CSP Services y ha sido desarrollado en colaboración con el Instituto Aeroespacial Alemán (DLR). Para realizar la medición, se dispone el utill aje que simula la estructura real en la posición definida a tal efecto en el equipo QDEC.

En una primera batería de ensayos se analizaron dos grupos de reflectores:

25: Grupo A: Reflectores con Factor de Interceptación aceptable para un tubo receptor de diámetro 70 mm y desviación angular de la posición de las pastillas inferior a 10 mrad.

30: Grupo B: Reflectores con Factor de Interceptación aceptable para un tubo receptor de diámetro 70 mm y posición de las pastillas en el plano perpendicular al tubo receptor superior a 10 mrad.

08~11

Para ambos casos se analizó el valor del Factor de Interceptación en los siguientes supuestos:

Supuesto 1: Pieza medida en las condiciones de control dimensional que tienen

5 lugar en la fabricación de los reflectores: apoyo simple en cuatro puntos del utillaje de referencia durante la medición. Las mediciones resultantes del supuesto 1 corresponden al valor del Factor de Interceptación que caracteriza al reflector durante los procesos normales de fabricación.

10 Supuesto 2: Reflector con pastilla cerámica estándar pegada simplemente apoyado en el utillaje que simula la es tructura metáli ca del colector. El espárrago que se inserta en la hembra roscada de la pastilla cerámica queda libre, sin ninguna tuerca que lo apriete, como consecuencia, sin restricción alguna de los grados de libertad de giro relevantes (salvo el propio giro alrededor el eje del

15 espárrago que no es relevante a efectos de los problemas técnicos identificados)

en cada uno de los apoyos. El resultado de la medición nos indicará el error mínimo provocado por los errores de fabricación de los componentes (estructura, espejo, pastillas), aún estando dentro de valores aceptables de tolerancias dimensionales.

Supuesto 3: Reflector con pastilla cerámica estándar pegada apoyado en el utillaje que simula la estructura metálica del colector en un apoyo tipo empotramient o, es decir, con todos los grados de libertad de cada apoyo restringidos. La unión se fija mediante una tuerca roscada al espárrago que se

25 inserta en la hembra roscada de la pastilla cerámica, empleando el par de apriete estándar definido para tal operación en campo. El resultado de esta medición nos indicará la contribución a la pérdida de rendimiento óptico del colector provocada por la restricción de los grados de libertad del apoyo y la consiguiente deformación del reflector.

-: 2010

08~11 -2010

E nsayo 1: Reflectores grupo A, según los supuestos 1, 2 Y 3:

N' Pieza: Posición pasHUa '1 (mrad¡ PO$icíbn pastilla 2 (mrad) PO$iclón pastilla 3. (mrad) P05i~ión pastUla 4 (mrad) Promedio %FI tubo 70, supuesto 1 %F! tubo 70, supuesto 2 Diferencia supuesto 1 y 2 %FI tubo 70, supuesto 3 %Díferen~¡a supuesto 1 y3

·2}3: -1.18 1.57 9€.55 0,45 97.97 1.04

, 3: ~.55 0,27 4.ü:J 0,35 ·IUd -8.55 {¡27 '(:.!34 -0.20 99,47 99.60 99,12 (: ,11 C,lS 93)7 0,44 1,:31

4: 2.27 -3,64 ·6.82 0.00 -2.05 99.:38 99,06 c,n 98.~ 0 .54

5 ,: 2,18 5.&1 -5,18 1,55 9.55 0,45 4.1t 0.36 99 ,30 99,10 98.97 O}3 0, l9 M}2 Q.5a U{I

7 , 9 10 11: 0.00 0.00 -1,00........... 3.55 -1).13. 2.64 l A5 ............ 155 1.36 ...._..... -2,18 -3,1:14 ............-Ú.21 7AS -1.55 0.17 0.68 0.20 0.c,7 .............. 98.74 99..32 g9.e2 ~OO, úi) ................._ 98,3 1 ....... . 9a.M 9¡L55 0,15 e,43 O}3 027 96.9J 0.fJ5 0.73

": t27 -1.64 2.1)(} -0,91 0.18 99.52 9!l.2? 0,25 99,20 0.:32

PROMEDIO: 0,21 0,65

E nsayo 2: Renectores grupo B, según los supuestos 1, 2 Y 3:

.'Pieza: P05ición pastilla 1 (mrad) Posición pastiUa2 (rnrad) Posicíon pastilla J. (mllld) Posición pestiUa 4 (rnrad) Prom~dio %FI tubo 70: !iupuesto 1 %Fllubo 10, supuesto 2 DIferencia supuo!$to. 1 y 2 %Fllubo 70, supuesto 3 %Diferencia t.upuulo1 y3

