ES2539038T3

ES2539038T3 - Bastidor estructural y módulo colector solar

Info

Publication number: ES2539038T3
Application number: ES12719166.6T
Authority: ES
Inventors: Joseph EISINGER; Kerry Manning; Patrick Marcotte; Nathan STEGALL
Original assignee: Abengoa Solar LLC
Current assignee: Abengoa Solar LLC
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: ZA201307694B; WO2012145513A3; US10436478B2; MA35118B1; MX345466B; EP2699852A2; WO2012145513A2; ES2522940R1; CN103620318A; MX2013012174A; ES2522940B1; EP2940402A1; EP2699852B1; US20140144428A1; ES2522940A2; EP2940403A1; CL2013003034A1

Abstract

Módulo colector solar y método de montaje. En un aspecto, un módulo colector solar incluye un reflector y una malla estructural tridimensional que soporta el reflector. La malla estructural incluye un conjunto de formas estructurales primarias y un conjunto de miembros de malla axiales conectados entre las esquinas de las formas estructurales primarias que forman trayectorias helicoidales para la transmisión del par desde un extremo de la malla estructural al otro. En otro aspecto, un método para montar un módulo colector solar incluye una parte de premontaje del módulo.

Description

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DESCRIPCIÓN

Bastidor estructural y módulo colector solar

Antecedentes

El colector solar de canal es una tecnología de colector conocida que se usa para plantas de concentración de energía solar (CSP). Como se representa en la figura 1, dicha planta emplea típicamente una serie grande de reflectores de enfoque y seguimiento solar que concentran la radiación solar entrante sobre un conducto tubular que contiene un fluido operativo. La radiación enfocada calienta el fluido operativo, por ejemplo un aceite u otro fluido. El fluido operativo calentado es llevado a una posición central donde su energía térmica acumulada puede ser utilizada en un motor térmico convencional, por ejemplo para generar vapor que mueve turbinas para producir potencia eléctrica. En otras aplicaciones, el fluido operativo calentado puede ser usado directamente, por ejemplo donde el fluido operativo es agua calentada para uso doméstico o comercial. Después de que su energía térmica ha sido utilizada, el fluido operativo puede recircularse a través de la serie de colectores para calentarlo de nuevo.

Las series de colectores pueden ser bastante grandes, cubriendo varios kilómetros cuadrados e incluyendo miles de módulos colectores, tal como el módulo 101 representado en el diagrama simplificado de la figura 1. En la figura 1 se representan varios módulos, cada uno de los cuales tiene una construcción similar. El campo o serie de colectores puede estar dividido en circuitos paralelos, de modo que el fluido operativo no tiene que circular a través de todo el campo de colectores antes de se llevado a la posición central, sino que en cambio se puede pasar a través de una sola fila de pocas decenas de módulos durante cada ciclo de calentamiento, por ejemplo. Muchas disposiciones de circuitos son posibles. Cada módulo incluye típicamente un reflector parabólico 102 soportado por un bastidor o sistema de tirantes 103 en el lado trasero del reflector (lejos del sol). El bastidor añade rigidez al módulo. Los módulos se soportan típicamente en postes 104 que están situados entre los módulos.

Los módulos colectores se agrupan típicamente en conjuntos de colectores solares rotativos (SCAs) de varios módulos adyacentes cada uno, conectados en una fila. Es decir, un SCA incluye típicamente varios módulos colectores soportados por postes en una disposición lineal, de tal manera que los módulos colectores en cada SCA puedan girar alrededor de un eje longitudinal. Para óptima eficiencia de recogida, todos los módulos en un SCA giran preferiblemente al unísono siguiendo al sol durante el día. Cada SCA puede ser movido por un mecanismo de accionamiento (no representado) cerca del centro del SCA, en un extremo del SCA, o en otra posición dentro del SCA. Los módulos colectores en un SCA pueden estar acoplados uno a otro usando un conjunto convencional de transferencia de par que incluye un elemento de torsión central (eje) para acoplar módulos adyacentes. Alternativamente, módulos adyacentes pueden estar acoplados cerca de sus bordes o rebordes, de modo que el par sea transmitido entre los módulos primariamente por un par de fuerza que actúa en el borde y el eje de rotación, más bien que por torsión de un eje central. Preferiblemente, el acoplamiento entre módulos acomoda la expansión y contracción térmicas del SCA. Una descripción adicional de sistemas y métodos para transferencia de par por “accionamiento de borde” se puede ve en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación, 12/416.536 presentada el 1 de Abril de 2009 y titulada “Transferencia de par entre módulos colectores de canal”, cuya descripción completa se incorpora aquí por referencia a todos los efectos.

Los módulos SCA transfieren par procedente de al menos dos fuentes diferentes. Primera: un mecanismo de accionamiento situado cerca del centro del SCA aplica par directamente a los módulos adyacentes al mecanismo de accionamiento. Con respecto al resto de los módulos en el SCA, el par se acopla desde un módulo al siguiente de modo que todo el grupo de módulos en el SCA gire al unísono. Segunda: las series de módulos también están sometidas a la cargas del viento, que puede ejercer fuerzas y pares muy grandes en la serie. La carga del viento en cada módulo es transmitida al módulo adyacente. El par resultante puede ser más pequeño en los módulos de extremo de un SCA, pero se puede acumular a través de los módulos en la fila de SCA hasta que el mecanismo de accionamiento deba resistir la carga torsional acumulada del viento de muchos módulos. El par total aplicado puede ser de cientos de miles de Newton-metro. Con el fin de mantener la dirección apropiada de la serie hacia el sol, el mecanismo de accionamiento debe ser capaz de resistir y superar el par resultante de la carga del viento, y el SCA debe ser suficientemente rígido para que los módulos no se desvíen de la orientación óptima lo suficiente para que su rendimiento de recogida de energía se degrade de forma significativa. Aunque los pares son mayores cerca del mecanismo de accionamiento, y los módulos adyacentes al mecanismo de accionamiento deben resistir los pares más grandes, la deflexión se puede acumular hacia fuera del mecanismo de accionamiento, y puede ser mayor en el extremo del SCA más alejado del mecanismo de accionamiento.

