ES2610628A1

ES2610628A1 - Acumulador y convertidor de energía solar térmica

Info

Publication number: ES2610628A1
Application number: ES201631596A
Authority: ES
Inventors: Alejandro DATAS MEDINA; Antonio Martí Vega; Carlos Del Cañizo Nadal; Antonio Luque López
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2017-04-28
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: ES2610628B2

Abstract

Acumulador y convertidor de energía solar térmica provisto de una vasija de geometría cilíndrica con un material de cambio de fase en su interior y una cavidad óptica cilíndrica en su centro, definida por las paredes internas de la vasija y una apertura. Dentro de dicha cavidad, en el eje de la misma, se sitúa un emisor térmico. Una cubierta aislante térmica rodea la vasija excepto en dos porciones, una correspondiente a la apertura y otra correspondiente a la posición de un convertidor termofotovoltaico, donde el convertidor se sitúa en el mismo eje que el emisor, alineado con la cubierta aislante. Así, aumenta la capacidad de generación de potencia eléctrica durante la fase de carga del sistema y además, se consigue una mayor eficiencia de conversión al lograr un perfil de temperatura uniforme en el emisor.

Description

Acumulador y convertidor de energía solar térmica

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención pertenece al sector de la acumulación y transformación de energía solar térmica en electricidad mediante dispositivos termofotovoltaicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Durante los últimos años se han descrito distintos tipos de sistemas de acumulación de energía solar en forma de calor latente en materiales de cambio de fase y que utilizan convertidores termofotovoltaicos para producir electricidad a partir del calor acumulado [1]– [7]. En estos sistemas, la energía solar se concentra en un material de alto punto de fusión, que al cambiar de fase sólida a líquida almacena dicha energía en forma de calor latente de cambio de fase. El convertidor termofotovoltaico se utiliza para producir electricidad a partir de la radiación térmica incandescente procedente de un material emisor que está en contacto íntimo con el material de cambio de fase. Estos convertidores no necesitan contacto físico con el emisor, por lo que éste último puede alcanzar temperaturas muy elevadas. Esto permite trabajar con materiales de cambio de fase con muy elevado punto de fusión (como el silicio, el níquel o el hierro), que se caracterizan por tener un calor latente de cambio de fase muy elevado, lo cual permite alcanzar densidades de energía también muy elevadas. Por lo tanto, a diferencia de otros sistemas que utilizan turbinas para la conversión del calor en electricidad, el empleo de convertidores termofotovoltaicos permite fabricar sistemas muy compactos, silenciosos (al carecer de partes móviles) y con menores requerimientos de mantenimiento y mayor nivel de seguridad, ya que carecen de fluidos caloportadores y de todos los subsistemas que su empleo conlleva, cómo el empleo de fluidos presurizados, válvulas y tuberías.

En la mayoría de de diseños que se han propuesto hasta la fecha para fabricar estos sistemas[1]–[3][4]–[6], el material de cambio de fase está contenido en una vasija que se caracteriza porque una de sus paredes (absorbente) está dispuesta para absorber la radiación solar, y otra (emisor) está dispuesta para emitir radiación térmica hacia el convertidor termofotovoltaico. El resto de las paredes de la vasija están cubiertas por un aislante térmico. Estos sistemas constan de dos procesos: el de carga y descarga de energía. Durante el proceso de carga, la luz solar incide en la superficie absorbente de la

vasija, generándose un calor que se transfiere hacia el material de cambio de fase, que cambia de estado sólido a líquido almacenando la energía solar en forma de calor latente de cambio de fase. Durante el proceso de descarga, el calor latente contenido en la fase líquida de dicho material se transfiere al emisor, que radia dicho calor en forma de fotones hacia el convertidor termofotovoltaico, que directamente produce electricidad. Durante el proceso de descarga el material de cambio de fase tiende a solidificarse en torno al emisor, creando una corteza sólida que obstaculiza el flujo de calor desde la fase líquida hacia el emisor. Por lo tanto, uno de los retos de estos sistemas es el de maximizar la transferencia de calor a través de esta capa, para lo cual se ha propuesto el empleo de alteas térmicas [1], o genéricamente, la utilización de materiales de cambio de fase con conductividades térmicas de la fase sólida muy elevadas.