2 5 , a 9: 25,91 22.64 -22.2 7 ·2132 -21.82 -24.55 ·27 .27 ·22.00 30,09 ·29.00 ·3H2 -29,36 ·31,45 ·J,l,B2 ·35.-1B 2B.oo 28,Q..I ·27.00 ·27.3tt ·27.13 ·25.00 ·30.09 -2ue -\7 ,09 -16.00 -18.00 14,$5 1:l?3 13.52 17.73 1300 \2.35 11i.73 15,18 -i5,93 -ll ,23 -15,62 ·i9,80 -H,I3D 99.~4 fj9.9a 99,99 WCUlG 99.~~ ~.99 99.99 9964 99,93 -99.97 99{12 99,88 0.31 0,15 0,34 IJ03 0.02 0.17 0__17 -_._._--_..-. 9SZJ 98,25 9f, 12 ._-_._ .._._-............. 1,57 D}3 1.66 1)1 1,53 1]34,581.8! 221

PROMEDIO: 0,11 2,00

lOA la vista de los resultados del supuesto 2, tanto para el Ensayo I como para el 2, se puede concluir que existe una influencia mínima e inevitable de los errores de fabricación, que en las condiciones de realización del ensayo se sitúa entre O, I % y 0,3%

08~11-2010

S: del valor global de interceptación del campo. Como se ha indicado anteriormente, estos valores son susceptibles de empeorar en la realidad. En condiciones de apoyo simple, la precisión de pegado de las pastillas, dentro de unos valores razonabl es, es asim ilada por las ranuras de ajuste que presenta la estructura en los puntos de apoyo, por lo que no se aprecia diferencia entre los resultados del Ensayo I y del Ensayo 2.

10: Del supuesto 3 se desprende que cuando se fijan todos los apoyos y se restringen todos los grados de libertad en cada un o de ellos, la pérdida de Factor de Interceptación aumenta sustancialmente hasta va lores económicamente muy releva ntes en la producción eléctrica del campo solar. Este aumento, resulta especialmente dramático cuando, bi en las pastillas presentan elevadas desviaciones angulares, o bi en la estructura está desviada respecto a su posición teórica, a partir de valores superiores a 10 mrad (caso del Ensayo 2).

1 S 20: A partir de los ensayos de simulación mecánica a escala real , se concluye, que la eliminación de las restricciones de giro en los apoyos, permite que desviaciones en la estructura o en l as po s ición de lo s elementos de fijación, sean absorbidas mecánicamente por un soporte sin esas restricciones, manteniendo siempre relajado el vidrio y asegurando así , un rendimiento óptico similar al propio de su geometría. Sin embargo, la desaparición de restricciones di sminuye la ri gidez durante la operación del sistema, afectando a la inm ovilidad frente a solicitaciones exteriores, por ejemplo frente a cargas de viento, o las debidas al peso propio del reflector durante el movimiento de giro del sistema seguidor.

2S 30: Es por tanto un objetivo de la invención, que por un lado el sistema de unión del elemento reflector a la estructura aporte un equilibrio estático que garantice la inmovilidad espacial y temporal (continuidad y permanencia) durante la vida del conjunto frent e a la s fuerzas que actúan sobre el sistema y qu e, al mi smo tiempo, garantice un equilibrio elástico temporal, que esté presente únicamente durante los procesos de fijación y/o unión de los reflectores.

08~ 11 -2010

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

S 10: Los in ventores han encontrado una solu ción a la probl emáti ca anteriorm ente definida, en particular a la pérdida de precisión de los colectores solares, por medi o de un sistema de uni ón de los elementos refl ectores a las estructuras soporte, que cumpl e con los requerimientos establecidos. El sistema de uni ón presenta un di seño que libera los grados de lib ertad de giro relevantes en cada punto de apoyo o uni ón, úni camente durante el montaje del refl ector en el colectoL Durante este proceso se minimizan los esfu erzos sobre el el emento menos rí gido que es el elemento reflector, de tal fo rma, que éste se mantiene en su posición relajada de equilibrio, conservado sus propi edades ópti cas de concentración.

1 S: Posteriormente, una vez se tiene el elemento reflector en su posici ón fin al relajada y sin estar tensionado como consecuencia de la in stalación, se bl oquea el giro en los apoyos, transform ando la fijación en cada apoyo en uni ones rí gidas con todos los grados de libertad restringidos, de forma que el sistema puede hacer frente a las cargas externas con la resistencia y estabilidad necesari as.

20 25: El nuevo sistema de uni ón arti cul ada incorpora unos medios de j uma adaptables que permiten el giro libre en el espacio durante la etapa de montaje o instal ación, reduciendo drásti camente las restri cciones en los apoyos, de forma que el nuevo conjunto mecáni co formado por el elemento refl ector apoyado en por ej empl o cuatro puntos, presenta, durant e la fase de instalación y ajuste del vidrio O elem ento refl ector, un grado de hiperestati cidad de sei s, frente a los di eciocho ini cial es. En el contexto de la presente solicitud, los puntos de apoyo o uni ón, o simpl emente apoyos, son aquellos puntos donde el elemento refl ector se une a su estructura soporte.