Con el fin de lograr suficiente rigidez, el bastidor o sistema de tirantes 103 deberá diseñarse de modo que resista los pares esperados con una deflexión aceptablemente pequeña. Además, el acoplamiento de dos o más dispositivos ópticamente exactos, tal como los módulos de un SCA, requiere que el conjunto sea fabricado con un grado relativamente alto de precisión para la apropiada recogida de energía. Además, es deseable que cada módulo sea de peso ligero, fácil de montar, y de bajo costo. En gran parte, estos objetivos de diseño irreconciliables -rigidez, exactitud, peso ligero, facilidad de montaje y bajo costo-dependen del diseño del bastidor o la porción de tirantes de los módulos colectores. Consiguientemente se necesitan diseños de bastidor mejorados para uso en módulos colectores solares.

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Dado que la eficiencia en el tiempo de los sistemas CSP depende en gran medida de cuánto tiempo los reflectores pueden estar expuestos a la luz solar, los sistemas CSP se sitúan por lo general en zonas de mucha luz solar, que también suelen ser entornos de temperatura alta. Estos entornos son a menudo lugares de bajo costo del desierto que combinan las grandes cantidades de luz solar con las grandes cantidades de espacio para colocar muchos espejos de los que recoger energía solar.

Por desgracia, aunque los desiertos proporcionan excelentes entornos para la recogida de energía solar, estos mismos entornos son por lo general perjudiciales para las estructuras físicas necesarias para hacerlo. Para recoger una cantidad significativa de energía solar para los motores térmicos, se necesitan grandes zonas superficiales de espejos. El método más económico de proporcionar y colocar las grandes zonas superficiales de espejos necesarias es usar menos paneles de espejo más grandes más bien que muchos paneles de espejo más pequeños. Sin embargo, dado que el tamaño de los paneles de espejo aumenta, los esfuerzos físicos en estos paneles de espejo también aumentan, debido tanto al peso de los paneles de espejo más grandes propiamente dichos, así como las estructuras necesarias para soportarlos. Los entornos de temperatura alta también amplían los esfuerzos físicos, y con el tiempo pueden distorsionar las formas cóncavas exactas de los espejos que son necesarias para lograr máxima reflexión solar a los medios de recogida.

Una estructura mejorada de bastidor proporcionaría buena resistencia torsional y rigidez, así como resistencia y rigidez a la flexión, utilizando al mismo tiempo eficientemente el material.

WO-A-2011/011728 describe un módulo colector solar según el preámbulo de la reivindicación 1.

Resumen

Las realizaciones de la invención se refieren a mejoras en el diseño y la construcción de módulos colectores solares de concentración. Los aspectos de la invención incluyen mejoras en la disposición de un bastidor para un módulo colector solar, y en la unión de elementos estructurales del bastidor en nodos.

Según un aspecto, un módulo colector solar según la reivindicación 1 incluye un bastidor estructural tridimensional, donde el bastidor estructural tridimensional incluye un conjunto de formas estructurales primarias espaciadas a lo largo de un eje longitudinal del bastidor estructural. Cada forma estructural primaria incluye un conjunto de elementos de bastidor dispuestos en una forma poligonal. El bastidor estructural tridimensional también incluye un conjunto de elementos de bastidor axiales que unen esquinas de formas estructurales primarias adyacentes de tal manera que los elementos de bastidor axiales formen recorridos helicoidales para la transmisión de par desde un extremo longitudinal del bastidor estructural al otro. El módulo colector solar incluye además un reflector acoplado al bastidor estructural tridimensional y conformado para concentrar radiación solar sobre un receptor. Las reivindicaciones 2-14 definen realizaciones ventajosas de la invención según la reivindicación 1.

Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes por la descripción siguiente de las realizaciones preferidas, que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra una vista esquemática de una porción de una planta de concentración de energía solar.

La figura 2 ilustra una vista oblicua de un bastidor estructural tridimensional según realizaciones de la invención.

Las figuras 3A-3E ilustran elementos del bastidor estructural tridimensional de la figura 2 con más detalle.

Las figuras 4A y 4B ilustran vistas oblicuas y de extremo de un bastidor estructural tridimensional según otras realizaciones.

Las figuras 5A y 5B ilustran un cubo o conector de nodo según realizaciones.

Las figuras 6A-6E ilustran el uso de un bastidor estructural tridimensional en un módulo colector solar, según realizaciones.

Las figuras 7A-7D ilustran una técnica para hacer conexiones entre elementos de bastidor en nodos del bastidor estructural, según realizaciones.

La figura 8 representa una vista oblicua de un reflector según realizaciones, hecho a partir de paneles reflectores que son cóncavos a lo largo de su longitud.

La figura 9 representa una vista oblicua de un reflector según realizaciones, hecho a partir de paneles reflectores que son cóncavos a lo largo de su anchura.

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La figura 10 representa el bastidor estructural tridimensional de la figura 6A, con una anotación añadida.

Las figuras 11A-11C ilustran un subconjunto según realizaciones de la invención.

Las figuras 12A-12D ilustran un subconjunto según otras realizaciones de la invención.

Las figuras 13A-13E ilustran un subconjunto según otras realizaciones de la invención.

