ES2671324T3 - Estructura de un espejo concentrador para concentración de energía solar - Google Patents
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Abstract
Estructura de un espejo concentrador que comprende un cuerpo (12) prefabricado de hormigón reforzado que incluye un miembro (14) de panel alargado que tiene una superficie (14a) delantera adaptada para recibir una capa (16) laminar reflectante, y una superficie (14b) trasera opuesta a dicha superficie (14a) delantera, el miembro (14) de panel que es rotatorio alrededor de un eje de articulación longitudinal, dicho cuerpo (12) que está provisto de un apéndice (18) de contrapeso que se extiende desde la superficie (14b) posterior del miembro (14) de panel en la dirección opuesta a su superficie (14a) delantera, caracterizada porque - Dicho miembro (14) de panel del cuerpo (12) tiene un par de asientos (24) huecos coaxiales que se abren en su superficie (14b) trasera, que están separados longitudinalmente a lo largo de dicho eje de articulación y están formados de manera que reciben respectivas articulaciones (42, 44) de rótula de soporte que definen dicho eje de articulación, y porque - dicho apéndice (18) de contrapeso está formado integralmente con el miembro (14) de panel y sobresale desde el miembro (14) de panel entre dichos asientos (24) huecos coaxiales a lo largo de una dirección paralela a dicho eje de articulación, dicho apéndice (18) que está conformado en general como una nervadura (20) lineal continua con el objetivo de llevar al eje de articulación del miembro (14) de panel a una posición baricéntrica del cuerpo (12).
Description
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DESCRIPCION
Estructura de un espejo concentrador para concentración de energía solar
La presente invención se refiere en general a plantas para generación de energía eléctrica o para acumulación de calor, las cuales utilizan radiación solar como fuente de energía. Estas plantas incluyen, de forma conocida en sí misma, una pluralidad de espejos que permiten concentrar la radiación solar hacia una zona de recepción predeterminada.
Es bien sabido que el coste de la energía generada a partir de la radiación solar se debe principalmente al coste de fabricación de las propias plantas y sus componentes. Por lo tanto, para obtener energía a bajo coste, es crítico mantener bajos los costes de fabricación de estas plantas. Especialmente en las grandes plantas, es conveniente limitar tanto como sea posible los costes de fabricación, instalación y mantenimiento de los espejos concentradores, que constituyen sus elementos principales.
De forma más particular, la invención se refiere a una estructura de un espejo concentrador, del tipo definido en el preámbulo de la reivindicación 1 anexa.
Dicha estructura es generalmente conocida a partir del documento US-5069540 el cual describe un espejo para concentrar energía solar que comprende un miembro de panel alargado que tiene una estructura hueca que está delimitada, en lados opuestos, por superficies delanteras y traseras generalmente curvadas. El miembro de panel está asociado con un miembro de viga, que de forma preferible tiene una forma tubular, la cual define un eje de articulación para la rotación del espejo, cuyo eje de articulación puede interponerse entre la superficie delantera y la superficie trasera del miembro de panel. La estructura de este espejo es relativamente compleja de fabricar y cara. El documento US4299445 A da a conocer una estructura de un espejo concentrador que comprende un cuerpo prefabricado de hormigón armado con un contrapeso que se extiende desde la superficie trasera de la estructura.
El propósito principal de la invención es proporcionar una estructura de espejo concentrador qué es sencilla y barata de fabricar, que tiene una durabilidad grande, que requiere un mantenimiento bajo, que permite que el tiempo de instalación del espejo se ha reducido con el fin de minimizar el tiempo de fabricación de la planta relevante en comparación a aquel requerido para las plantas conocidas hasta ahora, y en el cual la rotación necesaria para dirigirlo con respecto al sol requiere fuerzas relativamente pequeñas.
Estos propósitos se logran mediante una estructura de espejo que tiene las características reivindicadas.
