MX2010013452A - Sistema de recoleccion de energia solar. - Google Patents

Abstract

Un método para concentrar energía radiante direccional usando óptica reflectiva y receptores que convierten esa energía, en donde los receptores están situados en el cuerpo del reflector sobre elevadores paralelos a la dirección de la energía radiante, cada uno de dichos elevadores está unido por al menos un espejo parabólico que descansa más cerca y otro que descansa más lejos de la fuente de energía, en donde el foco o los focos de dichos espejos descansan sustancialmente en la dirección enfrentada por el receptor situado en dicho elevador. Las geometrías del reflector incluyen unas en las cuales los espejos son secciones cilíndricas parabólicas y requieren solamente de un eje de rastreo para enfocar, y unas en las cuales los espejos son secciones paraboloides y requieren de dos ejes de rasetreo para enfocar la luz solar.

Description

SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE ENERGÍA SOLAR PRIORIDAD Reclamo De Prioridad Bajo El Título 35 Del Código de los Estados Unidos § 119.

La presente Solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense con el número de Serie 61/131,268, presentada el 7 de Junio de 2008, y la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense con el número de Serie 61/132,550, presentada el 20 de Junio de 2008, donde la totalidad de ambas de dichas solicitudes provisionales han sido incorporadas en la presente .

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con los métodos de recolección de energía solar al usar la concentración óptica con módulos móviles que rastrean el sol, y, particularmente, tales métodos que son adecuados para la construcción de los sistemas que tienen factores de forma y de características de la instalación similar a los paneles solares convencionales .

ANTECEDENTES Considerando que la concentración óptica de luz direccional sobre los receptores fotovoltaicos y/o térmicos ha sido utilizada desde hace mucho en instalaciones solares de energía a nivel industrial, las instalaciones solares en reducida escala han consistido casi enteramente de paneles fotovoltaicos del tipo placa sin la concentración óptica. Tales paneles son caros debido a las grandes cantidades de material fotovoltaico usado, y requieren típicamente de varios años de operación apenas para recuperar la energía de la producción de esos materiales . Un panel solar que usa la concentración óptica con fotovoltaicos (CPV) podría potencialmente proporcionar una alternativa mucho menos cara que los paneles solares del tipo placa al reducir grandemente las cantidades de materiales fotovoltaicos utilizados. Además, un panel de CPV pudiera proporcionar una eficacia perceptiblemente más alta que un panel comparable del tipo placa permitiendo el uso económico de las células fotovoltaicas de alta eficiencia especiales cuyo costo en un panel sin la concentración sería prohibitivo.

Si va a ser montado un panel de CPV para rastrear el sol, entonces su diseño es directo porque el sol permanecerá alineado con el eje normal del panel. Dado los gastos y el perfil que el equipo del seguimiento añade a las instalaciones solares del panel, sería deseable tener un panel de CPV que podría funcionar en instalaciones de posición fija y de tal modo hacer un reemplazo viable para los paneles solares del tipo placa común. La creación de tal panel presenta un conjunto nuevo de los desafíos debidos al movimiento del sol combinado con las restricciones del factor de la forma de un panel solar. Una aproximación obvia es llenar un recinto superficial con un arreglo para concentrar elementos, usando óptica reflejante y/o de refracción, donde cada elemento hace pivote sobre su propio eje o los ejes para rastrear el sol. Dos métricas clave de desempeño son la aproximación de la fracción de luz que cae en la cara del panel que es capturada (su eficacia de la abertura) , y el intervalo del movimiento del seguimiento de los elementos. Obviamente un panel que captura el 100 por ciento de la luz que cae en él y sigue al sol a los ángulos incidentes de hasta 90 grados sería lo más deseable, pero hay numerosas cuestiones en los diseños existentes y propuestos que impactan tales atributos del desempeño, y numerosas de estas cuestiones se presentan de limitaciones impuestas por la geometría óptica de los elementos de CPV. La presente invención proporciona una geometría óptica reflejante nueva que resuelve problemas en el diseño de paneles de CPV eficientes.

Los sistemas de CPV pueden ser caracterizados por su relación de la concentración, expresada como el número de soles que caen en sus receptores . Los sistemas con las relaciones de la concentración mayores de alrededor de tres requieren generalmente el uso de elementos móviles de enfoque ópticos que rastrean el movimiento del sol a través del cielo. Tales sistemas de rastreo óptico caen en dos tipos principales: los sistemas en los cuales los elementos alargados con perfiles en corte transversal inclinados sobre su eje largo rastrean el sol y mantienen su luz centrada sobre bandas estrechas, y los sistemas en los cuales los elementos con simetría radial individualmente o como pivote de los grupos cerca de dos ejes para rastrear el sol y mantener su luz enfocada sobre pequeños puntos . El tamaño del disco del sol, que aparece cerca de medio grado en diámetro, limitan la relación teórica de la concentración alcanzable con los sistemas de un eje y dos ejes a algunos ciento y algunas decenas de millares respectivamente, con límites prácticos que son considerablemente menores debido a las imperfecciones en óptica y rastreo.

Los términos de un eje y de dos ejes son utilizados para indicar estas dos aproximaciones, refiriendo al número de ejes de la inclinación requerida para mantener la luz solar enfocada. La presente invención es aplicable a ambas aproximaciones, y a las modalidades ejemplares que caen bajo ambas metodologías aquí descritas.

La invención es adecuada para los sistemas que usan receptores fotovoltaicos, térmicos, e híbridos sobre una variedad de escalas y un intervalo de las relaciones de concentración. Sin embargo, dado que la invención permite la creación de los sistemas que tienen atributos de la eficacia del sistema, disipación de calor, y lo compacto que son particularmente adecuados al área de la aplicación de paneles de CPV, comparaciones con la técnica previa se enfocan en atributos relevantes al desempeño de arreglos de empaque cerrado de elementos de CPV.

Esta revisión se enfoca en la técnica previa en esa área de aplicación de los paneles de CPV. Particularmente, examina los sistemas de rastreo con uno y dos ejes que emplean elementos múltiples de CPV, usando sobre todo óptica reflejante, cada uno montado a la inclinación sobre su eje o ejes individuales, y cada uno incorpora un medio de enfoque óptico y receptor fotovoltaico. Un ejemplo es descrito y sus inconvenientes caracterizados para cada uno de tres de tales tipos de dichos sistemas: uno en el cual los elementos son tiras con perfiles asimétricos, uno en el cual los elementos son pasos con perfiles simétricos, y uno en el cual los elementos son platos .

La solicitud de patente de E.U.A. 12/156,189 describe una arreglo de tiras montadas en forma de pivote, cada una monta un fleje fotovoltaico que monta la línea focal de un espejo parabólico del cilindro en la cara que mira de la misma tira.

Puesto que la línea focal de un espejo parabólico es separada de los puntos en la superficie del espejo por una distancia por lo menos la longitud focal del cilindro parabólico, la tira debe contener un tubo vertical que se extiende sobre la superficie del cilindro al soporte el fleje del material fotovoltaico. Si la porción del espejo de la tira va a ser utilizada como disipador de calor para el calor de la mecha del fleje fotovoltaico, entonces el tubo vertical debe conducir calor al espejo así como proporcionar la función estructural rígida de montar el fleje referente al espejo, imponiendo un costo en materiales y necesidades de espacio.

La misma invención también tiene una limitación en el intervalo de los ángulos a través de los cuales pueden las tiras girar, y por lo tanto el intervalo de los ángulos de la luz incidente direccional sobresale en un plano perpendicular a los ejes de las tiras a través de los cuales el sistema puede capturar esa luz y funcionar, ese intervalo que es desde cerca de 90 grados en sentido del reloj en la dirección normal hasta solamente entre cerca de 10 a 30 grados en sentido contrario al reloj para la mayoría de las variantes prácticas. Esta limitación en la cobertura del sistema de direcciones de la luz incidente constriñe las elecciones para su localización óptima, sacrificando posiblemente la cobertura para las partes de los ciclos diurnos y anuales.

La solicitud de patente de E.U.A. 11/654,256 describe un panel que tiene una serie de módulos alargados montados dentro de un bastidor al pivote sobre sus ejes individuales . Cada módulo tiene una cinta de las celdas fotovoltaicas situadas a lo largo de su fondo, reflectores simétricamente dispuestos que forman sus lados, y una tapa transparente con una lente central que forma su parte superior, tal que la luz paralela que entra en un módulo correctamente inclinado pasará ya sea a través de la porción de la no- lente de la cubierta y se reflejará de la pared lateral a la cinta fotovoltaica, o pasará a través de la porción de lente de la cubierta y hará refracción a la cinta fotovoltaica .

Debido a las limitaciones geométricas impuestas por este sistema óptico, la relación de la altura al ancho de los módulos es mayor que uno, y el fondo del paso es desplazado de la línea media de la tapa transparente que define la apertura del módulo por una distancia de cerca de tres veces aquella de cualquier borde de la cubierta. Por consiguiente, para que los módulos tengan cualquier intervalo de movimiento apreciable, deben ser espaciados de manera que una porción de la luz perpendicular direccional caiga al panel entre los módulos, disminuyendo la abertura efectiva del panel. Aumentando el intervalo de movimiento de los módulos incrementa el intervalo de espaciamiento requerido, incrementando además pérdidas de la abertura. Acomodar un intervalo de movimiento de 70 grados a cualquier lado de la dirección perpendicular del panel implica una pérdida de la abertura hasta alrededor de 50 por ciento.

La solicitud de patente de E.U.A. 11/454,441 describe un panel en el cual cada uno de un arreglo de elementos de CPV se monta de forma pivotable en una estructura de base y articulado a un soporte móvil que fuerza a los elementos para mover en unísono cerca de dos ejes para rastrear el sol . El cuerpo de cada elemento de CPV está formado sobre todo a partir de dos mitades, cada mitad comprendiendo una porción del reflector paraboloide y porciones verticales, planas donde las caras del reflector de las dos mitades pertenecen al mismo parabólico, cuyo foco está situado entre las porciones verticales de las mitades.

Los detalles de las articulaciones mecánicas que articulan los elementos al soporte móvil y el bastidor no están especificados, ni es el intervalo del movimiento angular de los elementos dada la articulación. Aparece que un espacio entre las mitades de cada elemento posibilita un intervalo de movimiento significativo a lo largo de un eje, pero a expensas de una pérdida sustancial de la abertura. El diseño usa las porciones verticales de las mitades del elemento de CPV ambas al soporte de su celda fotovoltaica, y proporcionan las superficies para la disipación de calor. Aunque es delgado en perfil, estas características en el "volumen óptico" del elemento reducen además su abertura. Una pérdida todavía mayor de la abertura resulta del hecho que la luz reflejada de las porciones del reflector próximo a las bases de las porciones verticales es bloqueada de alcanzar a la celda por esa porción.