Sin embargo, el problema de fondo de los sistemas descritos en [1]–[6] está relacionado con el hecho de que la distancia media entre la superficie del emisor y cualquier punto del material de cambio de fase contenido en la vasija es muy elevada. Esto provoca que el espesor de la corteza sólida que se crea durante el proceso de descarga entorno al emisor sea muy gruesa y evita que el emisor alcance una temperatura suficientemente elevada y por lo tanto, que la conversión de la radiación térmica en electricidad sea eficiente. Este problema es especialmente relevante para sistemas de grandes dimensiones, dónde las distancias medias entre el emisor y los distintos puntos del material de cambio de fase son mayores. Por lo tanto, estos diseños están seriamente limitados en cuanto a la capacidad total de almacenamiento de energía.

Este problema ha sido resuelto en el diseño descrito en [7], mediante el empleo de una vasija cilíndrica, cuyas paredes internas conforman el emisor. De esta forma, el emisor se encuentra a una distancia media mucho menor de cualquier punto del material de cambio de fase, lo cual permite mejorar sustancialmente la transferencia de calor desde la fase líquida del material de cambio de fase al emisor, y permite que éste alcance una mayor temperatura durante todo el proceso de descarga. Además, esta geometría permite aumentar la capacidad volumétrica del contenedor sin necesidad de deteriorar la transferencia de calor desde la fase líquida al emisor. Esto puede lograrse simplemente aumentando en la misma proporción los radios interno y externo de los cilindros que forman la vasija de cilindros coaxiales. Por lo tanto, este diseño es más fácilmente escalable que los anteriores.

Sin embrago, el diseño descrito en [7], no resuelve dos problemas importantes. El primero tiene que ver con la dinámica de operación, ya que en dicho diseño el generador 3 10

termofotovoltaico no producirá potencia eléctrica durante gran parte del proceso de carga del sistema, mientras que el emisor no haya alcanzado una temperatura suficientemente alta. Este proceso puede durar varias horas y por lo tanto puede suponer un serio inconveniente a la hora de gestionar la producción eléctrica del sistema. Este problema tiene que ver con que los procesos de carga y descarga en el sistema descrito en [7], ocurre de forma secuencial, en superficies separadas de la vasija: una de ellas comprende el absorbente (carga), y la otra comprende el emisor (descarga). Ambas superficies están separadas por el material de cambio de fase, que funciona de buffer entre la energía solar absorbida en la primera, y la radiación térmica que ilumina el convertidor termofotovoltaico en la segunda. De modo que la energía solar absorbida en la superficie absorbente no se transfiere a la superficie emisora inmediatamente, sino que hay que esperar hasta que el material de cambio de fase haya alcanzado una temperatura suficientemente elevada en prácticamente la totalidad de su volumen.

El segundo problema que no resuelve el diseño descrito en [7] es la falta de uniformidad de la iluminación del convertidor termofotovoltaico, que puede implicar un deterioro considerable de su eficiencia de conversión. Durante el proceso de descarga el sistema descrito en [7], el material de cambio de fase solidifica de forma no uniforme entorno al emisor (formado por la parte inferior de las paredes internas de la vasija), lo cual origina un perfil de temperatura no uniforme, que a su vez origina un perfil de iluminación no uniforme del convertidor termofotovoltaico. Para convertidores de un tamaño relevante, dónde el convertidor estará constituido por una serie de células termofotovoltaicas conectadas en serie, la falta de uniformidad ocasionará que la corriente de salida del convertidor esté limitada por aquella célula que genere la menor de las corrientes. Esto implicará unas fuertes pérdidas eléctricas en el convertidor.