Descripción detallada

La figura 2 ilustra una vista oblicua de un bastidor estructural tridimensional 200 según realizaciones de la invención. El bastidor 200 utiliza elementos de bastidor interconectados en una disposición que da al bastidor buena resistencia torsional y rigidez así como resistencia y rigidez a la flexión, utilizando al mismo tiempo el material eficientemente.

A los efectos de esta descripción, un elemento de bastidor es un elemento estructural alargado conectado entre dos nodos del bastidor. Cada elemento es preferiblemente sustancialmente rígido, y está dimensionado para resistir la compresión y carga de tensión esperadas sin deformación o pandeo. Cada elemento de bastidor también puede estar dimensionado de modo que resista la elongación axial o compresión de tal manera que el bastidor estructural tridimensional general pueda cumplir sus objetivos de rendimiento relativos a la rigidez torsional y de flexión. En algunas realizaciones, los elementos de bastidor también pueden resistir cargas de curvado. Los elementos de bastidor pueden estar interconectados en nodos del bastidor usando dispositivos llamados cubos o conectores de nodo. Los elementos de bastidor se pueden hacer de cualquier material adecuado, por ejemplo acero, aluminio, otros metales, aleaciones de metales, o materiales compuestos. Los elementos de bastidor pueden ser tubulares, por ejemplo de forma redonda o rectangular en sección transversal, se pueden hacer de formas tal como ángulos, secciones en C o secciones en I o pueden ser de otras formas. Los elementos de bastidor pueden ser monolíticos o se pueden fabricar, por ejemplo, incluyendo elementos conectores que faciliten las transiciones entre los elementos de bastidor y los cubos.

El bastidor estructural tridimensional 200 incluye un conjunto de formas estructurales primarias 201a-201d espaciadas a lo largo de un eje longitudinal 202 del bastidor estructural 200. En el ejemplo de la figura 2, cada forma estructural primaria 201a-201d incluye cuatro elementos de bastidor dispuestos en un cuadrado, aunque en otras realizaciones, las formas estructurales primarias pueden ser de otras formas poligonales. Por ejemplo, las formas estructurales primarias 201a-201d pueden ser triangulares, pueden tener cinco lados, u otro número de lados. En algunas realizaciones, las formas poligonales son polígonos regulares idénticos, aunque en otras realizaciones no todas las formas estructurales primarias pueden ser idénticas, y puede no ser polígonos regulares.

El número de formas estructurales primarias también se pueden variar, según la necesidad. Aunque se representan cuatro formas estructurales primarias 201a-201d en el bastidor estructural tridimensional 200, se puede utilizar más

o menos formas estructurales primarias.

En el bastidor estructural tridimensional ejemplar 200, cada una de las formas estructurales primarias 201a-201d se gira alrededor del eje longitudinal 202 45 grados con respecto a las formas estructurales primarias axialmente adyacentes. Se puede usar otros ángulos rotacionales. Elementos de bastidor axiales 203 (de los que solamente se numeran algunos en la figura 2) unen esquinas de las formas estructurales primarias 201a-201d. Por ejemplo, desde cada esquina de la forma estructural primaria 201a se extienden dos elementos de bastidor axiales 203 a las dos esquinas más próximas de la forma estructural primaria 201b. Igualmente, dos elementos de bastidor axiales 203 se extienden desde cada esquina de la forma estructural 201b a las dos esquinas más próximas de la forma estructural primaria 201c, etc. Los elementos de bastidor axiales 203 forman así ocho recorridos helicoidales de transferencia de par a lo largo de la longitud del bastidor estructural tridimensional 200. Uno de los recorridos helicoidales 204 se ha resaltado en la figura 2. La mitad de los recorridos helicoidales formados por los elementos de bastidor axiales 203 prosiguen con curvatura a la derecha, y la mitad prosigue con curvatura a la izquierda. Los recorridos helicoidales combinados forman una estructura muy eficiente para transmitir par desde un extremo del bastidor estructural tridimensional 200 al otro. Los elementos de bastidor de las formas estructurales primarias 201a-201d mantienen la espaciación de los elementos de bastidor axiales 203. El bastidor estructural tridimensional 200 tiene así atributos similares a un tubo, que es una forma muy eficiente de transmitir par.

Las figuras 3A-3E ilustran elementos del bastidor estructural tridimensional 200 con más detalle. En la figura 3A, las formas estructurales primarias 201a-201d se representan aisladas, espaciadas a lo largo del eje longitudinal 202 del bastidor estructural 200. Aunque las formas estructurales primarias 201a-201d se representan espaciadas a igual distancia, esto no es necesario. La figura 3B representa una vista de extremo de las formas estructurales primarias 201a y 201b, que ilustra que la forma estructural primaria 201b se ha girado con respecto a la forma estructural primaria 201a.

La figura 3C ilustra dos elementos de bastidor axiales 203 que se extienden desde una esquina de la forma estructural primaria 201a a las esquinas más próximas de la forma estructural primaria 201b. La figura 3D es una

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vista de extremo de la disposición de la figura 3C. La figura 3E ilustra una vista de extremo del bastidor estructural tridimensional ejemplar 200, con todos los elementos de bastidor axiales 203 ilustrados en la figura 2 en posición. (No todos los elementos de bastidor axiales 203 están etiquetados en la figura 3E).