30: Los problemas identificados se solucionan en la presente invenci ón mediante un sistema de uni ón articul ada de elementos refl ectores solares a estructuras soporte según la rei vindicación 1 independiente, un refl ector para concentradores de energía solar según la reivindi cación independi ente 12, una instalación refl ectante de energía solar según la

08~11 -2010

reivindicación independi ente 13 y un método de uni ón de un el emento refl ector a su

es tructura soport e según la reivindi caci ón independiente 14. Además , otras

caracterí sti cas de la invención y reali zaciones parti cularmente ventajosas de la mi sma se

encuentran definidos en las reivindicaciones dependientes.

5

En un primer aspecto inventi vo la invención presenta un sistema de unión articulada de

elementos refl ectores solares a estructuras soporte que comprende,

un cuerp o principal de uni ón, destinado a fijarse sobre la cara del element o

refl ector opuesta a la cara de in cid encia de la rad iación solar, que comprende un

10: orifi cio destinado a recibir un elemento de fijación macho,

al menos unos medios de jl/nla adaplables que permiten el giro libre en el

espacio de la uni ón entre el elemento refl ector y la estructura soporte,

en donde los al menos unos medios de junta adaptables comprenden un orifici o pasante

destinado a dejar pasar a su través el elemento de fij ación macho, di sponi end o el

1 S: elemento de fijación macho de un primer ex tremo para alojami ento en el orifi cio del

cuerpo principal de uni ón y un segund o extremo receptor de un elemento de fi jación

hembra destin ado a fij ar de form a rí gida todo el conjunto elemento refl ector y

estructura soporte.

20: En el contexto de la presente invención, los cuerpos principales de unión pueden

tambi én identifi carse de forma simple como paslillas.

Esta solució n no sólo impli ca la dis minu ción de las pé rdi das del Facto r de

Interceptación de los colectores solares con el consigui ente benefi cio económi co.

2S: Además, al absorber errores de fabricación de la estructura, del el emento refl ector, de

los cuerpos principales de uni ón y de posicionado de los citados element os entre sí,

permite redu cir sustancialmente los costes de fabri cación y de control de calidad

asociados a la producción de los mi smos, ya que hace posibl e la apli cación de

tolerancias de fabri caci ón más favorabl es y más fácil es de garanti zar.

30

En el contexto de la presente invención, se entiende por medios de jUllla adaptables

unos medios de junta que permiten durante el montaje, el giro libre en el espacio de la

08~11-2010

S: unión entre el conjunto del elemento reflector y la estructura soporte. Tales medios de j uma adaptables permiten una vez concluido el posicionamiento, la unión rí gida entre ambos, elemento reflector y estructura soporte, independientem ente del ángulo (dentro de las limitaciones mecánica s qu e impon e el coli so de la estructura y el diseño mecánico de la pastill a de la invención) que presente cada uno de los elementos de uni ón que comprende el reflector y del ángulo del plano sobre el que estos elementos se apoyan en la estructura soporte.

10 1 S: De este modo, en todos los ejemplos de realización que se describirán, los medios de juma adaptables posibilitan temporalmente durante el montaje el posicionamiento del refl ector sobre cada uno de sus apoyos sin restricción alguna de los grados de libertad de giro relevantes (todos a excepción del correspondiente al eje del propio medio de fijación macho) y sin la presencia de deformaciones en el reflector derivadas de la restricción de los mismos, permiti endo, una vez finali za do el posicionamiento, la fijación rígida en cada uno de los puntos de anclaje a la estructura en esa posición, ya con todos sus grados de libertad restringidos pero en ausencia de las deformaciones deri vadas de la restricción de los mismos.

20: En un primer ejemplo de realización los medios de junta adaptables se encuentran en el interior del cuerpo principal de unión, en un segundo ejemplo de realización lo s medios de junta adaptables se encuentran en el exterior del cuerpo principal de unión y en un tercer ejemplo de reali zación, parte de los medios de juma adaptables se encuentran dentro del cuerpo principal de uni ón y parte se encuentran fuera.

2S: En un segundo aspecto inventivo se presenta un reflector para concentradores de energía solar que comprende al menos un sistema de uni ón articulada a su estructura soporte según el primer aspecto inventi vo.

30: En un tercer aspecto inventivo se presenta una in stalación reflectante de energía solar que comprende al menos un reflector según el segundo aspecto inventi vo.

08~11 -2010

En un cuarto y último aspecto inventivo se presenta un método de unión de un elemento reflector a su estructura soporte que comprende las siguientes etapas:

5 10: Proveer al menos un sistema de uni ón según el primer aspecto inventivo; Fijación del al menos un sistema de unión sobre la cara del elemento reflector opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, en una posición coincidente con la correspondiente zona de uni ón de la estructura soporte; Posicionamiento del elemento reflector con el al menos un sistema de unión sob re la estructura soporte; y Fijación del conjunto para obtener una uni ón rigida.

1 S: Au nque la apli cación de la invención resulta especialmente ventajosa para sustratos reflectores de vidrio, ya sea monolítico o laminar, también encuentra apli cación para cualquier otro sustrato o elemento reflector con las mismas propiedades ópticas de concentració n y el mismo comportamient o elástico tipo lámi na, ya sea metálico o polimérico.