Por lo tanto, el objeto de esta invención es la de lograr un sistema de acumulación térmica y generación termofotovoltaica capaz de extraer la máxima potencia eléctrica durante los periodos de carga y descarga del sistema, y que a la vez sea fácilmente escalable, pudiendo aumentarse la capacidad de acumulación del sistema sin que ello conlleve un deterioro de la generación de potencia del generador termofotovoltaico.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un dispositivo de almacenamiento de energía solar en forma de calor latente de cambio de fase en materiales de alto punto de fusión y en la conversión 4 10

directa de dicho calor en electricidad mediante convertidores termofotovoltaicos, en el cual el proceso de acumulación de energía solar y el de producción de potencia eléctrica ocurren de forma simultánea, y por tanto se produce energía eléctrica sin necesidad de que el material de cambio de fase haya alcanzado una temperatura elevada en su totalidad y en el que se pueden acumular grandes volúmenes de material de cambio de fase sin que eso implique un deterioro de la capacidad de generación de potencia del sistema.

En referencia a la figura 1, la invención comprende un acumulador y convertidor de energía solar térmica provisto de una vasija de geometría cilíndrica (1) que comprende el material de cambio de fase (3), provista de una cavidad óptica cilíndrica (7) en su centro, definida por las paredes internas de la vasija (1.2) y una apertura (6). Dentro de dicha cavidad se sitúa un emisor térmico (4). Una cubierta aislante térmica (2) rodea la vasija excepto en dos porciones, una correspondiente a la apertura (6) y otra correspondiente a la posición de un convertidor termofotovoltáico (5). La radiación solar (8) penetra en la cavidad (7) a través de la apertura (6) y se absorbe en las paredes internas de la vasija (1.2) y en el emisor térmico (4). El emisor térmico (4) se sitúa en el eje longitudinal de dicha cavidad óptica cilíndrica (7) a una altura variable y es visible por el convertidor termofotovoltaico (5), que se sitúa en el mismo eje y alineado con la cubierta aislante (2). La función del emisor térmico (4) es la de absorber tanto la radiación solar incidente (8), como la radiación térmica (9) emitida por las paredes internas de la vasija (1.2) y re-emitir parte de dicha energía hacia el convertidor termofotovoltaico (5).

Al igual que en [7] la configuración cilíndrica de la cavidad (7) permite que la superficie de la vasija (1), dispuesta para el intercambio de calor entre la cavidad (7) y el material de cambio de fase (3), sea mucho mayor que en [1]–[6], lo cual permite colocar un gran volumen de material de cambio de fase en las proximidades de las paredes internas (1.2). Esto permite fabricar sistemas de gran capacidad dónde la transferencia de calor entre el material de cambio de fase y la cavidad (7) sea muy eficiente.

Las ventajas de este sistema, con respecto a [7], son dos: primero, la capacidad de generación de potencia eléctrica durante la fase de carga del sistema, y segundo, una mayor eficiencia de conversión al lograr un perfil de temperatura uniforme en el emisor. Ambas ventajas se deben a la disposición del emisor térmico (4) y el convertidor termofotovoltaico (5).

En primer lugar, el sistema producirá electricidad durante el proceso de carga gracias a que tanto el emisor térmico (4) como las paredes internas de la vasija (1.2) son calentados simultáneamente por la luz solar, alcanzando ambas temperaturas muy elevadas sin necesidad de que el material de cambio de fase (3) haya alcanzado temperaturas elevadas en todo su volumen. De esta forma, se producen simultáneamente la carga del sistema a través de las paredes internas de la vasija (1.2) y la generación de potencia a través del convertidor termofotovoltaico (5) que es iluminado por el emisor (4).