En virtud del hecho de que el cuerpo de espejo tiene un par asientos coaxiales huecos separados longitudinalmente, destinados a recibir unas articulaciones de rótula de soporte respectivas que definen dicho eje de articulación, y del hecho de que dicho cuerpo comprende un apéndice de contrapeso con forma de nervadura que se extiende desde la superficie trasera del miembro de panel en la dirección opuesta a su superficie delantera y paralelo a dicho eje de articulación, con el objetivo de llevar al eje de articulación a una posición baricéntrica del cuerpo, es posible hacer un espejo concentrador que tiene una estructura simple y, por lo tanto, barato de fabricar, cuya forma es relativamente compacta de manera que puede ser transportado mediante camiones cuyo tamaño cae dentro de la forma permitida para el transporte en carretera.
Además, la estructura de un espejo de acuerdo con la invención se puede instalar de una manera simple y rápidamente, sin requerir un equipo de instalación especial o habilidades especiales por los operarios, y requiere pequeñas fuerzas para ser movida.
La estructura de la invención se adapta a fabricar tanto espejos planos como curvados, y en particular es adecuada para fabricar espejos parabólicos del tipo denominado “de seguimiento”, que son espejos concentradores móviles que tienen un movimiento controlado de forma automática, para permitir al sol ser seguido durante su movimiento aparente.
Esta estructura se puede utilizar para fabricar sistemas de espejo de acuerdo con dos disposiciones diferentes. De acuerdo con una primera disposición, cada espejo soporta un tubo receptor respectivo dispuesto en el foco geométrico del espejo, que rota integralmente con el mismo para seguir el movimiento aparente del sol. De acuerdo con una segunda disposición, dos o más espejos son asociados de forma operativa a un tubo receptor fijo único, en el cual se concentran los rayos de sol. Esta segunda disposición no es óptima desde el punto de vista de la óptica geométrica, dado que los rayos reflejados no se pueden enfocar de una manera exactamente precisa en un tubo receptor fijo, de manera que el problema de concentrar los rayos reflejados mediante más espejos en un tubo receptor fijo único no tiene una solución exacta. Sin embargo, dado que el error de enfoque es pequeño, en la práctica esta solución es efectiva y eficiente. De hecho, a pesar del hecho de que todos los rayos solares no convergen exactamente en una línea única (tal y como sucede en cambio si el tubo receptor está dispuesto en el foco geométrico del espejo y gira integralmente con él), pueden concentrarse en una banda que tiene una anchura muy pequeña (que puede cambiar dependiendo de la orientación del sol) de la superficie del tubo receptor que a su vez tiene una anchura no nula. Por lo tanto, utilizando una disposición en la cual el área sobre la que convergen los
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rayos es menos ancha que el área de trabajo del tubo receptor, los rayos reflejados por los espejos son dirigidos enteramente o casi enteramente hacia el tubo receptor, con la ventaja de que la relación de concentración de los rayos reflejados se puede aumentar en comparación con el caso de un tubo receptor único para cada espejo, en igualdad de condiciones de la extensión de los espejos.
De acuerdo con un aspecto ventajoso de la invención, la nervadura se extiende desde la superficie trasera del miembro de panel, y está prevista de forma posible de un contrapeso de balasto alargado. De esta manera, se puede realizar el apéndice con el fin de tener una forma relativamente compacta para facilitar el transporte de una pluralidad de estructuras en un camión que tiene un tamaño convencional.
De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la invención, cada asiento de dicho par de asientos coaxiales tiene una superficie inferior con forma semicircular preparada para permitir que los miembros de soporte respectivo se acoplen en los mismos, mediante acoplamiento. Esta forma de los asientos permite al funcionamiento del conjunto hacerse más rápido y práctico, acoplando de forma simple los miembros de soporte en los respectivos asientos, de manera que la instalación de la estructura se ve facilitada.