20: BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para un a mejor comprensión de la in vención, sus objetos y ventajas se adjuntan a la memoria las sigui entes figuras en las que se representa:

2S: La Fig. I muestra una vista en perspectiva del sistema de uni ón articulada según un a realización de la invención.

La Fig. 2 muestra vistas en sección y explosión de la realización de la figura l .

30: La Fig. 3 muestra vistas en sección y explosión del sistema de unión articul ada según una realización de la invención.

La Fig. 4 muestra una vista en perspectiva del sistema de unión articulada según una realización de la invención.

18

08~11 -2010

La Fig. 5 muestra vistas en sección y explosión de la reali zación de la figura 4.

La Fig. 6 muestra una vista en perfil y planta de media sección de un colector de elementos reflectores con una disposición particular de los sistemas de unión articulada según una realización de la invención.

REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN

Como se ha indicado, la invención presenta un sistema de unión articulada (1,1',1") de elementos reflectores solares a estructuras soporte que comprende,

un cuerpo principal de unión (2,2', 2" ), destinado a fij arse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio (14, 14', 14" ) destinado a recibir un elemento de fijación macho (3,3 ', 3" ),

al menos unos medios de j l/nla adaplables que permiten el giro libre en el espacio de la unión entre el elemento reflector (13) y la estructura soporte,

en donde los al menos unos medios de jUllla adaplables comprenden un orificio pasante destinado a dejar pasar a su través el elemento de fijación macho (3, 3', 3 " ), disponiendo el elemento de fijación (3, 3', 3" ) de un primer extremo para alojamiento en el orificio (14, 14', 14") del cuerpo principal de unión (2, 2', 2") Y un seg undo extremo receptor de un elemento de fijación hembra (5, 5'.5" ) destinado a fijar de forma rígida todo el conjunto elemento reflector (13) y estructura soporte.

En un primer ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 y 2. el cuerpo principal de unión (2) del sistema de unión articulada ( 1) comprende dos aloj amientos esféricos (6,7), conectados por el orificio ( 14), y con un centro común de rotación en el espacio.

Asimismo, el sistema de unión (1) comprende una arandela esférica (4) con un orificio pasante (15), Y el elemento de fijación macho (3), concretamente un vástago roscado,

08~11 -2010

comprende una cabeza esférica (9), con la particularidad de que el orificio pasante (14) del cuerpo principal de unión (2) tiene un diámetro sustancialmente mayor que el vástago roscado (3) para permitir el giro de dicho vástago roscado (3) alrededor de cualquier eje en el espacio que pase por el punto fijo de giro de los alojamientos

5 esféricos (6) y (7) del cuerpo principal de unión (2).

Con esta disposición, la arandela esférica (4) descansa sobre el alojamiento esférico (7) del cuerpo principal de unión (2), y la cabeza esférica (9) del vástago roscado (3) descansa sobre el alojamiento esférico (6) del cuerpo principal de unión (2).

10 Ventajosamente el diámetro del orificio pasante (14) permite el giro del vástago roscado

(3) en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente de 2°.

Ventajosamente el sistema de unión de esta realización comprende una arandela (12) 15 dispuesta entre la estructura soporte (1 0) Yel elemento de fijación hembra (5). En una realización particular dicho elemento de fijación hembra es una tuerca.

En una realización particular el sistema de unión articulada (1) comprende un film (8) de protección aplicado sobre la zona del cuerpo principal de unión (2) destinado a

20 fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar. Dicho film (8), por ejemplo de naturaleza plástica, evita la entrada del adhesivo de fijación del cuerpo principal de unión (2) al elemento reflector, en el orificio de dicho cuerpo pri ncipal de unión (2).

25 La fijación del sistema de unión articulada (1) a la cara del elemento reflector (13) opuesta a la de incidencia de la radiación solar se realiza por medio de un adhesivo, en un ejemplo concreto una silicona.

Así las cosas. la instalación del sistema de unión (1) según esta realización es como 30 sigue.

08~11-2010

Por el orificio pasante (14) y por la cara del cuerpo principal de uni ón (2) que estará en

contacto con la cara del elemento reflector (13), se in serta el vástago roscado (3) con

cabeza esférica (9) de modo qu e éste descanse sobre el alojam iento esférico (6),

formando ambos una junta esférica. Una vez colocado el vástago roscado (3), se coloca

S: el film (8) de protección y por último se fija a la superficie del elemento reflector (1 3)

por medio de una capa de adhesivo o silicona (1 6).

Por el lado opuesto, se inserta la arandela esférica (4) que de scansará sobre el

alojamiento esférico (7), formando ambos una nueva junta esférica.