En segundo lugar, el emisor alcanzará un perfil de temperatura uniforme gracias a que cada punto del emisor térmico (4) es calentado por la radiación proveniente de todos los puntos de las paredes internas de la vasija (1.2), lo cual integra las posibles faltas de uniformidad de temperatura de las paredes (1.2) y resulta en un calentamiento homogéneo de dicho emisor, y consecuentemente también del convertidor termofotovoltaico. Esto evita posibles problemas de falta de uniformidad de iluminación de dicho convertidor, que desembocarían en un proceso de conversión poco eficiente.

Finalmente, otra ventaja de esta configuración con respecto a [7] se refiere a la colocación del convertidor termofotovoltáico (5) en una posición fácilmente accesible desde el exterior, facilitando de ésta forma su refrigeración y eventual remplazo por parte de los operarios de mantenimiento. En una puesta en práctica particular se incorpora un tubo de luz en el eje de la cavidad (7), situándose el convertidor termofotovoltaico (5) en un extremo del tubo y el emisor térmico (4) en el interior del tubo, por ejemplo en su extremo. Alternativamente, el emisor puede estar disperso en el tubo. El tubo puede extenderse hasta la apertura de manera que la luz solar incida directamente sobre el extremo de dicho tubo. Opcionalmente, la apertura puede estar cubierta por un filtro selectivo espectral adaptado para evitar el paso de la radiación térmica de infrarrojo emitida desde la cavidad hacia el exterior. También opcionalmente, la apertura puede constar de un reflector y una ventana óptica. El emisor puede ser un emisor selectivo. Opcionalmente, la cavidad está sellada y aislada del exterior y comprende en su interior un gas inerte. La vasija puede ser de grafito, carburo de silicio, tántalo, tungsteno, molibdeno o disiliciuro de molibdeno.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención y para complementar esta descripción, se acompañan como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:

La Fig. 1 muestra un acumulador de energía solar térmica de acuerdo a la invención, dónde el emisor térmico (4) se sitúa en un extremo de la cavidad óptica (7) y el convertidor termofotovoltaico (5) se sitúa directamente sobre él.

5 La Fig.2 muestra la integración de la realización descrita en la Fig.1 en un campo de heliostatos (14).

La Fig. 3 muestra un acumulador de energía solar térmica similar al de la Fig.1 dónde el emisor (4) y el convertidor termofotovoltaico (5) se sitúan en la parte inferior y la apertura de

10 entrada a la luz solar concentrada (6) se sitúa en la parte superior.

La Fig. 4 muestra una posible realización en la que el emisor (4) se sitúa en el centro de la cavidad (7) y está depositado en uno de los extremos de un tubo de luz (12), en cuyo extremo opuesto está situado el convertidor termofotovoltaico (5).

15 La Fig. 5 muestra otra posible realización similar a la Fig.4 en la que el emisor térmico (4) es un material súper-emisivo que está embebido dentro del propio tubo de luz (6).

La Fig. 6 muestra una realización similar a la de la Fig. 4 en la que el tubo de luz se extiende

20 hasta la apertura (6), y la luz solar concentrada incide directamente sobre dicho extremo del tubo de luz.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

25 La vasija (1) comprende un material refractario. En una posible realización, la vasija puede fabricarse mediante cerámicas de alto punto de fusión (>2000ºC) y elevada conductividad térmica (>20 W/m-K) como por ejemplo grafito o carburo de silicio. En este caso, la parte interior de la vasija que va a estar en contacto con el material de cambio de fase (3), podrá recubrirse con una capa de material de alta resistencia a la corrosión, como el tántalo. En

30 otra posible realización, la vasija puede fabricarse directamente mediante metales de alto punto de fusión (>2000ºC) y elevada conductividad térmica (>20 W/m-K) como tántalo, tungsteno, molibdeno y sus aleados, como el disiliciuro de molibdeno (MoSi2).