Características y ventajas adicionales de la invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dada a modo de ejemplo na limitativo y referida a los dibujos que acompañan, en los cuales:
La figura 1 es una vista en alzado lateral esquemática de una parte de una planta solar que incluye una serie de estructuras de acuerdo con la invención,
La figura 2 es una vista en alzado posterior de una estructura de acuerdo con la invención, desde el lado de la flecha II de la figura 1,
Las figuras 3a y 3b son vistas esquemáticas en alzado lateral similares que muestran dos posiciones de funcionamiento diferentes de una estructura de acuerdo con la invención,
La figura 4 es una vista en alzado lateral seccionada de forma fragmentaria y parcial que muestra un miembro de soporte de la estructura de la invención,
La figura 5 es una vista en alzado posterior seccionada a lo largo de la línea V-V de la figura 4,
La figura 6 es una vista en alzado lateral en sección fragmentaria que muestra un modo de aplicación de una capa reflectante a la estructura de acuerdo con la invención,
La figura 7 es una vista en alzado lateral aumentada de un miembro de soporte de la estructura de la invención con su configuración montada, indicada por la flecha VII de la figura 4,
La figura 8 es una vista en alzado posterior seccionada a lo largo de la línea VMI-VIM de la figura 7,
La figura 9 es una vista en despiece y aumentada del elemento de soporte de la figura 7,
La figura 10 es una vista en alzado posterior seccionada a lo largo de la línea X-X de la figura 9, y
Las figuras 11a y 11b son dos vistas similares a las de las figuras 3a y 3b, que muestran dos posiciones de funcionamiento diferentes de una modificación de la estructura de la invención, que comprenden una pluralidad de espejos para cada tubo receptor.
Con referencia inicial a la figura 1, una planta 10 para generar energía o para acumulación térmica a partir de radiación solar, que incluye una pluralidad de cuerpos 12 prefabricados, de hormigón reforzado prensado o convencional, que son iguales entre sí y que están dispuestas típicamente de acuerdo a uno o más conjuntos, cada uno de los cuales permite hacer un espejo concentrador móvil.
Cada cuerpo 12 prefabricado incluye un miembro 14 de panel que tiene una forma alargada, típicamente rectangular en una vista plana, cuya sección transversal puede ser plana o curvada, y típicamente tiene una forma parabólica.
Una capa 16 laminar reflector a está asociada con el miembro 14 de panel de cada espejo 12, con el fin de reflejar la radiación R solar incidente hacia un conducto C dentro del cual fluye un fluido que se va a calentar.
De acuerdo con una primera modificación de la invención mostrada en particular en las figuras 1, 3a y 3b, un conducto C, denominado “tuvo reflector”, está fijado a un espejo 12 respectivo en una posición correspondiente al foco geométrico del espejo 12, de manera que el conducto C rota junto con el espejo respectivo cuando se sigue el movimiento aparente del sol.
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De acuerdo con otra modificación mostrada en las figuras 11a y 11b, un conducto C está asociado de forma operativa a más espejos 12. En este caso, el conducto C o “tubo receptor”, está montado en una posición fija con respecto al suelo, y el movimiento de los diversos espejos 12 asociados a él, es controlado de tal manera que los rayos solares reflejados por ellos son concentrados en el conducto C. Aunque no es usualmente posible concentrar exactamente los rayos reflejados de forma simultánea desde más espejos 12, mientras están rotando, en una línea, el movimiento de los diversos espejos 12 se puede controlar para concentrar la radiación solar reflejada en una zona de banda de la superficie del conducto C, cuya anchura es menor que el diámetro o espesor de dicho conducto, con la ventaja de que, para un tamaño dado de los espejos 12, se puede aumentar la relación de concentración de los rayos solares en el conducto C.
Cada cuerpo 12 prefabricado, en la condición instalada y durante el uso del espejo relevante, de una manera conocida en sí misma, está sujeto a un movimiento controlado de forma automática como resultado de la posición instantánea del sol.
En el caso más frecuente mostrado en las figuras en el cual el miembro 14 de panel del cuerpo 12 tiene una forma curvada, típicamente parabólica, se delimita mediante una superficie 14a delantera sustancialmente cóncava a la cual está asociada la capa 16, y mediante una superficie 14b trasera opuesta y convexa.
La capa 16 reflectante laminar puede estar hecha mediante una capa de recubrimiento que contiene pigmentos reflectantes, aplicados con spray en la superficie 14a del cuerpo 12, o mediante una o más láminas reflectantes, por ejemplo de aluminio o de un material reflectante polimérico, superpuesto sobre la superficie 14a.