10

Se fijan tantos cuerpos principales de unión (2) como puntos de apoyo ten ga el

elemento reflector en la estructura. U na vez se tienen fijados todos los cuerpos

principales de unión (2) al elemento reflector (13), éste se po siciona sobre los

alojamientos previstos en los orifi cios colisos (11) de la estructura metálica (lO)

1 S: mediante el vástago roscado (3). A continuación , se rosca la tuerca (S) sobre el vástago

roscado, de tal forma que durante el proceso de roscado, las dos juntas esféricas que se

generan entre el cuerpo principal de unión (2), el vástago roscado (3) y la arandela

esférica (4) se di sponen según aquella posición en el espacio que induzca menos

esfuerzos en la superficie del elemento reflector. De este modo el elemento reflector

20: queda en su posición relajada sin deformaciones inducidas y posteriormente con una

fijación rígida que permite cumplir de forma óptima su función en el campo solar

durante toda la vida útil del mi smo .

En un segundo ejemplo de reali zación, mostrado en la fi gura 3, el cuerpo principal de

25: unión (2 ') comprende un alojamiento (19) en el que se ubica una hembra (17) dotada de

un orificio roscado (14' ).

Por otra parte, el sistema de unión ( 1' ) comprende un primer conjunto de dobl e arandela

esférica (4 ' , 4 " ) Y un segundo conjunto de doble arandela esférica (6' , 6" ), estando

30: di spuesto el primer conjunto de doble arandela esférica (4 ', 4" ) entre el cuerpo

principal de unión (2') y la estructura soporte (10), y estando di spuesto el segundo

conjunto de doble arandela esférica (6' , 6" ) en la cara opuesta de la estructura soporte

08~ 11 -2010

(10), esto es, en la cara opuesta a la cara donde está di spuesto el primer conjunto de doble arandela esféri ca (4', 4" ).

S 10: El elemento de fij ación (3 ' ), concretamente un vástago roscado (3 ' ), en posición de unión pasa po r los orifi cios que presentan, el prim er co njunto de doble arand ela esférica (4 ', 4" ), un orifi cio coli so de la estructura soporte ( ID), y el segund o conjunto de dobl e arandela esféri ca (6', 6" ), Y se fij a a la hembra (1 7) dotada de orifi cio roscado (14 ' ). Por su otro extremo, el vástago roscado (3 ') recibe a la hembra roscada (S' ), Ó tuerca de bloqu eo (S ' ), que fij a de fo rma rí gida todo el conjunto el emento refl ector ( 13) y estructura soporte.

1 S: Los orifi cios del primer conjunto de doble arand ela esféri ca (4 ' , 4" ), de la estructura soporte ( 10 ), y del segundo conjunt o de dobl e arandela esféri ca (6 ', 6" ) ti ene un di ámetro sustancialm ente mayor qu e e l del vástago roscado (3 ) qu e perm i te el movimiento de di chos prim eros y segundos conjuntos de dobl e arandela esféri ca.

20: La fijación del sistema de uni ón arti cul ada ( 1' ) a la ca ra del elemento refl ector (13) opuesta a la de incidencia de la radiación solar se reali za por medi o de un adhesivo (1 6), en un ejempl o concreto una sili cona. Así las cosas, la instalación del sistema de uni ón ( 1 ' ) según esta reali zación es como sigue.

25: Se fij an tantos cuerpos principales de unión (2' ) como puntos de apoyo tenga el elemento reflector (1 3) en la estructura . Una vez se tienen fij ados todos los cuerpos principales de uni ón (2 ' ) al elemento refl ector (1 3), y antes de posicionar el elemento refl ector sobre la estructura, se coloca el primer conjunto de dobl e arandela esféri ca (4', 4" ) sobre cad a uno de los correspondientes apoyos.

30: El elemento refl ector con los cuerpos principales de uni ón (2') ya colocados en su posición, se coloca sobre la estructura metáli ca de fo rma que el ej e de la hembra (1 7)

08~ 11 -2010

dotada de orificio roscado (14') del cuerpo principal de uni ón (2 ') coincida de la mejor manera posibl e con el eje del primer conjunto de dobl e arandela esféri ca (4 ', 4" ).

S 10 l S: A continuación, el vástago roscado (3') atraviesa el orifi cio coli so (11 ) de la estructura soporte (1 0) y el orifi cio del primer conjunto de dobl e arandela esféri ca (4', 4" ) Y se inserta y rosca en la hembra (1 7) del cuerpo principal de uni ón (2'). Por el otro extremo del vástago roscado (3') y del orifi cio (J I) de la estructura soporte (10), se inse rta el segundo conjunto de dobl e arandela esféri ca (6',6" ) Y se rosca la tuerca de bl oqueo (S') sobre el referido vástago roscado (3 '). De este modo, durante el proceso de roscado, los dos conjuntos de dobl e arandela esféri ca (4 ', 4 " ) Y (6',6"), se di sponen según aquell a posición en el espacio que induzca menos esfuerzos en la superfici e del elemento refl ector (1 3). El resultado fin al es, al igual que en la anteri or reali zación, ini cialmente un refl ector libre de esfu erzos, que fin alment e se encuentra firm emente anclado a la estructura soporte.