La cubierta aislante (2) comprende un material refractario. En una posible realización, la

35 cubierta puede fabricarse en su totalidad mediante compuestos cerámicos de alto punto de fusión (>2000ºC) y baja conductividad térmica (<1 W/m-K) como fibras de alúmina o ladrillos

refractarios de alúmina o mulita. En otra posible realización, la cubierta puede fabricarse mediante una combinación de una cubierta cerámica, más cercana a la vasija y de menor espesor que en la realización anterior, y un sistema multicapa, en los que se intercalan finas capas de metal de baja emisividad y alto punto de fusión, como el molibdeno o el níquel, con finas capas cerámicas de baja conductividad térmica y alto punto de fusión, como la fibra de cuarzo o zirconia.

El material de cambio de fase (3) comprende un metal de alto punto de fusión (>1000ºC) pero de menor punto de fusión que el de la vasija, elevada conductividad térmica (>20 W/mk) de la fase sólida a temperaturas cercanas al punto de fusión y alto calor latente de cambio de fase (>400 Wh/m3), como el silicio, el níquel o el hierro.

El emisor (4) comprende un material refractario. En una posible realización, el emisor se fabrica en una cerámica refractaria de alto punto de fusión (>2000ºC), alta conductividad térmica (>20 W/m-K) y alta emisividad (>0.8) como el grafito o el carburo de silicio. En otra posible realización, el emisor se fabrica mediante un metal de alto punto de fusión (>2000ºC) y elevada conductividad térmica (>20 W/m-K) como tántalo, tungsteno, molibdeno o disiliciuro de molibdeno (MoSi2). La cara del emisor vista por el convertidor (5) puede incorporar un emisor selectivo de forma que la radiación que reciba el convertidor termofotovoltaico (5) sea espectralmente selectiva y conste mayoritariamente de fotones con energía superior a la energía correspondiente al ancho de banda del semiconductor empleado para fabricar la célula termofotovoltaica del convertidor (5).

En una posible realización (Fig.4), el emisor térmico (4) se sitúa en un extremo de un tubo de luz (12) en cuyo extremo opuesto se sitúa el convertidor termofotovoltaico (5), de forma que la radiación emitida por el emisor (4) es guiada por reflexión total interna (13) hasta el convertidor. Al tener el tubo de luz (12) un índice de refracción mayor que el medio que lo rodea (aire, un gas inerte, o vacio) y estar el emisor (4) en íntimo contacto con éste, la potencia lumínica que el emisor (4) emite a través del tubo de luz (12) es mayor que la que emitiría en vacio en un factor que es el cuadrado del índice de refracción del tubo de luz. Esto permite aumentar la densidad superficial de potencia lumínica que incide sobre el convertidor termofotovoltaico (5) y con ello aumentar la densidad de potencia eléctrica generada por el convertidor. Esto es particularmente relevante para la presente invención ya que permite aumentar el ratio de potencia eléctrica generada por el convertidor (5) respecto a la potencia solar en la apertura (6), lo cual permite alcanzar un balance óptimo entre la potencia de entrada y la potencia de salida del sistema que resulte en una temperatura de

cavidad óptima, y de este modo aumentar la eficiencia de conversión de energía solar en electricidad. Además, la utilización del tubo de luz (12) permite, a través de múltiples reflexiones internas (13), una mayor uniformidad de la radiación incidente sobre el convertidor termofotovoltaico (5).

El tubo de luz (12) comprende un material macizo trasparente, de alto punto de fusión (>1800ºC), alto índice de refracción (n>1.3) y baja conductividad térmica (<20 W/m-K). En una posible realización, el tubo de luz se fabrica en YAG (yttrium aluminum garnet), cuarzo o en seleniuro de zinc.

En otra posible realización (Fig.5) el emisor térmico (4) se puede fabricar a partir de un material luminiscente que está embebido dentro del propio tubo de luz (12). La ventaja de esta realización es que el material luminiscente está disperso en el propio tubo de luz, lo cual le confiere estabilidad mecánica. Además, los materiales luminiscentes emiten radiación en un rango de longitudes de onda estrecho, que se puede ajustar al espectro de absorción del convertidor termofotovoltaico (5) para aumentar su eficiencia.