Cuando la capa 16 consta de una sola lámina reflectante, se puede conectar a la superficie 14a delantera del cuerpo 12 mediante un material adhesivo, o se puede incorporar en la superficie 14a delantera en el momento de formación del cuerpo 12. Dicha lámina reflectante única puede estar provista, de forma conveniente, de una película protectora transparente aplicada en su lado exterior.
Como una alternativa, la capa 16 reflectante puede comprender una serie de láminas reflectantes superpuestas y separables entre sí, de manera que su superficie reflectante puede ser renovada de forma periódica retirando de vez en cuando la capa más exterior.
De forma preferible, la capa 16 reflectantes aplicada en la superficie 14a delantera de una manera retirable. Para este propósito, el cuerpo 12 tiene un saliente 15 a lo largo de un lado axial del mismo, que constituye un tope de reposo para un borde correspondiente de la capa 16 laminar. Por consiguiente, el saliente 15 tiene una forma recortada para sujetar el borde respectivo de la capa 16 laminar, mientras el lado opuesto de la capa 16 está fijado al otro lado del cuerpo 12 mediante una serie de abrazaderas 17 cada una de las cuales comprende un miembro de sujeción de tornillo uno de cuyos extremos reposan contra un área de la superficie 14b trasera del miembro 14.
Cada cuerpo 12 prefabricado también incluye un apéndice 18 que tiene la función de un contrapeso, que está sustancialmente conformado como una nervadura 20, dispuesta centralmente con respecto a la superficie 14b trasera del miembro 14 de panel a lo largo de una dirección paralela a un eje general del cuerpo 12, y que se dirige hacia el lado opuesto de la superficie 14a delantera. En una alternativa no cubierta por la invención, la nervadura 20 tiene un flanco conectado rígidamente a la superficie 14b trasera. De forma preferible, la longitud de las nervaduras es algo menor que la del miembro 14 de panel, de manera que se forman un par de espacios entre cada extremo axial de la nervadura 20 y los respectivos extremos del miembro 14. Además, la nervadura 20, en su extremo opuesto al miembro 14 de panel, puede estar prevista de un contrapeso 22 de balasto cuya sección transversal es aumentada con respecto a la de la nervadura 20. De acuerdo con la invención, el apéndice 18 es integral con el cuerpo 12 prefabricado, estando formado mediante un único moldeo junto con el miembro 14 de panel.
En un caso de implementación práctica, la longitud del miembro 14 de panel está entre 6 y 15 m, preferiblemente aproximadamente 12 m, y su anchura está entre 2 y 6 m, preferiblemente aproximadamente 3 m. La forma rectangular del panel 14, que tiene el tamaño mencionado anteriormente, permite que la capacidad de carga de la plataforma de un camión de transporte se explote de forma óptima, y se respete la forma permitida para el transporte en carretera.
De forma conveniente, el apéndice 18 se extiende sobre la superficie 14b trasera de cada cuerpo 12 en una longitud generalmente entre 1/6 y 1/4 de la cuerda del miembro 14 de panel, que es la distancia entre los lados opuestos de la superficie 14a delantera de dicho miembro 14 de panel.
En el espacio entre los extremos axiales de la nervadura 20 y los extremos correspondientes del panel 14, se forman respectivos asientos 24 para el posicionamiento de miembros 30 de soporte del cuerpo 12. Estos asientos 24, que están separados axialmente a lo largo del cuerpo 12 prefabricado, permiten definir, junto con las respectivas articulaciones de rótula (descritas con mayor detalle más abajo), un eje de articulación del cuerpo 12 alrededor del cual puede rotar el cuerpo con respecto a los miembros 30 de soporte. En particular, este eje de articulación está dispuesto en una posición baricéntrica del cuerpo 12, entre las superficies 14a, 14b delantera y trasera del miembro 14 de panel.
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De forma conveniente, cada asiento 24 hueco tiene una superficie con forma semicircular inferior. Los dos asientos 24 de cada cuerpo 12 prefabricado también tienen una forma asimétrica con respecto a un eje central, perpendicular al plano general del cuerpo 12, pero simétrica con respecto a un eje inclinado, por ejemplo de aproximadamente 45°, con respecto a dicho eje perpendicular, dependiendo de la latitud del lugar de la planta 10 de la cual es parte el cuerpo 12.