Aparte de estas cuestiones, el diseño sufre de una compensación entre los ángulos de la incidencia del receptor y el intervalo del rastreo de los elementos de CPV que es compartido por los distintos diseños que montan un receptor en el espacio sobre un plato paraboloide. Para que el elemento de CPV tenga una amplia gama de movimiento angular, la estructura que soporta el receptor debe ser relativamente corto para no chocar con los elementos adyacentes, dando por resultado un ángulo alto promedio de la incidencia de la luz reflejada en el receptor. Debido a que la eficacia de la captura de la luz de la mayoría de las celdas fotovoltaicas comienza para bajar para los ángulos de incidencia de más de alrededor de 45 grados, el hecho que una fracción significativa de la luz capturada por los elementos de CPV del tipo dicho alcanza al receptor en los ángulos de la incidencia en la proximidad de 45 grados representa un detrimento potencialmente significativo a la eficacia del sistema.

La mayoría de los diseños con dos ejes del panel de CPV emplean refracción en vez de óptica de refracción. La óptica de refracción usada para la concentración solar, sin embargo, tiene un número de características desventajosas, incluyendo la separación de los puntos focales debido a la aberración cromática, la susceptibilidad de plástico óptico a la degradación UV y al peso de vidrios ópticos, y, como con los platos paraboloides, ángulos altos promedio de incidencia en los receptores para los diseños en los cuales los módulos son suficientemente compactos para tener una amplia gama de movimiento angular.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona numerosas soluciones útiles, solas o en combinación, para superar los problemas inherentes en concentradores solares de eje sencillo y de eje múltiple de la técnica previa y arreglos de eso, incluyendo lo siguiente. Primero, la invención permite arreglos densamente empaquetados de elementos para rastrear individualmente a través del intervalo completo de ángulos hasta 90 grados lejos de la dirección normal del arreglo sobre cada eje en el cual los elementos se montan inclinados. En segundo lugar, la invención permite la captura de virtualmente toda la luz solar que baja en la cara del panel a través de este margen angular completo, eliminando los espacios de separación de la cobertura de numerosos diseños de la técnica anterior. Tercero, la invención proporciona la economía superior de materiales combinando las funciones de disipación térmica, soporte estructural, y del reflejo de luz en una sola parte, por los receptores de las energías del posicionamiento entre las secciones adyacentes del espejo.

Como las disposiciones similares de la técnica previa antes descritas, aplicaciones de la invención a la concentración de la energía solar usan arreglos de elementos de CPV cada uno tiene un reflector, un dispositivo de la captura de la energía tal como una celda fotovoltaica, y un disipador de calor integral. A diferencia de las conFiguraciones de la técnica previa, los elementos de CPV de la invención alojan celdas de PV dentro de las extensiones del cuerpo reflector que encaran, en ángulos rectos aproximados, otras de tales extensiones. En el caso más simple, una primera celda es situada entre los espejos cuyos focos se encuentran en una segunda celda, que está situada entre los espejos cuyos focos se encuentran en la primera celda. Los elementos de CPV basados en la invención pueden tener una forma compacta que encaje dentro de un medio cilindro o de una media esfera cuyo diámetro equivale a aquel de la abertura del elemento, pero proporcionan un ángulo promedio bajo de la incidencia de la luz en las celdas de PV.

En las dos modalidades descritas en mayor detalle aquí, los elementos son tiras alargadas que actúan como disipadores de calor para los dispositivos del PV, están cada uno en forma de pivote montado a la inclinación sobre sus ejes respectivos, y están equipados con medios para detectar la posición del sol y para ajustar sus ángulos de inclinación, solo o en unísono, para mantener el foco de la luz incidente a lo largo de los focos parabólicos de las superficies y así convergente sobre los dispositivos de captura de la energía.

Aunque la mayoría de las modalidades aquí descritas están diseñadas para la aplicación de concentración de energía solar, la invención tiene aplicaciones obvias en distintos campos. Por ejemplo, las formas de la invención que usan los espejos parabólicos pueden ser utilizadas en las aplicaciones de la formación de imágenes, donde los receptores situados en los focos parabólicos son dispositivos de formación de imágenes en vez de los dispositivos de conversión de energía.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se ilustra a modo de ejemplo, y no por la limitación, en los dibujos adjuntos en los cuales los números de referencia similares se refieren a elementos similares .

FIGURA 1: Ejemplos.

La Figura 1 muestra seis diferentes ejemplos de la invención. FIGURA 1A y B muestran reflectores que requieren rastreo de un eje, y las Figuras 1C a F muestran reflectores que requieren rastreo con dos ejes para enfocar la luz solar de sus receptores.

Figuras 2 a 5: Resumen del método La FIGURA 2 muestra una sección transversal de una sola tira y porciones de sus vecinos, donde las tiras se orientan de manera que absorben luz solar direccional incidente.

La FIGURA 3 muestra secciones transversales de seis diseños que concentran un eje, comparando las geometrías ópticas de cinco ejemplos representativos de la técnica previa con el de la forma más simple de la invención.

FIGURA 4 ilustra un método de derivar el perfil de un reflector. La FIGURA 4A muestra la derivación de los perfiles parabólicos de una mitad de un reflector, y la FIGURA 4B muestra un perfil completo del reflector.

FIGURA 5 muestra secciones transversales de seis diferentes reflectores, ilustrando el efecto de los dos parámetros principales utilizados en la derivación de la forma descrita referente a la FIGURA .

Figuras 6 a 13: Tejado que concentra el panel fotovoltaico FIGURA 6 muestra vistas del exterior frontal de una concentración de la modalidad del panel solar adecuado para la instalación en tejados.

FIGURA 7 muestra detalles de una tira ensamblada y despiezada, y una sección transversal de la tira.

FIGURA 8 muestra el panel en un estado de desmontaje parcial .

FIGURA 9 muestra una vista del lado inferior del panel en el cual una porción de la pared trasera ha sido cortada para revelar el mecanismo de accionamiento.

FIGURA 10 muestra una vista del lado inferior del panel en el cual una porción de la pared trasera ha sido cortada para revelar el cableado eléctrico FIGURA 11 muestra una vista esquemática de un panel, en el cual todos los componentes principales del recinto están separados.

FIGURA 12 muestra detalles de las cintas fotovoltaicas de una tira.

FIGURA 13 muestra un esquema eléctrico del panel.

FIGURA 14: Prototipo de Concentración del Panel Fotovoltaico FIGURA 14 muestra una tira ensamblada y despiezada, y una sección transversal de la tira.

Figuras 15 y 16: Perfiles asimétricos de la tira.

Figura 15 muestra el perfil de una tira que tiene una sola cinta del receptor y un espejo secundario opuesto a esa cinta.

FIGURA 16 muestra el perfil de una tira con una disposición asimétrica de seis cilindros parabólicos y de cuatro tubos verticales.

Figuras 17 a 26: Ventana con Concentrador Fotovoltaico de Retracción.

Figura 17 muestra vistas de la modalidad de funcionamientos múltiples de la ventana en su modo de recolección de energía, con su concentrador fotovoltaico interno desplegado y rastreo.

FIGURA 18 muestra vistas de la modalidad en su modo de la ventana transparente, con su concentrador retraído.

FIGURA 19 muestra una sección transversal de una tira, ilustrando su geometría óptica.

FIGURA 20 muestra secciones transversales de un par de tiras adyacentes en un arreglo en cada uno de los tres modos operativos de la modalidad.

FIGURA 21 muestra vistas montadas y esquemáticas de una tira y de sus colgadores.

FIGURA 22 muestra un conjunto de cuatro tiras adyacentes y de sus colgadores, donde las tiras están en la orientación apilada y las bandas del colgador están relaj adas .

FIGURA 23 muestra el conjunto mostrado en la FIGURA 21, donde las tiras están en su orientación de contraventana con las bandas del colgador extendidas completamente .

FIGURA 24 muestra una sección transversal de la modalidad en la posición retraída.

FIGURA 25 muestra una sección transversal de la modalidad en la posición desplegada, con los ejes ópticos de las tiras orientados 30 grados sobre el eje normal de la ventana .

FIGURA 26 muestra el sistema concentrador de retracción revelado ocultando el bastidor y el cristal del exterior de la ventana.

FIGURA 27 y 28: Ejemplos con Reflector de Dos ejes FIGURA 27 muestra un ejemplo de una modalidad de la invención con dos ejes en la cual el reflector tiene simetría rotacional de seis veces y un perfil circular.

FIGURA 28 muestra tres variantes de un reflector, demostrando el efecto de variar el parámetro que controla el posicionamiento del tubo vertical en el reflector.

Figuras 29 y 30: Modalidad para Arreglos Empacados Cerrados.

FIGURA 29 muestra una modalidad de la invención en la cual el reflector es parte de un módulo que proporciona giro con dos ejes y diseñado a ser empaquetado cercanamente con otros de tales módulos en un arreglo.

FIGURA 30 muestra varias vistas y secciones transversales del reflector.

Figuras 31 y 32: Arreglos de Geometría Fija FIGURA 31 muestra una modalidad de la invención en la cual el reflector es la unión de una inclinación de celdas idénticas que tienen aberturas de cuadrado.

FIGURA 32 muestra una modalidad de la invención en la cual el reflector es la unión de una inclinación de celdas idénticas que tienen aberturas hexagonales.

FIGURA 33: Reflector que tiene área de superficie reducida FIGURA 33 muestra un reflector de una modalidad de la invención en la cual los tubos verticales en los cuales los receptores se localizan están flanqueados por los espejos paraboloides en vez de tubos verticales.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención es un nuevo método, de capturar y enfocar la luz cuyas aplicaciones incluyen la concentración de energía solar para la conversión en las formas utilizables de energía tales como electricidad y/o fluidos calentados. La invención combina superficies reflejadas parabólicas múltiples y por lo menos un receptor, tal como un dispositivo de conversión de la energía o de formación de imágenes, situados a lo largo de líneas focales, de arcos, o de puntos de las superficies reflectoras, en un elemento rígido montado a la inclinación en unos o más ejes para mantenerlo así en una orientación en relación con la luz incidente direccional de manera que la luz permanece enfocada en los receptores.

Visto de la dirección de la luz incidente enfocada por un elemento, el elemento presenta un conjunto de caras contiguas mientras ocultan los receptores de la vista directa en los tubos verticales situados entre las caras y orientadas paralelas a la dirección de la vista. Cada receptor monta la línea focal, arco, o punto de uno o más de los espejos parabólicos en el lado opuesto del elemento, y la línea, el arco, o el punto focal de cada cara parabólica es montada por un receptor.

La sección transversal de un reflector se aproxima a una "V" que hace un ángulo de 90 grados. Indicado de forma diferente, un reflector típico de la invención puede ser dividido en uno o más pares de secciones opuestas dispuestas simétricamente alrededor del eje de simetría del reflector, donde la superficie promedio normal de una sección es aproximadamente perpendicular a la de su sección opuesta. La invención permite la creación de reflectores cuyas secciones transversales pueden ser circunscritas por un disco de la mitad que tiene un diámetro que iguala la abertura del reflector.