20: En un tercer ejemplo de reali zación, mostrado en las fi guras 4 y S, el cuerpo principal de uni ón (2") del sistema de unión arti culada (1 " ) presenta una zona central elevada y curvada (20) con un orifi cio pasante ( 14 " ) con una apertura lateral que comuni ca con una ventana (1 8), que como más adelante se verá, facilita el montaje del conjunto, en particul ar la introducción del elemento de fijación macho (3 "').

25: Ventajosamente, el cuerpo principal de unión (2") comprende además una lámina infe rior (2 1) plana destinada a fijarse al el emento refl ector (1 3) con la interm edi aci ón de la correspondiente capa de adhesivo. En una realización parti cular, la lámina inferior (2 1) es ini cialm ente independi ente y se un e al cuerpo principal de uni ón (2" ) por medi os convencionales, ta les como, clip s, adh es i vos, cord on es de sold adura, atornill ados, etc ..

30: Asimi smo, el sistema de uni ón (1 " ) comprend e un a arandela esféri ca (4 "') con un orifi cio pasa nte (1 5'), y el el emento de fij ación macho, concretamente un vástago roscado (3 " ), comprende una cabeza esférica (9"), con la particul aridad de que el

08~11-2010

orificio pasante (15') tiene un diámetro lo suficientemente grande como para permitir el montaje del vástago roscado (3 " ).

Con esta disposición, en posición operativa, la arandela esférica (4' '') descansa sobre la superficie de la zona curvada (20) del cuerpo principal de unión (2" ), y la cabeza esférica (9" ) del vástago roscado (3" ) se ajusta a la cara interna de la superficie curvada (20) del cuerpo principal de unión (2" ).

Ventajosamente el diámetro del orificio pasante (14" ) permite el giro del vástago roscado (3") en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente de 2°.

Ventajosamente el sistema de unión (1" ) de esta reali zación comprende una arandela (12") dispuesta entre la estructura soporte (10) Y el elemento de fijación hembra (5"). En una realización particular dicho elemento de fijación hembra es una tuerca (5" ).

La fijación del sistema de unión articulada (l " ), concretamente de la lámina (21) del cuerpo principal de unión (2" ), a la cara del elemento reflector ( 13) opuesta a la de incidencia de la radiación solar se realiza por medio de un adhesivo (1 6), en un ejemplo concreto una silicona.

Así las cosas, la instalación del sistema de unión (1" ) según esta realización es como sigue.

Se fijan tantos cuerpos principales de unión (2") como puntos de apoyo tenga el elemento reflector (13) en la estructura. Una vez se tienen fijados todos los cuerpos principales de unión (2") al elemento reflector (13), por la ventana (18) continuación lateral del orificio pasante (14") se inserta el vástago roscado (3") con cabeza esférica (9") de modo que éste se ajuste a la parte interna de la superficie (20), formando ambos una junta esférica.

Una vez colocado el vástago roscado (3 " ), se inserta por el lado opuesto la arandela esférica (4"') que descansará sobre la superficie (20), formando ambos una nueva junta

08~11-2010

esférica, y a continuación, todo ello se posiciona sobre los alojamientos previstos en los orificios colisos (1 1) de la estructura metálica (10) mediante el vástago roscado (3' ').

A continuación, se rosca la tuerca (5") sobre el vástago roscado (3"), de tal forma que

5 durante e! proceso de roscado, las dos juntas esféricas que se generan entre el cuerpo principal de unión (2 "), el vástago roscado (3") y la arandela esférica (4 ") se disponen según aquella posición en el espacio que induzca menos esfuerzos en la superficie de! elemento reflector. De este modo el elemento reflector queda en su posición relajada sin deformaciones inducidas y posteriormente con una fijación rígida que permite cumplir

10 de forma óptima su función en el campo solar durante toda la vida útil del mismo.

Las juntas esféricas descritas en cualquiera de las realizaciones anteriores, pueden implementarse mediante funcionalmente equivalentes, tal como por ejemplo, contacto esfera -cono o dos arandelas acuñadas.

En la tabla siguiente, se presentan los resultados de interceptación sobre un elemento reflector con cuerpos principales de unión (2) de acuerdo con la primera realización particular. Para verificar el correcto funcionamiento del sistema, la colocación de los cuerpos principales de unión presenta una desviación de posición superior a 10 mrad. El 20 método de posicionado y medición del elemento reflector es idéntico al descrito en los Ensayos 1 y 2. El supuesto 1 es el mi smo que el descrito anteriormente, es decir, la pieza simplemente apoyada de acuerdo al proceso de medición durante la fabricación del elemento reflector. El supuesto 2 corresponde a la unión fijada mediante cuerpo principal de unión (2) completamente apretado. El supuesto 3 corresponde a la unión

25 resultante de anular la articulación en e! cuerpo principal de unión (2). Este ensayo se identifica como Ensayo 3.