En algunas realizaciones, la disposición del bastidor estructural tridimensional permite eficiencias logísticas y de fabricación. En diseños anteriores de tirantes de malla espacial podían usarse muchas formas y tamaños diferentes de elemento de bastidor, y usarse diferentes cubos en nodos diferentes en la malla espacial. El gran número resultante de piezas únicas daba origen a la complejidad del conjunto de bastidor y a la logística del suministro y de la fabricación de piezas. Según algunas realizaciones de la invención, todos los elementos de bastidor usados en las formas estructurales primarias pueden ser idénticos, de tal manera que el número de piezas únicas del bastidor estructural tridimensional 200 se reduce en comparación con un tirante de malla espacial tradicional. Además, todos los elementos de bastidor axiales 203 pueden ser idénticos uno a otro. En algunas realizaciones, todos los elementos de bastidor, incluyendo tanto los elementos de bastidor axiales como los elementos de bastidor utilizados en las formas estructurales primarias son idénticos, de tal manera que solamente se use una configuración de elementos de bastidor en todo el bastidor estructural tridimensional. En algunas realizaciones, todos los cubos utilizados en todo el bastidor estructural tridimensional también son idénticos.

Las figuras 4A y 4B ilustran vistas oblicuas y de extremo de un bastidor estructural tridimensional 400, según otras realizaciones. El bastidor estructural tridimensional 400 utiliza formas estructurales primarias triangulares 401a-401d, espaciadas a lo largo de un eje longitudinal 402. Los elementos de bastidor axiales 403 forman seis recorridos helicoidales a lo largo del bastidor para la transmisión de par. También se puede usar formas estructurales primarias que tienen otros números de elementos.

Las figuras 5A y 5B ilustran un cubo o conector de nodo 500 según realizaciones, que puede ser usado para interconectar elementos de un bastidor estructural tridimensional tal como el bastidor 400. El cubo ejemplar 500 incluye una chapa curvada 501 que tiene un lado cóncavo 502. La chapa curvada 501 está curvada a lo largo de una curva 503, que tiene un eje 504. Una chapa transversal 505 está fijada al lado cóncavo 502 de la chapa curvada 501, transversal al eje 504 de la curva 503. Tanto la chapa curvada 502 como la chapa transversal 505 incluyen elementos para conectar elementos de bastidor. En el cubo ejemplar 500, las chapas definen agujeros 506 (solamente algunos de ellos están etiquetados), que se pueden usar para conectar elementos de bastidor, por ejemplo usando pasadores, remaches o tornillos. También se puede contemplar otros tipos de elementos y métodos de conexión. La chapa transversal 505 puede estar fijada a la chapa curvada 501 por cualesquiera medios adecuados, por ejemplo por soldadura a lo largo de líneas de soldadura 507.

La figura 5B ilustra las conexiones de seis elementos de bastidor 508-513 al cubo 500. Los elementos de bastidor 508 y 509 pueden ser elementos de una forma estructural primaria, por ejemplo la forma estructural primaria 401b del bastidor estructural tridimensional 400. Los elementos de bastidor 510, 511, 512 y 513 son elementos de bastidor axiales, tal como algunos de los elementos axiales 403 del bastidor estructural tridimensional 400. Aunque no se representan sujetadores en la figura 5B, los elementos de bastidor 508-513 pueden estar clavados, remachados, empernados o fijados de otro modo al cubo 500. El cubo ejemplar 500 puede ser especialmente adecuado para un bastidor estructural tridimensional que tenga formas estructurales primarias triangulares, pero se puede construir cubos similares para bastidores que tengan formas estructurales primarias con otros números de elementos. En algunas realizaciones, todos los cubos en el bastidor son idénticos, pero esto no es un requisito.

Un bastidor estructural tridimensional como el descrito anteriormente es especialmente adecuado para uso en un módulo colector solar de concentración. Puede ser necesario que cada módulo de un colector solar de concentración resista y transmita pares significativos con limitada deflexión torsional con el fin de mantener la alineación de módulos en un conjunto de colectores solares, y también puede ser necesario que resista la curvatura con el fin de mantener el enfoque apropiado de radiación solar reflejada sobre un tubo receptor.

Las figuras 6A-6E ilustran el uso de un bastidor estructural tridimensional 600 en un módulo colector solar, según realizaciones. En este ejemplo, como se representa en la figura 6A, el bastidor estructural tridimensional 600 utiliza siete formas estructurales primarias 601a-601g, cada una de las cuales es triangular. Las formas estructurales primarias 601a-601g están espaciadas a lo largo de un eje longitudinal 602 del bastidor estructural tridimensional 600, y están conectadas por elementos de bastidor axiales 603, de los que solamente unos pocos están etiquetados en la figura 6A. Uno de los seis recorridos helicoidales de transferencia de par 604 formados por los elementos de bastidor axiales 603 se ha resaltado en la figura 6A. Se puede disponer apuntalamiento adicional 605 en cada extremo del bastidor estructural tridimensional 600, para montar el bastidor estructural 600 en cojinetes 606 y para facilitar la transferencia de par entre módulos adyacentes. Los cojinetes 606 permiten que el módulo gire alrededor de un eje siguiendo al sol. El eje rotacional definido por los cojinetes 606 no tiene que ser el mismo que el eje longitudinal del bastidor estructural tridimensional 600, sino que puede estar colocado cerca de un centro de masa del módulo colector solar completado.

La figura 6B ilustra el bastidor estructural tridimensional 600 con elementos adicionales de un módulo colector solar en posición. Un tubo receptor 607 es soportado por soportes de receptor 608a-608c, que a su vez están unidos al bastidor estructural tridimensional 600, por ejemplo en las formas estructurales primarias 601. El tubo receptor 607

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se ha colocado preferiblemente en o cerca de una línea focal de un reflector, y recibe radiación solar concentrada reflejada del reflector.