En otra posible realización (Fig.6) el emisor térmico es un material luminiscente que está embebido dentro del propio tubo de luz (12) y el tubo de luz se extiende hasta la apertura (6). La ventaja de esta realización es que parte de la luz solar concentrada, concretamente aquellos rayos (8.2) con un ángulo de incidencia suficientemente pequeños como para producir la reflexión total interna dentro del tubo de luz, es guiada directamente hasta el emisor (4), produciéndose la conversión directa de luz solar en radiación térmica luminiscente que se re-emite hacia el convertidor (5). Esto resulta en una mayor potencia eléctrica durante aquellos periodos en que existe radiación solar. Aquellos rayos con ángulos de incidencia superiores al ángulo crítico (8.1), se absorben en las paredes (1.2) de la vasija y contribuyen a calentar el material de cambio de fase (3). En esta realización, el extremo del tubo de luz situado en la apertura (6) estará cubierto por un filtro selectivo espectral que no permita el paso de la radiación térmica de infrarrojo emitida desde la cavidad (7) hacia el exterior, especialmente aquellos fotones emitidos por el emisor (4), y que por el contrario, si permita el paso de la radiación solar hacia la cavidad. Este filtro puede fabricarse con un sistema de multicapas que produzcan una interferencia destructiva en la reflexión para aquellas frecuencias correspondientes al espectro de radiación infrarrojo proveniente de la cavidad (7) en general y del emisor (4) en particular.

El convertidor termofotovoltaico (5) comprende al menos una célula termofotovoltaica (5.2) dispuesta sobre un substrato (5.1) cuya finalidad es la de conducir el calor generado en la célula a un disipador térmico (11). La célula termofotovoltaica puede fabricarse empleando al menos un material semiconductor (por ejemplo Silicio, GaAs, Germanio, GaSb InGaAs, InGaAsSb, etc.) con el ancho de banda óptimo para el espectro de emisión lumínica del emisor (dependiente de la temperatura de éste) y formando al menos una unión p/n (cátodo/ánodo) para realizar los contactos selectivos de electrones y huecos generados internamente en el material semiconductor. El substrato del convertidor se puede fabricar mediante un substrato DBC (direct bonded copper) situado encima de un soporte metálico fabricado en cobre o aluminio, que conduce el calor generado en la célula a un disipador térmico consistente en un conducto por el cual circula un fluido refrigerante. El substrato DBC permite el aislamiento eléctrico de la célula del soporte metálico y a su vez, una buena conducción del calor generado en la célula hacia el disipador. En el caso de existir más de una célula, estas podrán interconectarse en serie para formar una matriz de células.

La apertura de entrada (6) está dispuesta para colectar la radiación solar de entrada y confinarla en la cavidad óptica (7), dónde es absorbida. En una posible realización, la apertura (6) consta de un reflector (6.1) y una ventana óptica (6.2). El reflector (6.1) está fabricado de un metal de alta reflectividad (>90%), como el aluminio, y está dispuesto para reflejar la radiación solar incidente hacia el interior de la cavidad (7). La ventana (6.2) está fabricada en un material trasparente a la radiación solar y de alto punto de fusión (>1500ºC), como el cuarzo. Dicha ventana consta de un filtro interferencial situado en ambas caras que bloquea el paso de la radiación infrarroja emitida por la cavidad hacia el exterior, y a su vez permite el paso de la radiación solar hacia el interior de la cavidad (7).

La cavidad óptica (7) está limitada por las paredes internas de la vasija (1.2), el emisor (4) (en varias realizaciones), la apertura (6) y algunas pequeñas porciones de la cubierta aislante (2). La finalidad de esta cavidad es doble: absorber la radiación solar y transferir el calor del material de cambio de fase hacia el emisor (4) de forma que este alcance una temperatura uniforme en toda su superficie, lo cual permita una generación de electricidad también uniforme en el convertidor termofotovoltaico. En una posible realización, la cavidad está sellada y aislada del exterior, y se ha creado en su interior una atmósfera de un gas inerte, como el argón, que evita la oxidación de los materiales que la forman.