Ensayo 3:

Num. Piez-a: 'hF1 1"bQ lO , $up\,.'t~10 1 %FI tub\} 70, sup uesto l Oife¡II'ncia StJpl.<Ht~ 1 y2 \\Fltubo 70, supuesto 3 %Diferencia tUpUtst.:< 1 Vl

I: 99.80 ~¡:UH .e,07 M.o' 1:}.1 f

08~11-2010

S: Del Ensayo 3 se pueden deducir la s ventajas de utili zar el sistema de unión articulada de la in vención ~egún el primer ejemplo de realización, frente a una pa~tilla tradicional en la que no se ti ene ninguna articulación. Este efecto es especialmente dramático cuando las pastillas del estado de la técnica presentan desviaciones superiores a 10 mrad de su posición teórica.

10 1 S: El Ensayo 4, reproduce los resultados de la segunda reali zación particular, con los dos conj untos de doble arandela esférica fuera del cuerpo principal de uni ón (2 '). El método de posicionado y medición del reflector es idéntico al descrito en lo s Ensayos 1, 2 Y 3. El supuesto I es el mi smo que en el apartado anterior, es decir, la pi eza simplemente apoyada de acuerdo al proceso de medición durante la fabricación del elemento reflector. El supuesto 2 corresponde a la uni ón resultante de utilizar el cuerpo principal de unión (2') en combinación con los conjuntos de arandelas esféricas en el apriete del vástago roscado (3). El supuesto 3 corresponde a la unión rígida completamente apretada, sin utilización de arandelas esféricas.

l."'sayo 4:

%FI tubo '%FI tubo GI! i %Fl lubo "f,, [:-! i

Po.sic::ión

Posición

Posicibn Posiei"n 70 70 . elenc a 70 ., erenc: 3.

pasMa

¡l3StiU.a

pasti!la 2

pastil~a 3

Promedio • ( '( sup~sto ' supuesto 1

supues o aupues o 1 2: supuesto 3

1 {rnrlld) (rnrllQ) {nmHI}

4 (mradJ

t 2 Y 3 Y

25.9!

28.00

·17.09

99.00 96.23 1.57

16.73

28.64

-: HEK!

22.64

31.3&

lB.66

99.98 99.81 9!.OO 2.M

)

24>16

-: le,c.'\!

99.~ 99.95 -U.OI W.l l 0.73

23.ú8

31.45

15>1 6

-: 22,27

-: 2? ,OO

14.5~

-: 1 5.93

·2900

99.98 911.95 98,:32 1.&6 -27.0$

13.7 3

-: 17.H

99.96 98,25 1]1 -2UJ2

-: 33,S2

-: 17.23

99,00 100.00 -OJ}! 1.53

14.09

... _--

------: _... _. -------_._.------------

-: 16.14

100,00 95,2! U3 8

-: 21.132

·2:9.36

-: 2lJa

-: 24.55

-: 31.45

-: 25.00

17.73

-: 15.62

99.98 -0.02 (;

-: 27.27

·3(J.og

·34,32

13 ,00 -19.80

99.00 95.12 1,87 lO

-: 22,00

-: )5. le

12,3&

-: 17,80

~9,99 97.7$ 2,21 PROMEDIO 0,00 2,00

Del Ensayo 4 se desprende que la pérdida del Factor de Interceptación del elemento reflector es irrelevante cuando se fija con el sistema de unión (2') a la estructura.

08~11 -2010

A la vista de las realizacio nes particulares y ensayos mostrados, y tal y como ya se

indi cara, el concepto de sistema de unión desarroll ado en la presente in vención,

garanti za un a libertad de restri cciones de giro en los apoyos ex clusivamente durante el

S: montaje, mientras que sati sface la condi ción de inmovilidad espacial y temporal

(continuidad y permanencia) fr ente a las fu erzas que actúan sobre el sistema, durante

toda la vida útil del mi smo.

El sistema de uni ón arti cul ada de la invención,

10

• permite minimi za r la pérdida de rendimi ento ópti co de una in stalación

term osolar de concentración, debido a errores de construcción y montaj e de la

estructura metáli ca soporte y a errore s de fabri cación y posicionado de los

elementos de uni ón entre refl ector y la estructura. El empl eo de esta in vención,

15: redunda fin almente en un in cremento sustancial de los ingresos económi cos de

una pl anta de producción de energía termosolar.

• permite trabaj ar con tolerancias constructi vas más fa vorabl es, tanto en la

estructura metálica soporte como en los procesos de colocación del cuerpo

principal de uni ón o pastilla durante la fabri cación del elemento refl ector. Esto

20: da lugar a una reducción de los costes de fabri cación de todos los componentes

de la in stalación, en horas de personal , ti empos de cicl o, control de calidad,

utillajes de posicionado, .

• permite utili zar elementos de baj o coste para su fabri cación, y

• permite una uni ón de fácil montaj e y desmontaj e, en caso de que así fu era

25: requerido.