La figura 6C ilustra el bastidor estructural tridimensional 600 con el tubo receptor y los soportes de receptor representados en la figura 6B y también con cuatro estructuras de soporte de reflector 609a-609d añadidas. En este ejemplo se usan cuatro estructuras de soporte de reflector, coincidiendo con formas estructurales primarias alternativas (alternas) 601a, 601c, 601e, y 601g. Las estructuras de soporte de reflector 609a-609d se pueden montar por separado, y luego montar en el bastidor estructural tridimensional 600. Esta forma modular de construcción del módulo colector solar puede separar más efectivamente la función de soporte de espejo del módulo de la función de transmisión de par del módulo, en comparación con los diseños tradicionales de malla espacial, y así puede facilitar el desarrollo y el refinamiento del producto, puesto que se puede hacer cambios de diseño en el bastidor estructural 600 o en las estructuras de soporte de reflector 609a-609d sin afectar a las otras, a condición de que las conexiones entre el bastidor estructural 600 y las estructuras de soporte de reflector 609a-609d permanezcan en sus posiciones fijas.

La figura 6D representa la adición de correas 610a-610d a las estructuras de soporte de reflector 609a-609d. Las correas pueden facilitar el montaje de un reflector en el módulo.

La figura 6E ilustra la adición de un reflector 611 al módulo colector solar. El reflector 611 está acoplado al bastidor estructural tridimensional 600 por las correas 610a-610d y las estructuras de soporte de reflector 609a-609d. El reflector 611 está conformado para concentrar la radiación solar sobre el tubo receptor 607. El reflector 611 puede incluir segmentos que colectivamente forman el reflector 611, por ejemplo paneles de espejo compuestos. Un panel de espejo compuesto ejemplar puede incluir un componente estructural tal como una espuma de poliisocianurato, panal de polipropileno, u otro componente estructural intercalado entre hojas exteriores hechas de metal, fibra de vidrio, u otro material adecuado, con una superficie reflectora aplicada a un lado del panel. Se puede emplear otras técnicas y materiales al construir paneles compuestos. En algunas realizaciones, cada panel de espejo compuesto puede ser soportado solamente en dos posiciones separadas, por ejemplo en correas 610a y 610b, o en correas 610c y 610d. Los paneles de espejo compuestos pueden estar en voladizo más allá de los bordes del bastidor estructural tridimensional, como se representa en la figura 6E.

Las figuras 7A-7D ilustran otra técnica para hacer conexiones entre elementos de bastidor en los nodos del bastidor estructural. La técnica de las figuras 7A-7D no requiere el uso de cubos o conectores de nodo, y así puede reducir de forma significativa el número de piezas necesarias para construir el bastidor estructural.

En la figura 7A, los elementos de bastidor 701 y 702 son elementos de una de las formas estructurales primarias del bastidor, y otros elementos de bastidor 703-706 son elementos de bastidor axiales. El extremo de cada uno de los elementos de bastidor 701-706 que se unen en el nodo ilustrado se forma, por ejemplo por embutición o estampado, en forma de una pestaña. Por ejemplo, el extremo del elemento de bastidor axial 705 ha sido embutido para formar una pestaña 707. En este ejemplo, la pestaña 707 incluye dos porciones planas 708 y 709, inclinadas una con respecto a otra para facilitar la unión de la pestaña 707 con pestañas similares en otros elementos de bastidor. Cada una de las caras 708 y 709 define un par de aberturas 710, colocadas para acoplar con aberturas similares en pestañas en otros elementos de bastidor cuando el bastidor está montado adecuadamente. Por ejemplo, los elementos de bastidor se pueden unir usando pasadores, tornillos, remaches, u otros sujetadores a través de las aberturas 710. (Los sujetadores no se representan en la figura 7A). También se puede contemplar otros métodos de unir los elementos de bastidor, por ejemplo soldadura directa.

La figura 7B ilustra el nodo de la figura 7A, desde un ángulo inverso. Las pestañas de los elementos de bastidor ejemplares 701-706 están colocadas adyacentes una a otra y están conectadas con pasadores, tornillos, o remaches en cizalla simple. La figura 7C ilustra otra realización ejemplar, en la que los extremos de los elementos de bastidor están formados a modo de pestañas que tienen dos porciones separadas. Una porción de una pestaña de un elemento de bastidor encaja entre las porciones de otra pestaña de elemento de bastidor, de modo que los pasadores, tornillos o remaches que unen los dos elementos estén colocados en cizalla doble. Por ejemplo, como se puede ver en la figura 7C, una porción de pestaña 711 de un elemento de bastidor encaja entre las porciones de una pestaña 712 de otro elemento de bastidor, y viceversa, en la posición 713. Esta disposición puede dar lugar a una unión más fuerte. La figura 7D ilustra otro ejemplo de un elemento de bastidor que tiene una pestaña 714 que incluye dos porciones separadas 715a y 715b.

En otras realizaciones se facilita un reflector compuesto. El reflector puede ser para un sistema de concentración de energía solar (CSP), en el que el reflector puede redirigir y concentrar la potencia solar a/en un receptor. El reflector puede ser la totalidad, simplemente una porción secundaria, de cualquier reflector concreto del sistema.

En realizaciones donde el reflector es una porción secundaria de un reflector en el CSP, el reflector puede ser cóncavo a lo largo de su longitud. De esta manera, tales reflectores pueden crear un reflector general más grande cuando se dispongan uno al lado del otro. Otro conjunto de reflectores yuxtapuestos se puede disponer encima o debajo de dicho conjunto para crear un reflector general aún más grande. La figura 8 ilustra una vista oblicua de un reflector 860 según la realización, donde el reflector se hace de paneles reflectores 800 que son cóncavos a lo largo

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de su longitud.