Debido a su geometría compacta, los elementos múltiples pueden ser montados adyacentes uno al otro en un arreglo para cubrir un área tal que esencialmente toda la luz direccional que cae en la abertura de la área caerá en superficies reflectoras y se concentre sobre el módulo de los receptores algunas pérdidas alrededor de los bordes de la abertura que aumenten mientras la dirección de la luz incidente se convierte más oblicua. La eficacia con la cual tal arreglo captura la luz direccional, combinada con los factores de forma poco profunda hace posible por las formas de los elementos, hace la invención idealmente adecuada para concentrar paneles solares usando una pequeña fracción de los materiales fotosensibles requeridos por paneles solares convencionales.

Los reflectores en aplicaciones de la invención a la recolección de la energía solar incluyen ambas formas que requieran solamente un eje de movimiento angular para mantener el foco de la luz incidente sobre los receptores cuando el sol se mueve, y las formas que requieren dos de tales ejes. La siguiente descripción y las Figuras adjuntas inician con una breve visión general de tipos representativos de modalidades de ambos tipos, después examina métodos para generar perfiles del reflector de la forma más simple de la invención, después divulga varias modalidades de la invención de un eje bajo la forma de sistemas de concentración solar completa, y finalmente examina métodos y modalidades de la invención con dos ejes.

La FIGURA. 1 muestra los reflectores de seis modalidades de la invención, marcados A a E. Por claridad, solamente los ejes de revolución seleccionados y las porciones de receptores visibles en los lados inferiores de los reflectores están marcados. Los receptores son de tres tipos: tipo cinta y lineal 1, tipo cinta y arqueado 3, y tipo punto 5. Los ejes de revolución definen las caras del espejo barridas hacia fuera por parábolas y son de dos tipos: ésos desplazados de los 4 ejes de parábolas respectivas, y ésos que coinciden con sus ejes respectivos 6 de sus parábolas .

Los seis reflectores ejemplares tienen diferentes características. Los reflectores A y B son adecuados para el rastreo de un eje, donde A incorpora la forma más simple de la invención, haciendo cuatro espejos y dos receptores dispuestos simétricamente, y B es una variación que multiplica el número de receptores y de espejos que intervienen. Los reflectores C a F requieren rastreo con dos ejes para mantener la luz solar en foco. El conjunto de seis muestra tres tipos de geometrías de la concentración usando tres tipos de espejos parabólicos, cada uno que enfoca la luz direccional diferentemente. Los reflectores A y B usan espejos parabólicos del cilindro para enfocar la luz sobre bandas lineales y requieren receptores alargados que funcionen en la longitud del reflector. Los reflectores C y D usan espejos tipo paraboloide para enfocar la luz del foco sobre bandas arqueadas y requieren los receptores alargados curvados de una cierta longitud. Los reflectores E y F usan espejos paraboloides para enfocar la luz del foco sobre puntos y requieren solamente de receptores muy pequeños. A diferencia de los paraboloides de revolución simple utilizados por reflectores E y F, reflectores C y D usan tipos de paraboloides en los cuales el eje de revolución es desplazado del foco de la parábola generadora.

Los diferentes tipos de reflectores mostrados en la FIGURA 1 cada uno proporcionan diferentes ventajas. Los reflectores como los tipos A y B, son candidatos atractivos para los paneles de CPV debido a su simplicidad geométrica, y necesidad para solamente el rastreo de un eje, y la facilidad potencial de la fabricación. Los reflectores tipos E y F son atractivos porque su provisión de relaciones de muy alta concentración reduce los materiales fotovoltaicos necesarios a un punto que posibilite el uso económico de las celdas fotovoltaicas eficaces disponibles. Los reflectores como los tipos C y D son atractivos porque la luz que dirigen a cualquier punto en un receptor es esencialmente coplanar y por lo tanto tiene un ángulo promedio más bajo de incidencia que la proporcionada por los reflectores que tienen el cilindro parabólico o simples espejos paraboloides.

Las siguientes cinco secciones describen detalladamente dos modalidades completas usando reflectores de un eje. La primera modalidad, un panel fotovoltaico del tejado, es basada en la más simple de una familia de formas contempladas por la invención, en la cual los dos lados de caras de la cara superior son simétricos y cada uno está compuesto de dos cilindros parabólicos unidos por un cinta plana. La segunda modalidad, una ventana fotovoltaica muíti -modal, usa una forma más compleja en la cual los lados de cara a la tira no son simétricos, y cada uno se compone de cuatro cilindros parabólicos y de dos cintas planas .

Además de las dos modalidades completas, porciones de otras modalidades se presentan para ilustrar características adicionales, algunas de las cuales pueden ser utilizadas en forma intercambiable en una variedad de disposiciones que constituyen los dispositivos completos.

Visión general del método: Figuras 2 a 5 Esta sección describe la construcción geométrica de la forma más simple de la invención antes descrita, de su relación de la técnica previa, y métodos para determinar la forma óptima de la invención basada en criterios de desempeño tales como eficacia de la abertura y rastreo del intervalo de movimiento. La modalidad mostrada en las Figuras 6 a 13, está basada en estos métodos.

La FIGURA 2 muestra secciones transversales de una tira 12 y de las porciones de sus vecinos adyacentes 14 y 16 en una arreglo de tiras que giran sobre sus ejes de pivote respectivos 18, 20 grados lejos de la dirección normal 40 del arreglo para coincidir la declinación de la luz incidente, que es indicada por las líneas de puntos paralelas 10. Cada tira tiene los cuatro espejos parabólicos del cilindro, 22, 24, 26, y 28 y los tubos verticales 32 y 34 cuyas caras planas están equipadas con las cintas fotovoltaicas 60, donde los espejos 22 y 24 están conformados para reflejar la luz direccional sobre la cinta en el tubo vertical 34 y los espejos 26 y 28 están conformados para reflejar la luz direccional sobre la cinta en el tubo vertical 32.

El arco circular discontinuo 42 indica la trayectoria barrida hacia fuera por los bordes 36 y 38 de la tira como los pivotes de la tira sobre su eje 18, y representa el perfil de la holgura de la tira. Los pares discontinuos de las líneas 46 indican la separación entre los perfiles de la holgura de tiras adyacentes.

Las tiras cuyas secciones transversales se representan en la FIGURA 2 se encuentran totalmente dentro de sus perfiles de holgura. Cuando las tiras en un arreglo se orientaron para la captura de la luz cuya dirección se proyectó sobre el plano de la sección transversal de las tiras es perpendicular al eje horizontal del arreglo, los bordes de las tiras casi tocan, permitiéndoles la captura de casi toda la luz. Cuando las mismas tiras se orientan en cuanto a la captura de luz cuya dirección es proyectada sobre el plano de la sección transversal de las tiras, es girado de dicha dirección perpendicular por un ángulo cuya magnitud está entre algunos grados más que cero y algunos grados menos de 90, las tiras se sombrearán parcialmente entre sí, pero continuará la captura esencialmente de toda la luz que entra a la abertura del arreglo, a excepción de algo de la luz que cae en los bordes extremos del arreglo.

Las tiras cuyas secciones transversales se representan en la FIGURA. 2 pueden girar a completamente 90 grados a cualquier lado de la dirección normal del arreglo, y pueden hacerlo así sin importar las posiciones angulares de sus tiras vecinas. Ya que la invención permite el diseño de las arreglos de la tira con separación (densa) óptima en las cuales incluso las tiras sin sincronizar no chocan sobre el intervalo completo de la rotación requerido por aplicaciones prácticas, hace factible el diseño de las tiras como módulos mecánicamente independientes que tienen sus propios mecanismos de accionamiento de la inclinación. En un panel que tiene tal diseño modular, el mal funcionamiento de una tira no impactaría perceptiblemente la operación de las tiras restantes en el panel, y marginalmente afectaría solamente la salida de potencia del panel .

La FIGURA. 3 muestra secciones transversales y representativas de las trayectorias de luz de seis métodos de concentración óptica usando los reflectores de un eje, con el fin de repasar el arte previo. Las Figuras 3A a E ilustran las geometrías ópticas de cinco ejemplos representativos de la técnica previa y la FIGURA 3F ilustra la forma más simple de la invención. Esta revisión se restringe a los ejemplos de ópticos sobre todo reflejantes que, similar a la invención, localiza los receptores 64 en superficies que son adyacentes a superficies reflejadas.

Las Figuras A a E resumen las geometrías ópticas de los concentradores divulgados en (A) la patente de E.U.Á. 4,088,121, (B) las solicitudes de patente de E.U.A. 11/654,131 y 11/654,256, (C) la patente de E.U.A. 4,222,368 y la solicitud de patente de E.U.A. 12/156,189, (D) la patente de E.U.A. 6,276,359, y (E) la solicitud de patente de E.U.A. 12/124,124. Los ejemplos A y B reflejan la luz descendente de los espejos simétricamente dispuestos a los receptores situados en los fondos de las estructuras similares a un paso, donde el ejemplo B refracta la columna central de luz para conseguir una unidad más compacta; el ejemplo C refleja la luz de un espejo a un receptor de cara próxima a la parte superior de una estructura similar a la tira; y los ejemplos D y E reflejan la luz ascendente de los espejos a los receptores de cara situados en los bordes superiores de los espejos en estructuras similares a un paso. En contraste con todos estos, el ejemplo C refleja la luz descendente y ascendente de los espejos a los receptores de cara que están situados entre los espejos.

Varias ventajas de la invención sobre estos ejemplos de la técnica previa se hacen evidentes al considerar su idoneidad para la aplicación de los paneles de CPV, que nombra los elementos en forma de pivote que se montarán individualmente dentro de un arreglo de elementos cercanamente empaquetados. Como puede ser visto referente a las Figuras 2 y 4, la forma más simple de la invención sobresale en los dos atributos de desempeño de la eficacia de la abertura y del intervalo del movimiento angular proporcionando los reflectores que, dentro de tal arreglo, pueden moverse a través de las amplias gamas del movimiento angular mientras proporcionan la cobertura continua de la abertura del arreglo. Esto es porque la invención posibilita la creación de reflectores cada uno que tiene una abertura cuyo ancho coincide con el diámetro de un círculo que circunscribe la sección transversal del reflector. Ninguno de los ejemplos de la técnica previa tiene esta propiedad. Los ejemplos A y B imponen una compensación entre el intervalo del movimiento angular y la eficacia de la abertura debido a la profundidad del reflector, que es menos severa en el ejemplo B. El ejemplo C sufre de un intervalo perceptiblemente restringido del movimiento angular para todas las modalidades que proporcionen cobertura continua de la abertura. Los ejemplos D y E imponen una penalización significativa en eficacia de la abertura debido a los requisitos adicionales de la holgura de los receptores montados en los bordes superiores de la parte exterior de los reflectores. En contraste con estos diseños, la modalidad ejemplar tiene un paso de forma de "V" superficial que captura virtualmente toda la luz que cae en ella, en contraste con éstos, el diseño del concentrador representado en la FIGURA. 3E tiene un perfil de forma de V que es casi dos veces tan amplio como su altura para que pueda hacer pivote sobre un intervalo angular amplio dentro de los arreglos empaquetados cerrados de tales concentradores, posiciona los receptores donde no crean demandas de la holgura, y refleja la luz a los receptores con bajos ángulos de incidencia y equilibrados.