Claims

REIVINDICACIONES

l. Sistema de unión articulada (1) de elementos reflectores solares a estructuras soporte que comprende,

un cuerpo principal de unión (2), destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio pasante (14) destinado a recibir un elemento de fijación macho (3),

al menos unos medios de junla adaplables que permiten el giro libre en el espacio de la unión entre el elemento reflector (13) Y la estructura soporte,

en donde los al menos unos medios de junta adaptables comprenden un orificio pasante destinado a dejar pasar a su través el elemento de fijación macho (3), disponiendo el elemento de fijación macho (3) de un primer extremo para alojamiento en el orificio (14) del cuerpo principal de unión (2, 2') Y un segundo extremo receptor de un elemento de fijación hembra (5) destinado a fijar de fOffila rígida todo el conjunto elemento reflector (13) Y estructura soporte,

caracterizado porque

el cuerpo principal de unión (2) comprende primer y segundo alojamientos esféricos (6, 7), conectados por el orificio (14), y con un centro común de rotación en el espacio,

el sistema (l) comprende una arandela esférica (4) con un orificio pasante (l 5),

y

el elemento de fijación macho (3) comprende una cabeza esférica (9)

en donde,

la arandela esférica (4) descansa sobre un primer alojamiento esférico (7) del cuerpo principal de unión (2), la cabeza esférica (9) del elemento de fijación macho (3) descansa sobre un segundo alojamiento esférico (6) del cuerpo principal de unión (2), y

el orificio pasante (14) del cuerpo principal de unión tiene un diámetro sustancialmente mayor que el del elemento de fijación macho (3) que permite el giro de dicho elemento de fijación (3) alrededor de cualquier eje en el espacio que pase por el punto fijo de giro de los alojamientos esféricos (6) y (7) del cuerpo principal de unión (2).

29
2. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación l caracterizado porque el

diámetro del orificio pasante ( 14) permite el giro del elemento de fijación macho (3)

en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente 2°.

5
3. Sistema de unión articulada ( 1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2

caracterizado porque comprende una arandela (12) dispuesta entre la estructura

soporte ( 10) Y el elemento de fijación hembra (5).

ID

4. Sistema de unión articulada ( 1) según cualquiera de las reivindicaciones I a 3

caracterizado porque comprende un film (8) de protección aplicado sobre la zona del

cuerpo principal de unión (2), destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector

( 13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar.

15

5. Sistema de unión articulada (I " ) de elementos reflectores solares a estructuras

soporte que comprende,

un cuerpo principal de unión (2"), destinado a fijarse sobre la cara del elemento

reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación so lar, que comprende

un orificio pasante ( 14 " ) destinado a recibir un elemento de fijación macho (3"),

20

al menos unos medios de juma adaptables que permiten el giro libre en el

espacio de la unión entre el elemento reflector (I3) y la estructura soporte,

en donde los al menos unos medios de junta adaptables comprenden un orificio

pasante destinado a dejar pasar a su través el elemento de fijación macho (3 " ),

disponiendo el elemento de fijación macho (3") de un primer extremo para

25

alojamiento en el orificio (I4) del cuerpo principal de unión (2 " ) y un segundo

extremo receptor de un elemento de fijación hembra (5") destinado a fijar de forma

rígida todo el conjunto elemento reflector (13) Y estructura soporte,

caracterizado porque

el cuerpo principal de unión (2") comprende una zona central elevada y curvada

30

(20) donde está dispuesto el orificio pasante (14 " ) con una apertura lateral que

comunica con una ventana ( 18),

30

el sistema (1) comprende una arandela esférica (4"') con un orificio pasante

(15'), Y

el elemento de fijación macho (3") comprende una cabeza esférica (9")

en donde,

la arandela esférica (4"') descansa sobre la superficie de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2"),

la cabeza esférica (9) del elemento de fijación macho (3") se ajusta, en situación de operación, a la superficie interior de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2 " ), y

el orificio pasante (14 ") del cuerpo principal de unión tiene un diámetro sustancialmente mayor que el del elemento de fijación macho (3") que permite el giro de dicho elemento de fijación (3") alrededor de cualquier eje en el espacio que pase por el punto fijo de giro del cuerpo principal de unión (2 ").
6.

Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 5 caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2") comprende una lámina inferior (21) plana destinada a fijarse al elemento reflector (13).
7.

Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 5 caracterizado porque el diámetro del orificio pasante (14" ) permite el giro del elemento de fijación macho (3") en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente 2°.
8.

Sistema de unión articulada (1") según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 caracterizado porque comprende una arandela (12") dispuesta entre la estructura soporte ( 10) y el elemento de fijación hembra (5").
9.

Reflector para concentradores de energía solar que comprende al menos un sistema de unión articulada (1, 1") a su estructura soporte según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
10.

Instalación reflectante de energía solar que comprende al menos un reflector según la reivindicación 9.
11.

Método de unión de un elemento reflector (13) a su estructura soporte que comprende las siguientes etapas:

31

Proveer al menos un sistema de unión (1 , 1" ) según cualquiera de las

5 reivindicaciones 1 a 8; Fijación del al menos un sistema de unión (1,1 ") sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, en una posición coincidente con la correspondiente zona de unión de la estructura soporte;

10 Posicionamiento del elemento reflector con el al menos un sistema de unión (1 , 1 " ) sobre la estructura soporte; y Fijación del conjunto para obtener una unión rígida.