En otras realizaciones donde el reflector es una porción secundaria de un reflector en el CSP, el reflector puede ser cóncavo a lo largo de su anchura. De esta manera, tales reflectores, cuando se colocan yuxtapuestos, pueden crear un reflector general más grande. La figura 9 ilustra una vista oblicua de un reflector 900 según la realización, donde el reflector se hace de paneles reflectores 910 que son cóncavos a lo largo de su longitud.

Un bastidor estructural según realizaciones de la invención, por ejemplo un bastidor estructural como el ilustrado en la figura 2, la figura 4A o la figura 6A, puede facilitar ciertas eficiencias de producción y montaje. Algunas de éstas se explicarán más adelante en el contexto del bastidor estructural tridimensional 600, que, para facilidad de referencia, se ilustra de nuevo en la figura 10. El bastidor estructural tridimensional 600 incluye siete formas estructurales primarias 601a-601g, cada una de las cuales es triangular. Las formas estructurales primarias 601a-601g están espaciadas a lo largo de un eje longitudinal 602 del bastidor estructural tridimensional 600, y están conectadas por elementos de bastidor axiales 603, de los que solamente unos pocos se han etiquetado en la figura 6A.

Se puede idear el bastidor estructural tridimensional 600 incluyendo seis “bahías” 1001a-1001f, extendiéndose cada bahía desde una de las formas estructurales primarias 601a-601g a la siguiente. Con referencia a las bahías 1001c y 1001d, estas bahías están formadas en parte por los elementos de bastidor axiales 603 que se extienden desde las tres esquinas de la forma estructural primaria triangular 601d. Por ejemplo, las porciones superiores de las bahías 1001c y 1001d están formadas por los cuatro elementos de bastidor axiales etiquetados colectivamente como 1002, que se unen en el nodo 1003. El resto del exterior de las bahías 1001c y 1001d está formado por los cuatro elementos de bastidor axiales que se unen en el nodo 1004 y los cuatro elementos de bastidor axiales que se unen en el nodo 1005, para un total de 12 elementos de bastidor axiales. (Cuando se usen formas estructurales primarias distintas de triángulos, se necesitarán más elementos de bastidor axiales para definir una bahía. Por ejemplo, cuando las formas estructurales primarias son cuadradas, entonces se necesitarán 16 elementos de bastidor axiales para definir el exterior de dos bahías adyacentes).

En algunas realizaciones, el bastidor estructural tridimensional 600 está diseñado de tal manera que todos los elementos de bastidor axiales 603 sean idénticos uno a otro, y de tal manera que los cubos o conectores de nodo en todos los nodos (a excepción posiblemente de los nodos en los extremos del bastidor estructural tridimensional 600) sean idénticos uno a otro. Adicionalmente, todos los elementos de bastidor que forman las formas estructurales primarias 601b-601f (y posiblemente algunos de los elementos que forman formas estructurales primarias 601a y 601g) pueden ser idénticos uno a otro. Así, el bastidor estructural tridimensional 600 puede incluir cuarenta y dos elementos de bastidor axiales idénticos 603, diecinueve elementos de bastidor idénticos usados para formar las formas estructurales primarias 601, y quince conectores de nodo idénticos en las esquinas de las formas estructurales primarias 601b-601f, de modo que el grueso del bastidor estructural tridimensional 600 esté formado solamente por tres tipos únicos de piezas y los sujetadores usados para conectarlos. En una realización donde los elementos de bastidor axiales 603 y los elementos de las formas estructurales primarias 601a-601g son idénticos uno a otro, el grueso del bastidor estructural tridimensional 600 puede estar formado por sesenta y un elementos de bastidor idénticos y quince cubos idénticos.

En un aspecto, el hecho de que muchas partes del bastidor estructural tridimensional 600 sean idénticos significa que en una instalación grande donde se usan muchos módulos colectores, los elementos individuales estructurales usados para montar los bastidores estructurales tridimensionales de los módulos se pueden fabricar en volúmenes muy altos, dando lugar a una producción eficiente en la fabricación de los elementos de bastidor. Además, el bajo número de piezas únicas en el bastidor estructural tridimensional simplifica control del inventario, transporte y otros aspectos del suministro de piezas.

En otro aspecto, porciones del bastidor estructural tridimensional 600 se pueden premontar antes del transporte a un lugar de trabajo donde se instalarán los eventuales módulos colectores para el uso, tal como en una planta de concentración de energía solar. Por ejemplo, porciones del bastidor estructural tridimensional 600 se pueden montar cerca del lugar donde se fabriquen los elementos individuales de bastidor y los conectores de nodo, o en un lugar intermedio. El premontaje de porciones de los bastidores estructurales tridimensionales se puede realizar en interiores, de modo que no sea probable que al menos parte del montaje de los módulos quede afectado por condiciones meteorológicas adversas. El premontaje permite enviar el material al lugar eventual de trabajo en subconjuntos más grandes que si los elementos individuales se transportasen por separado, simplificando el manejo del material y reduciendo el riesgo de perder o colocar mal las piezas en el lugar de trabajo, que probablemente se realiza en exteriores.

En una técnica de premontaje, conjuntos de cuatro o más elementos de bastidor axiales 603, por ejemplo el conjunto etiquetado colectivamente como 1002 en la figura 10, puede ir parcialmente premontado en su conector de nodo común. La figura 11A representa cuatro elementos de bastidor axiales, etiquetados 1101a-1101d, montados en un cubo 1102, que es similar al cubo 500 representado en la figura 5A. Los elementos de bastidor premontados 1101a-1101d y el cubo 1102 forman un subconjunto 1100. La figura 11B representa una vista ampliada de la zona de la figura 11A incluyendo el cubo 1102 y las conexiones de los elementos de bastidor axiales 1101a-1101d al cubo 1102. En el subconjunto 1100, cada uno de los elementos de bastidor axiales 1101a-1101d se monta en el

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cubo 1102 usando un solo remache respectivo u otro sujetador adecuado 1103a-1103d. Preferiblemente, el subconjunto 1100 está dispuesto en una configuración de transporte compacta para el envío al lugar de trabajo. En la configuración de transporte, los elementos incluidos en el subconjunto 1100 se disponen de forma más compacta que en el bastidor estructural tridimensional terminado. Por ejemplo, en la disposición de la figura 11A, los elementos de bastidor axiales 1101a-1101d están dispuestos en una configuración generalmente lineal.