La FIGURA 4 ilustra un método para derivar los perfiles de reflectores tales como son mostrados en las Figuras 2 a 16. Aunque este método se ilustra para la forma más simple de la invención según lo ejemplificado en las Figuras 2 a 16, los especialistas en la materia serán capaces de desarrollar generalizaciones de él adecuadas para las variaciones contempladas por la invención. El método tiene tres parámetros de entrada: xC, el cual es igual a o cerca de 0.5, xD, que es típicamente entre 0.01 y 0.03, y xE, que está típicamente entre 0.08 y 0.4. El método inicia definiendo una parábola 70 como el conjunto de los puntos equidistantes del foco 68 y de la directriz 76. La parábola, cuyo vértice está en el origen 66, es también la solución a la ecuación y = x2, dado el sistema de coordenadas escalado de manera que el foco 68 sea desplazado del origen a lo largo del eje Y por 0.25 unidades. En seguida, las coordenadas de x, xAl, xA2, xBl, y xB2, indicadas en el dibujo por las líneas verticales discontinuas, se calcularon de dichos parámetros de entrada, como sigue: xA2 = xC - xD; xBl = xC + xD; xB2 = xBl + XE; XA1 = XA2*0.5; xMl = xC/2; y xM2 = xB2 * xC/xBl. Estas cuatro coordenadas x calculadas son utilizadas para definir dos extensiones de la parábola 70 : una extensión más baja 72, cuyo intervalo de las ordenadas de xAl a xA2; y una extensión 74 superior, cuyo intervalo de coordenadas de xBl a xB2. A continuación, dos parábolas nuevas, y extensiones de eso, son definidas por la parábola 70 de la escala sobre su foco 68, tales que las tres parábolas comparten el mismo foco: una parábola levemente más grande 90 y extensión de eso 92 generados por la parábola 70 de la escala y su extensión más baja 72 por el factor xBl/xC, y una parábola levemente más pequeña 80 y extensión de eso 84 generados por la parábola 70 de la escala y su extensión 74 superior por el factor xA2/xC. Dada esta construcción, el punto más a la derecha 96 de la extensión más baja nueva y el punto extremo izquierdo 86 de la parte nueva de la extensión superior comparten la misma coordenada de x de xC. Estas extensiones más baja y superior se unen por puntos de conexión 96 y 86 de un segmento vertical.

La curva generada por esta construcción entonces se combina con su reflexión a través de la línea vertical cuya coordenada x es xMl para crear el perfil superior simétrico de la sección transversal de la tira. El perfil más bajo de la tira es una curva que se encuentra enteramente debajo del perfil superior y relativamente cerca de él para no expandir el perfil de la holgura de la tira. Para una tira producida formando el material plano tal como placa de aluminio, el perfil más bajo será aproximadamente una curva paralela al perfil superior en una distancia que coincide con el grosor del material . Un bisel es cortado bajo bordes superiores exteriores de la tira para eliminar cualesquier exceso del cuerpo de la tira más allá del perfil de sus superficies reflejantes superiores.

La FIGURA 4B muestra que el perfil completo de una tira generada usando este método. El punto focal 68 que se encuentra en el tubo vertical en la mitad izquierda de la tira es compartido por ambas parábolas que definen ambos espejos en la mitad derecha de la tira: la parábola más grande 90 que define el espejo inferior 92 y la parábola más pequeña 80 que definen el espejo 84 superior. La misma relación se mantiene entre el punto focal que se encuentra en el tubo vertical en la mitad derecha de la tira y las parábolas que definen los espejos en la mitad izquierda de la tira.

La FIGURA 5 ilustra el efecto de variar los dos parámetros del diseño xD y xE definidos en la forma de derivación descrita referente a la FIGURA 4, con los valores de xD aumentando desde la izquierda a la derecha de la página, y los valores de xE que aumentan desde la parte superior a la inferior.

Para cada uno de los casos A a D, el arco discontinuo 42 indica la trayectoria barrida por el borde 38 de la tira mientras que la tira se mueve a través de su intervalo del movimiento angular, y el arco discontinuo 44 indica la trayectoria barrida por el vector normal 20 de la tira. Ese intervalo de movimiento es constreñido por el requisito que la tira no se proyecta fuera de su zona en el arreglo indicado por las líneas verticales 50. Dado una pared cuyo perfil izquierdo corresponde a la línea 50, la rotación de la tira en los casos C a F hace que choquen con la pared en los puntos 54, donde las líneas 52, que indican una imagen girada de la línea 50 sobre el punto de pivote 18, encontrando la superficie exterior de la tira. En los casos A y B la tira puede ser girada hasta 360 grados sin experimentar tal colisión.

La FIGURA 5 muestra que determinadas gamas de valores para xD y xE producen perfiles de la tira con intervalos mejores del movimiento angular. Al aumentar el valor de xD el parámetro que determina la altura de los tubos verticales - aumenta las porciones de los perfiles de la tira que se extienden fuera de los perfiles de holgura de los bordes de la tira, disminuyendo el intervalo de movimiento de las tiras. Asimismo, valores más grandes de xE - el parámetro que determina las anchuras relativas de los espejos parabólicos 22 y 28 superiores - aumenta las porciones de los perfiles de la tira que se extienden fuera de los perfiles de la holgura de los bordes de las tiras, también disminuyendo el intervalo de movimiento de las tiras. De los seis diferentes perfiles mostrados, A y B tienen la ventaja que pueden ser girados a través del intervalo completo de 180 grados de ángulos útiles sin la posibilidad de chocar con una tira vecina. De éstos, el perfil B es generalmente más deseable por lo menos por tres razones: primero, da más espacio en la región 58 inmediatamente detrás del receptor y dentro del perfil circular de la holgura correspondiente al arco 42 para los disipadores de calor de los montajes, conductores de fluidos, circuitos electrónico u otros de tales equipos; en segundo lugar, refleja la luz a los receptores con un ángulo promedio más bajo de la incidencia, mejorando el desempeño del receptor; y tercero, posiciona los receptores donde ellos están en una media proximidad más cercana a la masa del cuerpo de la tira, proporcionando un mejor desempeño térmico para las modalidades que usan la tira como disipador de calor. Asimismo, el perfil E es generalmente preferible a D y F para las mismas razones: además de tener un intervalo de movimiento mucho más grande que cualquiera, tiene los beneficios antes mencionados de la colocación de los tubos verticales cerca de los puntos medios de los lados respectivos de la tira.

Como lo muestra la FIGURA 5, la forma más simple de los beneficios de la invención de la colocación de los tubos verticales cerca a medio camino entre el vértice del fondo y bordes superiores de la tira. Los especialistas en la materia apreciarán que formas más complejas de la invención están guiadas por reglas similares del diseño. Por ejemplo, cuando el número de tubos verticales se multiplica, es beneficioso espaciarlos en intervalos relativamente iguales.

Tejado que Concentra el Panel Fotovoltaico : Figuras € a 13 La primera modalidad completa de la invención, un panel fotovoltaico concentrador adecuado para la instalación en tejados, es descrita referente a las Figuras 6 a 13. La FIGURA 6 es una vista isométrica de un panel en el cual las tiras del panel 34 están visibles debajo del cristal transparente 5 del recinto. La vista en detalle que ocupa la parte superior de la Figura muestra los extremos de cinco tiras articuladas con la pared lateral 212 del recinto vía los montajes pivotantes de las clavijas del eje de las tiras 120 en los receptáculos 214 del eje de la tira integrales a la pared lateral. Los receptáculos están abiertos en la parte superior de modo que las tiras pueden ser eliminadas tirando de ellas hacia arriba con una fuerza suave. En esta vista, solamente una de las cintas fotovoltaicas 160 de cada tira es visible.

La FIGURA 7 muestra vistas de una sola tira. Las Figuras 7A y B muestran vistas isométricas montadas y despiezadas de la tira con la mayoría de la longitud de la tira entre sus dos extremos omitidos, y la FIGURA 7C muestra la sección transversal indicada en la FIGURA 7A. La tira comprende el cuerpo 112 de la tira, teniendo las superficies reflejadas 22, 24, 26, y 28; las dos tapas extremas 116 y 118; las cintas fotovoltaicas 160, y el cable eléctrico plano 176 y el conector integrado 178. Cada una de las tapas extremas dichas tiene un par de canales 124 conformados para aceptar y el extremo del cuerpo de la tira para acoplarse rígido con él, y una clavija 120 del eje que tiene una cavidad coaxial 122 que acepta el espaciador flexible 130 del eje. La tapa extrema 118 difiere de la tapa extrema 116 en que la porción semicircular del perímetro del conformador es engranada con los dientes helicoidales para la malla con un tornillo sinfín, de la flecha con tornillo mostrada en las Figuras 8, 9, y 11. El cuerpo de la tira tiene las muescas 114 en ambos de sus extremos. En el acoplamiento del extremo con la tapa extrema engranada 118, la muesca permite que los dientes de engranaje de la tapa extrema tengan la profundidad necesaria. En el acoplamiento del extremo con la tapa extrema 116 la muesca proporciona una abertura para el paso del conector 178 del lado superior del cuerpo de la tira a su lado inferior mientras también se asegura.

La FIGURA 8 muestra el panel en un estado de desmontaje parcial. La FIGURA 8A muestra la tapa desmontable, comprendiendo el cristal transparente 204 y el bastidor de tapa 206, levantada, una sola tira suspendida sobre el panel, y 20 del complemento completo del panel de 34 tiras instaladas. La FIGURA 8B es una vista en detalle que muestra las porciones del mecanismo de accionamiento, incluyendo la flecha de montaje de engranaje de motor 242 y una extensión de la flecha sinfín 244 la cuál monta, la flecha comprendiendo la barra enchavetada 246 del eje y los tornillos sinfín 248 montados rígidos sobre ello con un espaciamiento que coincide con aquel de las tiras . Los bloques de soporte 250 de la flecha, que se abrochan en el canal 216 en la pared lateral 212, mantienen la flecha de tornillo sinfín en una posición precisa a través de su longitud. La pared trasera 224, formada de un material termo-conductor delgado, tiene las ondulaciones 226 que abarcan la dimensión más larga del panel (altura) y la mayoría de la dimensión más corta del panel (anchura) , que es plana cerca de cada uno de los costados del panel para acomodar los componentes de accionamiento y eléctricos. Las ondulaciones sirven para endurecer la pared trasera y para proporcionar el área superficial creciente para la disipación del calor. La FIGURA 8C es una vista en detalle que muestra las porciones de distintas tiras, que están orientadas en la dirección normal del panel . Porciones anchas de los cilindros parabólicos 26 y 28 están visibles, como lo están las porciones estrechas de los cilindros parabólicos 24.