REFERENCIAS

[1] K. W. Stone, R. E. Drubka, S. M. Kusek, and M. Douglas, “A space solar thermophotovoltaic power system,” 1996, pp. 1001–1006.

[2] M. Emziane and M. Alhosani, “Sensitivity analysis of a solar thermophotovoltaic system

5 with silicon thermal storage,” in 2014 3rd International Symposium on Environmental Friendly Energies and Applications (EFEA), 2014, pp. 1–5.

[3] M. R. Gilpin, D. B. Scharfe, M. P. Young, and A. P. Pancotti, “Molten Boron Phase-Change Thermal Energy Storage to Augment Solar Thermal Propulsion Systems,” presented at the 47th AIAA Joint Propulsion Conference, San Diego, CA (US), 2011.

10 [4] D. L. Chubb, B. S. Good, and R. A. Lowe, “Solar thermophotovoltaic (STPV) system with thermal energy storage,” 1995, pp. 181–198.

[5] A. Datas, D. L. Chubb, and A. Veeraragavan, “Steady state analysis of a storage integrated solar thermophotovoltaic (SISTPV) system,” Sol. Energy, vol. 96, pp. 33–45, 2013.

15 [6] A. Veeraragavan, L. Montgomery, and A. Datas, “Night time performance of a storage integrated solar thermophotovoltaic (SISTPV) system,” Sol. Energy, vol. 108, no. 0, pp. 377–389, Oct. 2014.

[7] A. Datas, A. Ramos, A. Martí, C. del Cañizo, and A. Luque, “Ultra high temperature latent

heat energy storage and thermophotovoltaic energy conversion,” Energy, vol. 107, pp. 20 542–549, Jul. 2016.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Acumulador y convertidor de energía solar térmica provisto de una vasija de geometría cilíndrica (1) con un material de cambio de fase (3) en su interior y una cavidad 5 óptica cilíndrica (7) en su centro, definida por las paredes internas de la vasija (1.2) y una apertura (6), caracterizado porque dentro de dicha cavidad, en el eje de la misma, se sitúa un emisor térmico (4), y donde una cubierta aislante térmica (2) rodea la vasija (1) excepto en dos porciones, una correspondiente a la apertura (6) y otra correspondiente a la posición de un convertidor termofotovoltaico (5), donde el convertidor (5) se sitúa en el mismo eje que

10 el emisor (4), alineado con la cubierta aislante (2).
2. Acumulador según la reivindicación 1 donde se incorpora un tubo de luz (12) en el eje de la cavidad (7), situándose el convertidor termofotovoltaico (5) en un extremo del tubo

(12) y el emisor (4) en o sobre el propio tubo. 15
3. Acumulador según la reivindicación 2 donde el emisor (4) está disperso en el tubo (12).
4. Acumulador según la reivindicación 2 donde el emisor (4) se sitúa en el otro extremo 20 del tubo (12).
5. Acumulador según la reivindicación 2 donde dicho tubo de luz (12) se extiende hasta la apertura (6) de manera que la luz solar incide directamente sobre el extremo de dicho tubo (12).
6. Acumulador según la reivindicación 4 donde el extremo del tubo de luz situado en la apertura (6) está cubierto por un filtro selectivo espectral adaptado para evitar el paso de la radiación térmica de infrarrojo emitida desde la cavidad (7) hacia el exterior.

30 7. Acumulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la apertura (6) consta de un reflector (6.1) y una ventana óptica (6.2)
8. Acumulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el emisor (4) es un emisor selectivo.
9.

Acumulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la cavidad (7) está sellada y aislada del exterior y comprende en su interior un gas inerte.
10.

Acumulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la vasija (1) está fabricada de grafito, carburo de silicio, tántalo, tungsteno, molibdeno o disiliciuro de molibdeno.