Con la aplicación de par moderado, los elementos de bastidor axiales 1101a-1101d pueden girar alrededor de los respectivos remaches 1103a-1103d de modo que el subconjunto 1100 se pueda expandir a la configuración en la que se usará en el bastidor estructural tridimensional 600, como se representa en la figura 11C. Entonces se puede colocar remaches u otros sujetadores en los otros agujeros en los extremos de los elementos de bastidor axiales 1101a-1101d, aumentando la resistencia y la rigidez del subconjunto.

Una vez que los subconjuntos premontados se han expandido, se pueden unir en el lugar de trabajo usando cubos y remaches adicionales u otros sujetadores, y se pueden montar los elementos de bastidor que forman las formas estructurales primarias 601b-601f. Se puede montar cualesquiera elementos de extremo únicos para completar el bastidor estructural tridimensional, y se puede acoplar un reflector al bastidor estructural tridimensional para completar un módulo colector solar.

Aunque el subconjunto 1100 incluye solamente cuatro elementos de bastidor axiales conectados a un cubo para formar un subconjunto de aproximadamente el doble de la longitud de los elementos de bastidor axiales 1101a1101d, se puede usar subconjuntos más grandes o más pequeños. Por ejemplo, se podría conectar solamente uno

o dos elementos de bastidor axiales a un cubo para formar un subconjunto. O se podría montar cubos y elementos de bastidor axiales adicionales a los extremos de algunos o de todos los elementos de bastidor axiales 1101a1101d, para formar un subconjunto más largo, sujeto solamente a la viabilidad de transporte del subconjunto resultante.

Las figuras 12A-12D ilustran otro ejemplo de premontaje de parte del bastidor estructural tridimensional 600. En este ejemplo, todos los elementos de bastidor axiales necesarios para dos bahías del bastidor estructural tridimensional 600 están montados en cubos formando un subconjunto 1200. En este ejemplo, doce elementos de bastidor axiales 1201a-12011 están montados usando nueve cubos 1202a-1202i. En el subconjunto 1200, cada par adyacente de elementos de bastidor axiales está montado en el mismo cubo en un extremo, y en cubos diferentes en el extremo opuesto. Por ejemplo, los elementos axiales adyacentes 1201a y 1201b están montados en el cubo 1202b en un extremo, pero el elemento axial 1201a está montado en el cubo 1202f en el otro extremo mientras que el elemento axial 1201b está montado en otro cubo 1202d. Igualmente, los elementos axiales adyacentes 1201b y 1201e están montados en el cubo 1202d en un extremo, pero en el otro extremo, el elemento axial 1201b está montado en el cubo 1202b mientras que el elemento axial 1201e está montado en el cubo 1202a.

Como en el ejemplo anterior, solamente se usa un remache u otro sujetador adecuado en cada extremo de cada uno de los elementos de bastidor axiales 1201a-12011. Esto permite que los elementos de bastidor axiales y los cubos experimenten rotación relativa alrededor de los sujetadores, para comprimir el subconjunto a la disposición compacta generalmente lineal de la figura 12A, y también expandir el subconjunto 1200 como indican las flechas 1203a-1203c. Cuando el subconjunto 1200 se expande, sus extremos se aproximan más, como indican las flechas 1204a y 1204b.

La figura 12B representa una vista ampliada de una porción de la figura 12A, que ilustra remaches simples que unen elementos de bastidor axiales a los cubos 1202d-1202f. (No todos los remaches son visibles en la figura 12B).

La figura 12C representa el subconjunto 1200 en su estado completamente expandido, en la configuración en la que se ha de usar en el eventual bastidor estructural tridimensional. Las líneas de trazos en la figura 12C ilustran dónde se colocarán las formas estructurales primarias para completar la porción de dos bahías del bastidor estructural tridimensional 600. La figura 12D representa el subconjunto 1200 con las formas estructurales primarias 1205a1205c en posición. Entonces se colocarían remaches u otros sujetadores en todos los agujeros de acoplamiento donde se unen los elementos de bastidor y los cubos.

A continuación se puede conectar múltiples subconjuntos similares usando elementos de bastidor axiales adicionales, y añadir cualesquiera elementos de extremo únicos, para completar el bastidor estructural tridimensional 600. Entonces se puede montar un reflector en el bastidor estructural tridimensional para completar un módulo colector solar como el descrito anteriormente.

Se puede formar otros tamaños de subconjuntos. Por ejemplo, un subconjunto para formar solamente una sola bahía del bastidor estructural tridimensional 600 se podría formar omitiendo los elementos de bastidor axiales 1201c, 1201d, 1201g, 1201h, 1201k y 12101 y los cubos 1202g, 1202h, y 1202i del subconjunto 1200. Un subconjunto 1300 formado de esta forma se representa en la figura 13A. En el subconjunto 1300, seis elementos de bastidor axiales están montados como se ha descrito anteriormente en seis cubos 1301a-1301f

La expansión y el montaje adicional de dicho subconjunto se puede facilitar usando elementos de bastidor

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transversales plegados, como se representa en la figura 13B. En la figura 13B, elementos de bastidor transversales plegados 1302a-1302f se han conectado entre cubos adyacentes. Cada uno de los elementos de bastidor transversales plegados incluye dos porciones articuladas conjuntamente.