La FIGURA 9 muestra el lado inferior de la esquina del panel que contiene el motor con engranajes 242, donde ha estado cortada una porción de la pared trasera 224 para revelar las porciones del mecanismo de accionamiento. Los dientes del engrane del tornillo sinfín de las tapas extremas de la tira 118 son engranados con los tornillos sinfín 248.

La FIGURA 10 muestra el lado inferior de la esquina del panel opuesto directamente a aquel mostrado en la FIGURA 9, donde ha sido cortada una porción de la pared trasera 224 para revelar las porciones del circuito electrónico del panel. El módulo 262 del circuito electrónico, que contiene un microcontrolador, tiene tres cables eléctricos que emergen de él: el cable 266 del motor, que suministra energía al motor con engranajes 242; el cable 264 externo de energía, que pasa a través de un agujero en la pared trasera sellada por la arandela 230; y el cable de cinta ramificado 270, que proporciona las trayectorias conductoras individuales entre cada tira y dicho módulo de electrónicos . El cable de cinta tiene una rama 272 para cada una de las tiras, cada rama comprendiendo una hebra flexible y un conector que coincide con el conector 178 de la tira para proporcionar tres caminos conductores de la tira al módulo del circuito electrónico. El circuito electrónico del panel es descrito más detalladamente abajo referente a la FIGURA 13.

La FIGURA 11 muestra una vista esquemática del panel, en el cual los componentes del recinto del panel fueron separados. La cubierta del panel, mostrada en el parte superior de la página, tiene sus cuatro componentes de armazón 206 separados del cristal transparente 204. Las tiras, mostradas en la parte media de la página, están orientadas en la dirección normal del panel, y están espaciadas como serían cuando estaban instaladas en el panel . Las partes del recinto del panel con excepción de la cubierta se muestran en la parte inferior de la página. Todas las partes numeradas están identificadas arriba en las descripciones de las Figuras 6 a 10, a excepción de los receptáculos 252 del eje de flecha, que encajan en rebajos en las paredes 222 y 220 de la parte superior e inferior de la estructura, y se montan de forma rotatoria a la flecha 244 del torno sinfín en sus dos extremos.

La FIGURA 12 muestra detalles de las cintas fotovoltaicas 160 que convierten la energía luminosa enfocada en ellas en energía eléctrica. Debido a que las cintas tienen estructura en reducida escala, la FIGURA 12 proporciona dos niveles de aumento y una sección transversal de porciones de una cinta. La FIGURA 12A muestra el extremo de una tira en la cual aproximadamente un trigésimo- segundo de la longitud de una de las dos cintas de la tira está visible. Las Figuras 12B y C muestran dos aumentos de esa cinta, y la FIGURA 12D muestra una sección transversal a través de la cinta y del cuerpo de la tira en los cuales se montan. Según lo ilustrado en la FIGURA 13, descrita más abajo, las celdas fotovoltaicas en la cinta se dispusieron en los grupos de diez celdas cableadas en serie donde los grupos están cableados en paralelo para formar el circuito de una sola cinta. Referir a la FIGURA 12B, que muestra la totalidad de un grupo de la serie, los grupos de series están cableados a los carriles conductores que operan la longitud de la cinta y flanquean las celdas: el carril positivo 164 y el carril negativo 166 con funcionamiento a lo largo del fondo y de la parte superior de la cinta, respectivamente. Los polos negativo y positivo de cada grupo de serie conectados a los carriles positivos y negativos individualmente a través de las almohadillas que conducen 184 y 186, respectivamente. Con referencia a la FIGURA 12C, que muestra una celda individual y las porciones de sus vecinos, el contacto 174 de la parte dorsal de una celda cubre el lado inferior de las celdas y su contacto frontal 172 tiene una forma en "I" que traslapa una porción del contacto de la parte dorsal de la celda a su izquierda. La almohadilla conductora 182 proporciona una trayectoria conductora del contacto frontal de una celda al contacto de la parte dorsal de su vecino, proporcionando una conexión en serie entre las dos celdas.

La estructura eléctrica de las cintas fotovoltaicas satisface simultáneamente dos requisitos importantes del diseño: suministrar la salida eléctrica de las tiras cuya fuerza electromotriz está en el intervalo deseable de cinco a diez voltios, y evitar las pérdidas significativas debidas al sombreado de porciones de una tira. El último requisito se presenta del hecho que durante el funcionamiento normal por luz solar completa, las porciones de los extremos de las cintas fotovoltaicas serán sombreadas por periodos de tiempo significativos debido a las sombras coladas por las tapas extremas y las porciones de la tira del recinto. Considerando que el desempeño de un circuito en serie de componentes fotovoltaicos es degradado grandemente por sombrear cualquier componente, el desempeño de un circuito paralelo de numerosos componentes fotovoltaicos es afectado solamente como mínimo por sombrear algún componente. Debido a que los grupos de la serie de la presente modalidad son muy cortos con relación a la longitud del cinta, el sombreado de los extremos de las tiras tendrá pequeño impacto en su salida eléctrica.

La FIGURA 13 es un esquema eléctrico del panel que muestra los detalles de los circuitos eléctricos de la tira. La vista principal de la Figura representa los componentes eléctricos del recinto y aquellos dentro de las porciones de tres tiras, cada una de las cuales tiene filas superiores y más bajas de componentes correspondientes a las dos cintas fotovoltaicas de la tira. La vista en detalle, situada sobre la vista principal, muestra dos grupos de la serie de celdas en su totalidad, una que pertenece a cada una de las dos cintas de la tira. Como se describe anteriormente referente a la FIGURA 12, el ánodo de cada grupo se conecta al carril 164 y el cátodo de cada grupo se conecta al carril 166. En la presente modalidad, cada cinta tiene 78 grupos de series. El cable ramificado 270, cuyas ramas 272 conectan a las tiras por medio de los conectores 178, tiene tres conductores dedicados para cada tira: un conductor común del cátodo, y un conductor del ánodo para cada una de las dos cintas de la tira. Esta arquitectura eléctrica satisface distintos requisitos importantes del diseño. Primero, no permite al microcontrolador 262 monitorear la diferencia entre las salidas de cada una de las dos cintas de la tira con el fin de deducir la dirección en la cual los ejes normales de las tiras se desplazan de la dirección de la luz incidente. En segundo lugar, permite que el microcontrolador monitoree el desempeño individual de cada tira para señalar las tiras por medio de una bandera que requieren el servicio o el reemplazo. Tercero, permite que los circuitos de las tiras individuales se aislen en caso de un mal funcionamiento eléctrico tal como un cortocircuito.

Prototipo que Concentra el Panel Fotovoltaico: FIGURA 14 Una sola tira de una modalidad del panel de la invención es mostrada en la FIGURA 14. Desarrollada para un sistema de lecho de prueba, esta modalidad es menos ventajosa que el panel del tejado antes descrito en distintos aspectos, incluyendo conveniencia de la simplicidad de la fabricación y del factor de forma. Sin embargo, ilustra distintos métodos referentes a la invención que pueden ser deseables en determinados ejemplos.

Las Figuras 14A y B muestran vistas isométricas montadas y despiezadas de la tira, y la FIGURA 14C muestra la sección transversal indicada en la FIGURA 14A. En contraste con la primera modalidad, cuyas tiras tienen cuerpos de la pieza única, la presente modalidad tiene tiras cuyos cuerpos se ensamblan desde distintas partes. Las placas extremas transparentes 328 tienen canales 324 conformados para aceptar las diferentes partes comprendiendo el cuerpo de la tira: los dos segmentos 312 del espejo superior, el segmento más bajo 314 del espejo, los disipadores de calor 316, y la barra 318 de vidrio. Las placas extremas son mantenidas en compresión en relación una con la otra por las barras 320 del tensor, de tal modo manteniendo a todas las partes antedichas del cuerpo de la tira en posiciones precisas, rígidas entre las placas extremas. Las fuerzas de compresión se pueden apoyar enteramente por la barra de vidrio y los disipadores de calor de tal modo que evitan la posible distorsión de los segmentos del espejo debido a las fuerzas de compresión. Los conjuntos de la celda fotovoltaica 360 están montados sobre los disipadores de calor.

En contraste con la primera modalidad, cada tira de la presente modalidad tiene un sistema de accionamiento dedicado para mantener la alineación del eje óptico de la tira con la dirección de la luz incidente. El sistema de accionamiento comprende, en parte, el motor con engranajes 354, el tornillo sinfín 356 montado axialmente con ello, el engrane del tornillo sinfín 358 que se engancha con el tornillo sinfín, la rueda 360 unida y coaxial con el engrane de tornillo sinfín, la barra 350 del eje y la flecha del eje 352 que monta a la rueda y el engrane del tornillo sinfín para la rotación, la carcasa interior que resbala 344 que monta la barra del eje y el motor de engranes, el alojamiento exterior fijo 342 que encaja a presión en los canales en la placa extrema 328 y se monta de manera deslizable la carcasa interior, y el resorte 346 que aplica presión exterior a la carcasa interior y a su contenido. Los pernos 330 del eje pasan a agujeros pasantes en las placas extremas y sujetan con seguridad a las paredes del recinto del panel (no mostrado) de tal modo en forma de pivote que montan la tira. La rueda de accionamiento 360 acopla una agarradera sobre la misma pared de cara del recinto y, accionado por el motor con engranajes, efectúa el movimiento angular de la tira concerniente al recinto.

A diferencia de las tiras de la primera modalidad, el diámetro del perfil de la holgura de eso mostrado en la FIGURA 13 está más grande que su anchura de la abertura, donde lo último equivale al diámetro del arco 302 barrido por los bordes del espejo de la salida. Por lo tanto tales tiras que se dispusieron en un arreglo empacado cerrado no pueden inclinarse hasta 90 grados lejos de la dirección normal del arreglo sin chocar. Sin embargo, debido a la forma de la tira, cuyas porciones yacen en la parte exterior del arco 302 son restringidas a las porciones angulares más bajas de la tira, tales tiras en un arreglo de empaquetado cerrado son capaces de girar hasta 65 grados antes de chocar, proporcionando las tiras adyacentes que se inclinan aproximadamente al mismo grado.

Perfiles Asimétricos de la Tira: Figuras 15 y 16 Las Figuras 15 y 16 muestran los perfiles de tiras en las modalidades de la invención que tienen diferentes geometrías ópticas que la forma más simple, como se muestra en las Figuras 2 a 14. Ellas muestran variaciones de los reflectores de un eje que son menos simétricas y más complejas que la forma más simple.