Cada uno de los asientos 24 está destinado a recibir un cabezal 26 de una unión 28 articulada soportada por un miembro 30 de soporte respectivo fijado en una cimentación 32 relevante formada en el plano de reposo de la estructura de espejo, mediante anclajes de un tipo conocido en sí mismo. De forma preferible, cada miembro 30 de soporte comprende un par de patas 31 dispuestas de acuerdo con una configuración en forma de V o divergente, cada una de las cuales consiste, de forma conveniente, en una sección perfilada rectilínea, por ejemplo metálica, que tiene una sección trasversal en forma de U.
Cada cabezal 26 consiste en una porción 34 de cubierta que tiene una forma semicircular, a partir de la cual se extiende en un par de pestañas 36 paralelas, provistas de agujeros 38 coaxiales. Un pasador 40 es insertado en dichos agujeros 38, que está dispuesto coaxialmente a una articulación 42, 44 esférica fijada mediante un acoplamiento de tornillo/tuerca-tornillo a través de un montante 46 en una placa 48 conectada al vértice de cada miembro 30 de soporte.
Además, en una posición intermedia entre los dos asientos 24, pero desplazada con respecto al eje de articulación, el cuerpo 12 está provisto de una formación de acoplamiento (no mostrada en detalle en las figuras) permitir la conexión articulada de un primer extremo de un actuador 50 lineal. En virtud de la extensión o contracción controlada de forma remota del actuador 50, el cuerpo 12 puede ser orientado de forma apropiada dependiendo de la posición del sol. El segundo extremo del actuador 50 está conectado de forma articulable a una cimentación 52 formada en un plano de reposo de la estructura.
Un actuador de fluido, tal como un cilindro hidráulico, o un actuador provisto de un dispositivo de movimiento del tipo cremallera/tornillo sin fin, se puede utilizar como actuador 50. El último tipo de actuador facilita el alcance de un ajuste preciso de la posición del cuerpo 12 de cada espejo concentrador.
Tras la instalación de un cuerpo 12 prefabricado en un par de miembros 30 de soporte ya fijados en respectivas cimentaciones 32, es suficiente elevar el cuerpo 12 y situarlo de una manera tal que los cabezales 26 de los dos elementos 30 de soporte se acoplan con los respectivos asientos 24 del cuerpo 12. De esta manera, se consigue un acoplamiento entre los asientos 24 y los respectivos cabezales 26 de las uniones 28 de rótula, el cual es estable como resultado de la fricción entre la superficie exterior de los cabezales 26 y la superficie interior de los asientos 24, sin ninguna necesidad de utilizar un miembro de fijación entre los cabezales 26 y los asientos 24
Además, debido a la presencia de las uniones 42, 44 de rótula se pueden compensar pequeños errores de alineamiento entre los asientos y se asegura un funcionamiento cinemático correcto de la rotación, sin requerir una precisión excesiva para la ejecución del miembro prefabricado.
Esta solución permite que se haga simple y rápida la instalación del cuerpo 12 prefabricado en respectivos miembros 30 de soporte, en virtud del hecho de que sólo se requiere el acoplamiento de los cabezales 26 de los cuerpos de soporte en los asientos 24 de cada cuerpo 12 prefabricado.
Después de haber instalado un cuerpo 12 en los miembros 30 de soporte del mismo, se puede realizar la instalación del actuador 50 de movimiento relevante.
De esta manera, es posible instalar los espejos concentradores de una planta 12 de una manera extremadamente simple y rápida, utilizando una simple grúa de elevación durante la etapa de instalación, lo cual contribuye a reducir el coste global de la instalación de la planta 10.