5 Una vez montados en los cubos, los elementos de bastidor transversales plegados 1302a-1302f se pueden desplegar mientras que los elementos de bastidor axiales se colocan aparte, como se representa en las figuras 13C y 13D que ilustran las etapas progresivas en el despliegue del subconjunto 1300. Una vez que los elementos de bastidor transversales plegados 1302a-1302f se han enderezado, forman las formas estructurales primarias de la bahía montadas, y son transversales al eje del eventual bastidor estructural tridimensional. Los elementos

10 transversales plegados se pueden fijar entonces en sus configuraciones rectas, y se puede colocar en posición sujetadores adicionales para fijar plenamente los elementos de bastidor axiales a los cubos, completando así la bahía. Se puede formar otras bahías de manera similar y unir para formar un bastidor estructural tridimensional tal como el bastidor estructural tridimensional 600. Se puede añadir un reflector para completar un módulo colector solar.

15 La presente invención se ha descrito anteriormente en términos de realizaciones actualmente preferidas de modo que se pueda entender la presente invención. Sin embargo, hay muchas configuraciones para sistemas de colectores no específicamente descritas aquí, pero con las que se puede aplicar la presente invención. Por lo tanto, la presente invención se deberá entender limitada a las realizaciones particulares aquí descritas, sino que más bien

20 se deberá entender que la presente invención tiene amplia aplicabilidad con respecto a sistemas de colectores en general. Por lo tanto, todas las modificaciones, variaciones o disposiciones e implementaciones equivalentes que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas se deberán considerar dentro del alcance de la invención.

Claims

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REIVINDICACIONES

1.

Un módulo colector solar, incluyendo:

un bastidor estructural tridimensional (600) y un reflector (611) acoplado al bastidor estructural tridimensional (600) y conformado para concentrar radiación solar sobre un receptor donde el bastidor estructural tridimensional (600) incluye un conjunto de formas estructurales primarias (601a-601g) espaciadas a lo largo de un eje longitudinal del bastidor estructural, incluyendo cada forma estructural primaria un conjunto de elementos de bastidor dispuestos en una forma poligonal, y donde el bastidor estructural tridimensional también incluye un conjunto de elementos de bastidor axiales (603) que unen esquinas de formas estructurales primarias adyacentes, caracterizado porque los elementos de bastidor axiales (603) forman recorridos helicoidales para la transmisión de par desde un extremo longitudinal del bastidor estructural al otro.
2.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) incluye una pluralidad de paneles compuestos; y opcionalmente

donde cada panel compuesto se soporta solamente en dos posiciones separadas (610a, 610b; 610c, 610d).
3.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) está en voladizo más allá de los bordes del bastidor estructural tridimensional (600).
4.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) tiene forma de un cilindro parabólico.
5.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, incluyendo además una pluralidad de estructuras de soporte de reflector (609a-609d), coincidiendo cada estructura de soporte de reflector con un borde de una forma respectiva de las formas estructurales primarias; y opcionalmente

donde las estructuras de soporte de reflector coinciden con formas estructurales primarias alternativas.
6.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) incluye una pluralidad de paneles reflectores, siendo cóncavo cada panel reflector a lo largo de su anchura; u opcionalmente

donde el reflector incluye una pluralidad de paneles reflectores, siendo cóncavo cada panel reflector a lo largo de su longitud.
7.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde cada forma estructural primaria incluye tres y solamente tres elementos de bastidor; u opcionalmente

donde cada forma estructural primaria incluye cuatro y solamente cuatro elementos de bastidor; u opcionalmente donde cada forma estructural primaria incluye cinco o más elementos de bastidor.
8.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde las formas estructurales primarias son formas poligonales regulares.
9.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde todas las formas estructurales primarias son idénticas; u opcionalmente donde todos los elementos en todas las formas estructurales primarias son idénticos; u opcionalmente

donde todos los elementos axiales son idénticos; u opcionalmente donde todos los elementos en todas las formas estructurales primarias y todos los elementos axiales son idénticos.
10.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, incluyendo además un cubo en cada esquina de cada forma estructural primaria, donde todos los elementos de bastidor que se unen en cada esquina de forma estructural primaria respectiva están unidos al cubo respectivo.
11.

El módulo colector solar de la reivindicación 10, donde al menos un cubo incluye:

una chapa curvada que tiene un lado cóncavo e incluyendo elementos para conectar los elementos de bastidor axiales que se unen en el cubo; y

una chapa transversal fijada transversal al lado cóncavo de la chapa curvada y transversal al eje longitudinal del bastidor estructural, incluyendo la chapa transversal elementos para conectar los elementos de bastidor de la forma estructural primaria respectiva que se unen en el cubo.

10
12.

El módulo colector solar de la reivindicación 10, donde todos los cubos son idénticos.
13.

El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde los extremos de al menos dos elementos de bastidor están

5 formados a modo de pestañas, y los dos elementos de bastidor que tienen las pestañas se unen directamente usando las pestañas sin el uso de un cubo separado.
14. El módulo colector solar de la reivindicación 13, incluyendo además sujetadores que unen las pestañas de los dos elementos de bastidor, donde los sujetadores están en una sola cizalla; u opcionalmente

10 incluyendo además sujetadores que unen las pestañas de los dos elementos de bastidor, donde los sujetadores están en cizalla doble; u opcionalmente

donde extremos de todos los elementos de bastidor están formados a modo de pestañas, y las conexiones entre los 15 elementos de bastidor se hacen conectando directamente las pestañas respectivas, sin el uso de un cubo separado.

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