La FIGURA 15 muestra una sección transversal a través de una tira cuya geometría sea similar a la de la primera modalidad, pero que tenga un espejo secundario en lugar de uno de los dos receptores. El espejo secundario 430 es un cilindro parabólico cuyo eje que define de la parábola es horizontal y perpendicular a los de los espejos primarios 422, 424, 426, y 428. Similar el receptor sencillo 60 montado en el tubo vertical 432 entre los espejos primarios 426 y 428, la orientación vertical del espejo secundario 430 entre los espejos primarios 422 y 424 asegura que está oculto de la luz direccional paralela 10 cuando la tira está orientada. El espejo secundario 430 está situado y conformado de tal manera que captura la luz direccional reflejada por los espejos primarios 426 y 428 y la refleja una segunda vez al foco en el receptor 60. Así, una tira orientada se enfoca toda si su luz incidente capturada en el receptor, combinando a la luz reflejada directamente de los espejos 422 y 424 con la luz reflejada indirectamente de los espejos 426 y 428 vía el espejo secundario 430.

El espejo secundario 430 tiene un perfil parabólico cuyo foco 436 sea levemente a la izquierda del punto focal compartido 434 de los espejos 426 y 428. Consecuentemente, la luz reflejada por el espejo secundario converge antes de alcanzar al receptor, más que permanecer paralela como sea el caso si los puntos 434 y 436 fueran coincidentes.

Una tira podría emplear unos o más espejos secundarios, y esos espejos no necesitarían tener perfiles parabólicos con objeto enfocar la luz reflejada en los receptores. Por ejemplo, es posible diseñar una geometría de la tira con los espejos secundarios que tienen perfiles elípticos convexos.

La FIGURA. 16 muestra una sección transversal de una tira que tiene tres espejos y dos receptores en cada una de sus caras que mira en una forma asimétrica que se aproxima más o menos a una forma de V que hace un ángulo de 90 grados. En esta modalidad, una tira correctamente orientada dirige la luz direccional 10 incidente como sigue. La luz que cae en los espejos 522 y 523 se refleja al receptor en el tubo vertical 538, la luz que cae en el espejo 524 se refleja al receptor en el tubo vertical 536, la luz que cae en los espejos 525 y 526 se refleja al receptor en el tubo vertical 534, y la luz que cae en el espejo 527 se refleja al receptor en el tubo vertical 532.

Las geometrías de la tira que tienen números más grandes de espejos y de receptores pueden tener ventajas particulares en algunas aplicaciones de la invención. Comparado a un solo receptor en cada mitad transversal de la tira, una serie de receptores más pequeños uniformemente espaciados aumentaría la relación de material conductor al material fotosensible en las proximidades inmediatas de las líneas focales, proporcionando una disipación de calor conductora más eficaz para los tamaños dados de la tira.

Ventana 10 con Concentrador Fotovoltaico Retráctil: Figuras 17 a 26 La segunda modalidad completa de la invención, una ventana de funcionamiento múltiple con un concentrador fotovoltaico retráctil, es descrita referente a las Figuras 17 a 26. La Figura 17 muestra una vista trimétrica de la ventana cuyo concentrador se despliega y sus tiras rastrean el sol. La Figura 18 muestra una vista trimétrica de la misma ventana cuyo concentrador se retrae, proporcionando una vista sin obstáculo 15 a través de la ventana. Las Figuras 17 y 18 muestran la modalidad en dos de sus tres modos. En un tercer modo, los obturadores desplegados del concentrador cerraron para evitar pérdida de calor por radiación entre el interior y el espacio exterior separados por la ventana.

La Figura 19 ilustra la geometría óptica de la tira utilizada en la modalidad de la ventana, mostrando la sección transversal de una tira cuya dirección normal 20 se alinea con el eje vertical de la página, y las trayectorias tomadas por los rayos de la luz direccional 10 que caen en la tira. La geometría es similar a la de la tira ilustrada en la Figura 16 pero difiere en tener ocho espejos en vez de seis, e iguala de tal modo aproximadamente la cantidad de luz convergente en cada uno de los cuatro receptores. En esta modalidad, una tira correctamente orientada dirige la luz direccional 10 incidente como sigue. La luz que cae en los espejos 622 y 623 se refleja al receptor en el tubo vertical 638, luz que cae en el espejo 624 y 625 se refleja al receptor en el tubo vertical 636, la luz que cae en los espejos 626 y 627 se refleja al receptor en el tubo vertical 634, y la luz que cae en los espejos 628 y 629 se refleja al receptor en el tubo vertical 632. La extensión horizontal de cada par de espejos que comparten el mismo receptor objetivo son aproximadamente iguales, como puede ser visto por repartir la luz incidente en bandas según el receptor al que es dirigido. Así, la luz incidente en las bandas 602, 604, 606, y 608 se refleja a los receptores en los tubos verticales 638, 636, 634, y 632, respectivamente.

La línea 644 que atraviesa la anchura de la tira es el perfil de la cara superior de las placas extremas 640 de la tira, que es visto más claramente en la Figura 21. Las placas extremas son inclinadas levemente sobre el eje de giro 18 de la tira con respecto al plano perpendicular a la dirección normal 20 de la tira para permitir que las tiras adyacentes a la pila compacta, donde cada distinta tira se gira 180 grados sobre un eje perpendicular al plano de sus placas extremas .

La Figura 20 muestra secciones transversales a través de un par de conjuntos adyacentes de la tira en cada uno de los tres modos de la modalidad: la captura de energía (A) , obturada (B) , y (C) retraída. El cable plano 652, el motor con engranajes 674, y la rueda de inclinación 676 son visibles solamente en el conjunto más bajo de la tira de cada par porque solamente un extremo de cada tira se equipa con estos componentes, y ese extremo es visto solamente en el conjunto más bajo de la tira, que se mueve de un tirón concerniente al conjunto superior. En el modo de captura de energía mostrado en la Figura 20A, las direcciones normales 20 de las tiras están en paralelo porque ambas están alineadas con la dirección de la luz incidente. En el modo de obturado mostrado en la Figura 20B, las placas extremas de las tiras son coplanares, y los bordes de las tiras hacen contacto, creando una barrera a la pérdida de calor por convección y radiación. En el modo retraído mostrado en la Figura 20C, las placas extremas de las tiras están en paralelo y apiladas una contra la otra, y los perfiles de la tira vistos en sección transversal se anidan de forma compacta.

La Figura 21 muestra vistas de una sola tira y de sus conjuntos asociados del colgador. Las Figuras 21A y B muestran vistas isométricas montadas y despiezadas de una tira y dichos conjuntos con la mayoría de la longitud de la tira entre sus dos extremos omitidos. El conjunto de la tira consiste en diferentes pequeños componentes y el cuerpo de la tira de la pieza única, cuyas características principales son el paso de la forma de V alargada que forma los cilindros y los tubos verticales parabólicos descritos referente a la Figura 19, los extremos inclinados del paso, las placas extremas esculpidas 640, y las clavijas 642 del eje. Los componentes del conjunto de la tira incluyen: las cintas fotovoltaicas 650; el cable plano de ramificación 652; el módulo 660 del circuito electrónico que incorpora los conductores 662, el microprocesador 664, y los contactos eléctricos 666 del eje; y el conjunto de accionamiento de la inclinación, comprendiendo el soporte 672 de resorte, el motor con engranajes 674 de la inclinación, y la rueda 676 de inclinación.

El conjunto del colgador, un par del cual en forma de pivote monta al conjunto de la tira en los últimos dos extremos, comprende: la ménsula de soporte 682, teniendo el receptáculo 684 del eje, las ranuras 686 de la banda y los ojales 688 del cable; la banda que retiene la forma 690, teniendo los recortes 692; y las cuñas 696 del anclaje de la banda.

La Figura 22 muestra tres vistas de un conjunto que consiste de cuatro tiras adyacentes y los conjuntos del colgador que los conectan, donde las bandas del colgador 690 están en su posición relajada, levemente exterior doblado. Ya que las bandas se desvían lejos de las ruedas 696 inclinadas, las ruedas no pueden obtener la tracción excepto cuando las tiras están directamente de cara ascendente. Por lo tanto, las tiras alinean automáticamente de cara ascendente.

La Figura 23 muestra dos vistas del conjunto mostrado en la Figura 22 en las cuales la tensión aplicada a las bandas 690 tira de ellas enseñadas, tales que las ruedas 676 de la inclinación las acoplan sin importar de las inclinaciones de sus tiras, y las ruedas de inclinación pueden accionar sus tiras respectivas a cualquier ángulo de inclinación. En la Figura, todas las cuatro tiras están directamente a la derecha, con sus ejes normales alineados con el eje normal del arreglo.

Las Figuras 24 y 25 muestran secciones transversales a través de la parte superior de la modalidad. La Figura 24 muestra al sistema concentrador desplegado en su modo de captura de energía, y la Figura 25 muestra el concentrador en su posición retirada. En ambas Figuras, el plano de sección está sobre el plano medio de la ventana. Características del sistema concentrador marcadas en estas secciones transversales están > descritas en distintas Figuras, tales como la Figura 26, descrita más abajo. Las características del recinto incluyen los paneles paralelos del cristal 782, el componente de armazón 776 superior, con su canal 778 superior proporcionando una trayectoria para los alambres, y el componente 790 del bastidor lateral.

La Figura 26 muestra el sistema concentrador retráctil revelado ocultando el bastidor y el cristal del exterior de la ventana, donde está el sistema en un estado de retracción parcial. La vista principal del sistema es suplementada por cuatro vistas en detalle. El mecanismo de retracción usa un solo bucle continuo del cable 722 para desplegar y retraer el arreglo de tiras, donde las operaciones del cable a lo largo de los lados y parte superior del sistema, están guiados por las cuatro poleas 730 del fondo las cuatro poleas 734 de la cruz y las cuatro poleas 738 dé la esquina, y son movidos por el mecanismo de accionamiento ampliado en la vista en detalle en la parte izquierda superior de la Figura.

El mecanismo de accionamiento, que funciona para mover el cable en cualquier dirección y para mantener su tensión incluso durante cuando se estira levemente con el tiempo, comprende dos conjuntos: un conjunto de accionamiento que se monta rígido en el componente superior del marco de ventana 776, (visto en la sección transversal en las Figuras 24 y 25) y un conjunto de la polea que se monta de forma deslizable en el componente. El conjunto de accionamiento comprende el bloque de arrastre 744, el carrete 748 de ranura doble montado rotativo en un husillo integral al bloque, el motor con engranajes 746 que controla la rotación del carrete. El conjunto de la polea comprende el bloque 752 de la polea, el carrete 754 de la ranura doble montado rotativo en un husillo integral al bloque de la polea, y el resorte 756 montado en un procedimiento en el bloque y compresivamente cargado contra la unidad de bloque 744. El cable 722 hace dos circuitos a través del mecanismo de accionamiento, en cada paso que pasa por el primer carrete, envolviendo cerca de 220 grados alrededor del segundo carrete, cruzando de nuevo al primer carrete y envolviendo cerca de 220 grados alrededor de él entonces pasa de nuevo por el segundo carrete. La extensión del cable que entra al mecanismo desde la izquierda frontal como se ve en la Figura acopla las ranuras de los carretes y sale a la derecha de la parte dorsal, y la extensión que entra desde la derecha frontal acopla las ranuras superiores de los carretes y sale a la izquierda de la parte dorsal .