Claims (12)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Estructura de un espejo concentrador que comprende un cuerpo (12) prefabricado de hormigón reforzado que incluye un miembro (14) de panel alargado que tiene una superficie (14a) delantera adaptada para recibir una capa (16) laminar reflectante, y una superficie (14b) trasera opuesta a dicha superficie (14a) delantera, el miembro (14) de panel que es rotatorio alrededor de un eje de articulación longitudinal, dicho cuerpo (12) que está provisto de un apéndice (18) de contrapeso que se extiende desde la superficie (14b) posterior del miembro (14) de panel en la dirección opuesta a su superficie (14a) delantera,caracterizada porque- Dicho miembro (14) de panel del cuerpo (12) tiene un par de asientos (24) huecos coaxiales que se abren en su superficie (14b) trasera, que están separados longitudinalmente a lo largo de dicho eje de articulación y están formados de manera que reciben respectivas articulaciones (42, 44) de rótula de soporte que definen dicho eje de articulación, y porque- dicho apéndice (18) de contrapeso está formado integralmente con el miembro (14) de panel y sobresale desde el miembro (14) de panel entre dichos asientos (24) huecos coaxiales a lo largo de una dirección paralela a dicho eje de articulación, dicho apéndice (18) que está conformado en general como una nervadura (20) lineal continua con el objetivo de llevar al eje de articulación del miembro (14) de panel a una posición baricéntrica del cuerpo (12).
- 2. Estructura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha nervadura (20) se extiende desde la superficie (14b) trasera del miembro (14) de panel, y está posiblemente provista de un contrapeso (22) de balasto alargado.
- 3. Estructura de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque dicho apéndice (18) se extiende desde la superficie (14b) trasera del miembro (14) de panel a lo largo de una longitud generalmente entre 1/6 y 1/4 de la cuerda del miembro (14) de panel.
- 4. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho asiento (24) de dicho par de asientos coaxiales está preparado para permitir a los miembros (26, 28, 30) de soporte respectivos acoplarse mediante acoplamiento.
- 5. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el cuerpo (12) prefabricado está provisto en una posición intermedia entre dichos asientos (24) y un desplazamiento con respecto a dicho eje de articulación, de una formación para acoplar de forma articulable un primer extremo de un actuador (50) lineal para controlar la orientación del cuerpo (12) alrededor de dicho eje de articulación, el segundo extremo de dicho actuador (50) que está conectado de forma articulable a una cimentación (52) respectiva.
- 6. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada porque cada uno de dichos asientos (24) está adaptado para recibir un cabezal (26) de una unión (28) articulada soportada por un miembro (30) de soporte respectivo fijado en una cimentación (32) del mismo.
- 7. Estructura de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque cada miembro (30) de soporte comprende un par de patas (31) dispuestas de acuerdo a una configuración en forma de V, cada una de las cuales consiste preferiblemente en una sección perfilada metálica.
- 8. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizada porque cada cabezal (26) está montado de forma basculante por medio de una articulación (42, 44) de rótula soportada por el miembro (30) de soporte respectivo.
- 9. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones1 a 8, caracterizada porque comprende una capa (16) laminar reflectante que está conectada a la superficie (14a) delantera de dicho miembro (14) de panel mediante un material adhesivo, o está incorporada en dicha superficie (14a) delantera tras la formación del cuerpo (12) prefabricado.
- 10. Estructura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque comprende una capa (16) laminar reflectante que es aplicada de forma retirable a dicha superficie (14a) delantera, y porque el miembro (14) de panel está provisto, a lo largo de un lado axial del mismo, de un saliente (15) que forma un tope para retener un lado correspondiente de la capa (16) laminar reflectante, el lado opuesto de la capa (16) laminar reflectante que está fijado al otro lado del miembro (14) de panel mediante una serie de miembros (17) de abrazadera desmontables.
- 11. Estructura de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, caracterizada porque dicha capa (16) laminar comprende una serie de láminas reflectante es superpuestas y separables, por lo que su superficie reflectante puede ser renovada de forma periódica retirando la lámina más exterior.
- 12. Estructura de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, caracterizada porque dicha capa (16) laminar comprende sólo una lámina reflectante dispuesta adyacente a dicha superficie (14a) delantera del miembro (14) de panel, así como una película protectora transparente aplicada sobre dicha lámina reflectante.5 13. Planta para producción de energía a partir de radiación solar, caracterizada porque comprende una pluralidad deestructuras de espejo concentrador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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