El cable 722 tiene ocho extensiones que operan entre las poleas 730 del fondo y las poleas 734 o 738 superiores, y estas pueden dividirse en las cuatro extensiones exteriores situadas apenas más allá de los bordes de las bandas plegadas 692 y las cuatro extensiones interiores que el hilo de los ojales 688 en los soportes de suspensión 682. Cuatro nodos tipo perla 724 son fijados al cable en cada uno de los cuatro puntos a lo largo de las extensiones interiores en la misma altura, y el par de soportes de suspensión que montan la tira más en el fondo son asegurados cada uno a dos de estos nodos vía sus ojales respectivos . El encaminamiento del cable es tal que cuando el cable se mueve bajo influencia del mecanismo de accionamiento, los nodos que pertenecen a las cuatro extensiones interiores se mueven en unísono en la misma dirección, y mantienen la misma altura, de tal modo asegurando que los cuatro puntos que mantienen el par más en el fondo de soportes de suspensión permanecen paralelos y perpendiculares a las paredes verticales de la ventana.

Para desplegar el concentrador, el carrete 748 de accionamiento gira a la derecha como se ve en la Figura 26, causando que los cuatro nodos 624 y el par colgador más en el fondo sea asegurado al mismo para descender. Conforme el colgador alcanza su posición desplegada, las bandas 690 del colgador, aseguran la separación igual de las tiras, y proporcionan las superficies sobre las cuales las ruedas 676 de inclinación de las tiras puedan ganar tracción. Para retraer el concentrador, el carrete 748 de accionamiento gira en una dirección a la izquierda, causando los cuatro nodos y el par de colgadores más en el fondo que asciendan. Conforme las bandas del colgador se relajan, se curvan hacia el exterior, haciendo las ruedas de inclinación de la tira liberen tracción y las tiras de tal modo asumen una posición de cara ascendente que les permite apilar de forma compacta cuando asciende la tira más en el fondo.

Con referencia a las Figuras 24 a 26, un módulo 762 del circuito electrónico montado en el componente 776 superior del marco de ventana contiene un microprocesador y un dispositivo de comunicación inalámbrico que permite que los modos del panel sean controlados vía una unidad de control remoto portátil . El módulo se equipa con el cable eléctrico 764 para enviar y recibir potencia y datos de un sistema eléctrico externo, un alambre 766 suministra energía al motor de accionamiento del retractor, y un par de cables eléctricos que ligan a los conectadores eléctricos en el par de cables eléctricos 768 que hacen tapón en los conectores 706 en el par superior de los soportes de suspensión 702 para proporcionar conectividad eléctrica a los conjuntos de tiras. Los conductores alojados en los soportes de suspensión 702 y 682 y en las bandas 690 de colgador proporcionan trayectorias conductoras de los conectores 706 a cada uno de los contactos eléctricos 666 del eje del conjunto de la tira, y de tal modo proporcionan circuitos entre el módulo del circuito electrónico y los sistemas eléctricos de las tiras. Estos circuitos son paralelos, posibilitando dos trayectorias conductoras que atraviesan los soportes de suspensión y las bandas dichos en cada lado del conjunto concentrador para servir todas las tiras, y sumando la corriente eléctrica suministrada por las tiras cuando funcionan en su modo recolector de energía. Estos circuitos también proporcionan un voltaje constante para dar energía al circuito electrónico de las tiras cuando ellas están en distintos modos. Las mismas trayectorias conductoras son utilizadas para la comunicación de dos vías entre el módulo 762 del circuito electrónico y los microcontroladores 664 de las tiras, usando señales digitales codificadas que son superpuestas y no interfieren con el suministro de potencia análoga.

Cuando el arreglo del concentrador está en su modo recolector de energía, las tiras rastrean individualmente el movimiento del sol, cada uno que ajusta su ángulo de inclinación para llevar su eje normal en la alineación con la dirección de la luz. El controlador de inclinación del conjunto de la tira puede realizar esta función autónoma, o puede ser así con la entrada del controlador del panel . Por ejemplo, el controlador de la inclinación pudo consultar el controlador del panel para su estimación de la posición angular actual del sol, mover la tira a las coincidencias que el ángulo, y entonces mide repetidamente las salidas relativas de los receptores en las dos caras laterales que mira la tira y gira la tira a la pequeña cantidad en la dirección que mueve el lado con la salida más grande más cercano al sol.

Ejemplos del Reflector de Dos Ejes: Figuras 27 y 28 La Figura 27 muestra una modalidad de la invención en la cual el reflector tiene simetría rotacional de seis múltiplos y un perfil circular. Figura 27A es una vista desde la dirección del eje óptico del reflector, y la Figura 27B es una sección transversal a través de un plano de simetría reflejante del reflector que contiene dos de los seis puntos focales del reflector.

El reflector 800 representado en Figura 27 tiene seis secciones idénticas, cada uno que ocupa de una cuña de 60 grados y cada uno tiene dos espejos paraboloides y una celda fotovoltaica situada en un tubo vertical que monta los puntos focales a horcajadas coincidentes de los dos espejos paraboloides en la sección opuesta del reflector. En la Figura 1, las seis secciones tienen, respectivamente, las grandes caras paraboloides reflejadas 821, 822, 823, 824, 825, y 826; las pequeñas caras paraboloides reflejadas 831, 832, 833, 834, 835, y 836; y los receptores 841, 842, 843, 844, 845, y 846.

Cada receptor es alojado en un tubo vertical 802 que interviene entre un gran espejo parabólico y un pequeño espejo paraboloide. El receptor es alojado en la primero de las tres facetas del tubo vertical que las caras de la sección opuesta del reflector, y montan el punto focal común de los dos espejos en esa sección. Así, por ejemplo, la celda 844 monta el punto focal 854, y es situada para absorber la luz reflejada de ambos de los pequeños espejos 831 y el espejo grande 821 en la sección opuesta del reflector de seis múltiplos.

Las líneas de puntos 862 y 864 muestran cómo dos rayos de luz incidente, cada uno que acerca al reflector paralelo su eje óptico, son reflejados. El rayo de luz 862 es reflejado por la cara 831 paraboloide para aterrizar en el receptor 844, y el rayo de luz 864 es reflejado por la cara 821 paraboloide para aterrizar en el receptor 844.

La Figura 28 muestra el efecto de variar el parámetro del diseño que determina el posicionamiento de tubos verticales coincidentes en foco entre el vértice del reflector y sus bordes en una modalidad del reflector que tiene un perfil circular como se ve de la dirección de su eje óptico y simetría rotacional cuádruple. Este parámetro del diseño es el mismo que ése que determina la colocación del tubo vertical descrito referente a la Figura 5, en este caso aplicado a un reflector con los espejos paraboloides. La Figura muestra tres reflectores etiquetados A, B, y C, como dos vistas de cada uno: una vista trimétrica en la izquierda y una vista de sección transversal en la derecha. El círculo discontinuo 42 superpuesto en cada vista en sección transversal muestra el perfil aproximado de la holgura requerido por los bordes de los reflectores conforme el reflector es pivotado sobre su centroide de los puntos exteriores del borde del reflector.

La Figura 28 también muestra algunas de las entidades geométricas mostradas en Figura 4 que describen la generación de la forma del reflector. Las vistas en sección transversal muestra las parábolas inferior y superior 80 y 90 que generan las superficies paraboloides. El eje 78, correspondiente al eje Y en la Figura 4A y que contiene el foco compartido 68 y los vértices 81 y 91 de las parábolas 80 y 90, es también el eje de revolución de los paraboloides generados por ellos.

Al igual que el caso con los reflectores de un eje examinados en la Figura 5, los ejemplos más deseables de la forma simple de reflectores paraboloides mostrados en la Figura 28 posiciona los tubos verticales a una distancia intermedia entre los bordes superiores y el vértice inferior del reflector, con la caja B siendo preferible a las cajas A y C. La caja B en la Figura 28 es ventajosa para el mismo conjunto de razones que las cajas B y E en la Figura 5. Comparada la caja A, la caja B proporciona más espacio detrás de los puntos focales 68 para el montaje de electrónicos y equipo que maneja calor asociado con los receptores. A diferencia de la caja C, la caja B encaja el reflector enteramente dentro del perfil esférico de la holgura indicado por el círculo discontinuo 42, siendo posible que sea pivotado sobre el centroide de su borde superior en un intervalo de movimiento sin restricción dentro de un arreglo denso empaquetado. Comparado con las cajas A y C, la caja B proporciona un ángulo de incidencia promedio más pequeño sobre sus receptores .

Reflector Cuádruple con Perfil Adecuado para Arreglos de Empaque Cerrado La Figuras 29 y 30 muestran una modalidad de la invención en la cual el reflector tenga dos simetrías reflejantes y un perfil operativo de la holgura diseñado para el uso en arreglos de reflectores empaquetados-cerrados, cada tal reflector se deja mover independientemente. La Figura 29 muestra el reflector y su soporte asociado y el aparato de posicionamiento angular 900, donde el movimiento más tardío de los efectos del reflector cerca de dos ejes de giro perpendiculares que se cruzan en el centroide del borde superior del reflector. La Figura 30 muestra vistas y secciones del reflector, donde Figura 20A es una vista isométrica del reflector, la Figura 30B es una vista descendente de su eje óptico y las Figuras 30C a E son secciones transversales indicadas en la Figura 30B.

El reflector 910 tiene cuatro secciones las cuales son idénticas a, o imágenes de espejo de, una de otra, cada sección ocupando uno de los cuatro cuadrantes divididos por las líneas de corte C y E en la Figura 30B. Cada cuadrante tiene un conjunto de espejos paraboloides que comparte un eje óptico y un foco coincidente 912 situados en un tubo vertical 932 en el opuesto, que mira el lado del reflector. Solamente los espejos y el receptor parabólicos en el cuadrante superior derecho como es visto en la Figura 30B son etiquetados, y solamente porciones del tubo vertical en el cuadrante izquierdo inferior son etiquetadas. Los dos paraboloides más grandes 922 y 925 son separados por una extensión del tubo vertical 932 que contiene el receptor 960, y cinco distintos paraboloides separados por extensiones más bajas del tubo vertical. A fin de disminuir la escala e incrementar la altura, los paraboloides son 922, 923, 924, 925, 926, 927, y 928. Cuando se ve bajo el eje normal del reflector como en la Figura 30B, los espejos parabólicos cubren enteramente el perfil del reflector, donde el tubo vertical 932 que separa los espejos, son paralelo al eje, aparece como un conjunto de líneas y arcos .

Las formas de limitación de las caras parabólicas y los factores de escala parabólicos que definen sus formas tridimensionales se selección para satisfacer una variedad de objetivos que incluyen: proporcionar tubos verticales en posiciones y con dimensiones adecuadas para montar los receptores; proporcionar trayectorias sin obstáculo para la luz de las caras parabólicas a los receptores; y ajustar el reflector completo dentro de un perfil deseado de la holgura.

La forma del reflector mostrado en las Figuras 29 y 30 fueron diseñados para encajar en el perfil de la holgura requerido por módulos usando el medio de posicionamiento de dos ejes angulares descrito en la patente provisional de E.U.A. 61/200,835. Ese documento describe una familia de un parámetro de formas planas que, cuando está montado para la rotación con dos ejes usando medios de posicionamiento angulares, las trazas fuera de una forma tridimensional cuya proyección sobre el plano X-Y permanece enteramente dentro de la forma plana original. Los reflectores tipo disco poco profundo cuyo perfil X-Y se aproxima de cerca de tal forma, y cuyo reborde se desvía solamente levemente del plano paralelo al plano X-Y que contiene el centroide angular de la rotación del posicionador, pueden ser empaquetados en arreglos densos tales que los reflectores vecinos no pueden chocar sin importar cómo se mueven en su respectivo montaje.

Arreglos de Geometría Fija: Figuras 31 y 32 Las Figuras 31 y 32 muestran modalidades de la invención de la en las cuales el reflector está compuesto de una arreglo de celdas idénticas en relación fija de uno con otro, donde cada celda tiene las características esenciales de la geometría óptica de la invención. La Figura 31A muestra una vista trimétrica de un reflector que consiste de nueve celdas, cada una de las cuales tiene ocho espejos parabólicos y cuatro receptores en una configuración que tiene simetría rotacional cuádruple y cuatro planos de simetría reflejante, y la Figura 3 IB muestra un par del conjunto receptor eliminado del arreglo. La Figura 32 muestra una vista isométrica de un reflector que consiste de dieciséis celdas, cada una de las cuales tiene doce espejos paraboloides y seis receptores en una configuración que tiene simetría rotacional de seis múltiplos y seis planos de simetría reflejante. En cada una de las Figuras solamente un espejo representativo de los dos tipos de la modalidad respectiva de espejos es etiquetado .

En la modalidad mostrada en la Figura 31, el cuerpo reflector 1010 abarca el arreglo fijo de nueve celdas. Cada una de las cuatro secciones de cada celda hace dos espejos paraboloides, el espejo 1022 superior y el espejo inferior 1024 separados por el tubo vertical 1032, donde está perforado el tubo vertical por un agujero rectangular llenado por la celda fotovoltaica 1060 de un conjunto receptor. Las porciones de distintos de tales conjuntos receptores 1062 son visibles en los lados que miran del arreglo, y un par de dos de tales conjuntos, tales se encuentran en el interior del arreglo, son mostrados en Figura 3 IB. Una cavidad cilindrica en el cuerpo del conjunto receptor permite el paso de los alambres 1068 de las celdas fotovoltaicas, y las aletas 1064 en el cuerpo facilitan la disipación del calor.

En la modalidad mostrada en la Figura 32, las extensiones del cuerpo reflector 1110 el arreglo fija dieciséis celdas. Cada una de las seis secciones de cada celda tiene dos espejos paraboloides, el espejo 1122 superior y el espejo inferior 1124 separados por el tubo vertical 1132, donde está perforado el tubo vertical por un agujero rectangular llenado por la celda fotovoltaica de un conjunto receptor como el descrito referente a la Figura 31. Esta modalidad tiene la ventaja sobre la previa que el ángulo medio de la incidencia de la luz en los receptores es más pequeño, mientras que la modalidad anterior tiene la ventaja que el reflector cubre exactamente una región rectangular y por lo tanto llenan la abertura de un recinto rectangular.

Reflector que Tiene Area Superficial Reducida: FIGURA 33 La Figura 33 muestra el reflector de una modalidad de la invención en la cual la extensión de tubos verticales ha sido reducida sustituyendo con los espejos paraboloides aquellas caras del tubo vertical que no tenían receptores. La Figura 33A muestra una vista isométrica del reflector, y de la Figura 33B muestra una vista inferior del eje normal del reflector. El reflector tiene simetría rotacional de seis-veces sobre el eje 1220 en el que cada una de las seis secciones idénticas tiene un plano de la simetría reflejante. En la Figura 33, los espejos y el tubo vertical de solamente una de tal sección están etiquetados.

Como las modalidades antes descritas, el reflector tiene un espejo paraboloide más grande 1224 debajo del tubo vertical 1232 y un espejo parabólico más pequeño 1222 sobre el tubo vertical, donde ambos espejos comparten el punto focal 1212 situado en el tubo vertical de la sección opuesta del reflector. A diferencia de las modalidades descritas antes, el reflector presente tiene los espejos paraboloides 1226 y 1228, que tienen los puntos focales 1216 y 1218, respectivamente, dichos puntos focales están en las secciones reflectoras a cualquier lado de la sección inmediatamente opuesta la sección que tiene aquellos espejos. Así, mientras que los espejos parabólicos 1222 y 1224 comparten el eje de revolución 1202, los espejos 1226 y 1228 del parabólicos tienen los ejes de revolución 1206 y 1208, respectivamente.

La Figura 33A también muestra la parábola 1246 cuya rotación cerca del eje 1206 genera la parabólica a la cual el espejo 1226 pertenece, donde los puntos 1245 y 1247 unidos a la porción de dicha parábola que barren la porción más pequeña de la parabólica que cubre dicho espejo. La Figura 33B también muestra las trayectorias de rayos de luz representativos reflejados por cada uno de los espejos etiquetados como líneas de guiones.

Comparado con las modalidades previamente descritas similares, el reflector mostrado en la Figura 33 requiere tener menos área superficial y por lo tanto requiere menos material, y tiene tubos verticales más pequeños y por lo tanto ángulos diedros agudos más pequeños entre los tubos verticales y los espejos. Consecuentemente esta modalidad potencialmente da una economía más grande del material de tipo de fabricación. Esto lo hace así a expensas de ángulos promedios levemente más altos de la incidencia en los receptores debido a la relación angular entre los espejos 1226 y 1228 y los receptores a los cuales ellos dirigen la luz .

Los especialistas en la técnica serán capaces de prever muchas modificaciones para las modalidades descritas. Por ejemplo, el reflector mostrado en la Figura 33 se podrían modifica para tener simetría rotacional de ocho múltiplos, y los espejos que flanquean los tubos verticales 1232 en cada una de las ocho secciones del reflector podrían tener puntos focales situados en la segunda en vez de las primeras secciones a cualquier lado de la sección directamente opuesta. Los espejos 1222 paraboloides superiores pueden ser eliminados. El reflector podría ser simplificado además eliminando todo excepto los espejos más grandes paraboloides 1224, con los receptores resaltando sobre estos espejos, pero tal modificación reduciría la eficacia de la abertura del reflector.

CONCLUSIÓN, RAMIFICACIONES, Y ALCANCE DE LA INVENCIÓN Aunque la descripción antedicha contiene numerosos elementos específicos, éstos no deben ser interpretados como limitaciones en el alcance de la invención, sino más bien como ejemplos de distintas modalidades de ello. Muchas otras variaciones son posibles. Por consiguiente, el alcance de la invención se debe determinar no por las modalidades ilustradas sino por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes legales.

Claims (16)

REIVINDICACIONES Lo que se reivindica es:

1. Un método para la concentración de energía radiante direccional al usar óptica reflejante y receptores que convierten esa energía, en donde la mejora comprende que los receptores estén ubicados en el cuerpo de un reflector sobre los tubos verticales paralelos a la dirección de la energía radiante, cada uno de dicho tubo vertical está unido por al menos un espejo parabólico que se encuentra más cercano y otro que se encuentra más alejado de la fuente de energía, donde el foco o focos de los espejos se encuentra sustancialmente en la dirección encarada por el receptor situado en el tubo vertical .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 en donde los espejos son porciones de cilindros parabólicos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 en donde los espejos son porciones de paraboloides de revolución sencillos .

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 en donde los espejos son porciones de superficies parabólicas de revolución, al menos uno de cuyos ejes de parábola está compensado desde su eje de revolución.

5. El reflector de conformidad con la reivindicación 1, cuyos receptores comprenden celdas fotovoltaicas .

6. El reflector de conformidad con la reivindicación 1, cuyos receptores están equipados con medios para transferencia de calor a través de la circulación de fluidos .

7. Un arreglo retráctil de concentración de elementos fotovoltaicos en donde los elementos están individualmente equipados para rastrear el movimiento del sol .

8. El arreglo retráctil de conformidad con la reivindicación 7, en el cual los elementos emplean reflectores alargados que comprenden espejos cilindricos parabólicos y tubos verticales situados entre los pares de tales espejos donde las líneas focales de los espejos se encuentran sobre o cerca del eje largo de los tubos verticales.

9. Una concentración del panel fotovoltaico que comprende una serie de miembros concentradores alargados, cada uno de los cuales está equipado con receptores que convierten energía y montados con inclinación en su eje respectivo, en donde la mejora comprende que cada uno de los miembros comprende un reflector que tiene un perfil en forma de "V" cuyo ancho es aproximadamente la mitad de su profundidad, y el cual enfoca la luz desde un lado encima de los receptores situados en el lado opuesto y viceversa, en donde los receptores están situados entre espejos cilindricos parabólicos adyacentes.

10. Un reflector en donde los receptores están situados en el cuerpo del mismo sobre tubos verticales paralelos a la dirección de la energía radiante, cada uno de los tubos verticales se une por al menos un espejo parabólico que está más cercano y otro que está más alejado de la fuente de energía, donde el foco o focos de los espejos se encuentra sustancialmente en la dirección de cara al receptor situado en el tubo vertical .

11. El reflector de conformidad con la reivindicación 10 en el cual los espejos son porciones de cilindros parabólicos .

12. El reflector de conformidad con la reivindicación 10 en el cual los espejos son porciones de paraboloides de revolución sencillos.

13. El reflector de conformidad con la reivindicación 10, en el cual los espejos son porciones de superficies parabólicas de revolución al menos uno de cuyo eje de parábola está compensado desde su eje de revolución.

14. Un reflector que enfoca la luz paralela a su eje óptico en una pluralidad de puntos localizados en o próximos a la superficie del reflector, la superficie que comprende : un conjunto de caras reflejantes cada una de las cuales tiene la forma de una porción de una parabólica de revolución cuyo punto focal coincide con uno de los puntos y cuyo eje óptico es paralelo a aquel del reflector; y un conjunto de receptores tales como celdas fotovoltaicas o sensores de imágenes que se montan sobre los puntos.

15. El reflector de conformidad con la reivindicación 14, cuyas caras reflejantes cubren y ocultan sus receptores, como se observa desde la dirección normal del reflector .

16. El reflector de conformidad con la reivindicación 14, que forma cada celda de un arreglo fijo que hace un tejado de un área más grande en un patrón cuadrado o hexagonal .