PT1295068E - Concepção de um separador e de um receptor de concentrador solar - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"CONCEPÇÃO DE DM SEPARADOR E DE UM RECEPTOR DE CONCENTRADOR SOLAR" A presente invenção refere-se de um modo geral a um concentrador solar que apresenta um separador entre um reflector primário e um receptor solar. Em particular, a invenção refere-se a um concentrador solar com um posicionamento optimizado de um receptor (colector) em relação a um reflector primário e um sulco próximo ou cavidade no perfil do reflector primário. A necessidade de conceber uma nova geração de concentradores de imagens solares teve um interesse renovado do designado "problema do separador" - ou seja, como são concebidos os concentradores não ideais nos quais o reflector tem de albergar um espaço ou um separador em torno do absorvente para fazer o isolamento térmico ou por razões de ordem mecânica. Isto tem sempre tido um grande significado prático. Este assunto tem já quase 20 anos, e alguns dos primeiros desenvolvimentos apresentam desvantagens significativas.

As concepções de concentradores solares sem formação de imagens de acordo com as técnicas anteriores necessitavam habitualmente que o reflector e o absorvente se tocassem. A razão para que isto aconteça é relevante e vale a pena ser contada de novo. Estas concepções obrigavam o desvio de entrada e de saida a corresponderem-se com exactidão através do uso cuidadoso de reflectores. O argumento é o seguinte: O desvio pode ser expresso em termos de comprimentos do trilho óptico ao longo de raios de ângulo 2 máximo (os "raios da orla") tanto na entrada como na saida do concentrador. Os raios de saida são, por seu lado, incidentes sobre o absorvente. Este relacionamento é muito geral e recorre ao uso do Integral de Hilbert, um conceito originário do cálculo de variações e adaptado à óptica. 0 requisito de correspondência do desvio é satisfeito quando se garante que os comprimentos dos trilhos ópticos dos raios das orlas extremas, que se encontram nas extremidades da entrada e da saida, são os mesmos. Isto é conseguido por intermédio de segmentos simétricos tanto na entrada como na saida os quais bissectam os ângulos entre as orlas dos raios das extremidades. Um raio de extremidade é reflectido no outro, obrigando-o a repetir o mesmo trilho óptico. Deste modo a igualdade dos trilhos ópticos é posta em prática tornando os trilhos idênticos. Esta metodologia requer segmentos simétricos contíguos com entradas e com saídas e em particular que tocam no absorvente. No entanto, as considerações de ordem prática ditaram um separador entre o absorvente e o reflector. 0 resultado do teorema do Integral de Hilbert determinava que a interposição do separador teria como resultado uma perda do rendimento óptico, da perda de concentração ou de ambos.

Para os concentradores solares térmicos, um espaço físico ou "separador" são necessários entre o absorvente quente e reflector de modo a isolar o absorvente com um espaço de vácuo ou com ar, ou simplesmente para que sejam causados danos ao reflector. Esta necessidade prática de um separador levou a muitas tentativas para modificar a concepção com o objectivo de reduzir ou eliminar a perda potencial de radiações através do separador ao mesmo tempo que mantém a concentração perto do valor máximo. Foi dado um passo importante com o desenvolvimento de uma cavidade 3 em forma de W sem perdas (ver, por exemplo, a patente US-A-4 419 984) com o separador (g) de até (g + r) = 72 r, em que r é o raio do absorvente cilíndrico. Isto proporciona uma prova da existência de uma solução sem perdas mas, como é lógico, desiste da concentração da luz. Foi então descoberta uma micro estrutura que redirecciona todas as radiações no exterior da substância angular do absorvente para o interior do absorvente. Isto progrediu até ao caso em que g = r, em que o desvio exterior corresponde ao desvio entendido pelo receptor. Este caso limitativo é simples: para g = r o ângulo entendido pelo absorvente na parede da cavidade é de 60°. O desvio entendido pelo absorvente é de (até valores constantes) 2 sen 30° enquanto que o desvio externo é de (até valores constantes) 2 (1 -sen 30°). Estes valores são iguais. Como é lógico, continua-se a abdicar de alguma concentração pois os requisitos de que todas as radiações no exterior da substância angular do absorvente são certamente suficientes, mas são mais do que necessárias. Algumas porções do desvio exterior encontram-se vazias porque as os raios de luz do céu não as vão atingir. No entanto esta solução é prática pois todos os elementos da micro estrutura são idênticos. As estruturas apresentam uma forma de V e são concebidas pelo processo das imagens convencionais. Em termos gerais, o limite do separador é de g = r e os micro sulcos apresentam um ângulo de abertura de 120°. As formas de realização prática requerem habitualmente somente de um único V (ver, por exemplo, a patente US-A-4 387 961) o qual funciona perfeitamente com até g = 0,27 r e bastante bem para separadores de dimensões ainda maiores. No entanto, o requisito de uma perda óptica de zero é indevidamente restritiva pois tem como resultado uma perda significativa de concentração. Várias técnicas de 4 concepção permitem, de um modo opcional, manter a concentração máxima ao mesmo tempo que aceitam as perdas ópticas, eliminando as perdas ópticas à custa da concentração ou de um certo compromisso entre estes dois extremos. É mesmo possivel conceber um absorvente virtual que é maior do que o absorvente fisico (ver, por exemplo, a patente US-A-4 230 095), produzindo deste modo uma concentração maior do que a ideal. Como é óbvio, isto é feito às custas do rendimento óptico à medida que as radiações saem através do separador. Isto tornou-se conhecido como sendo a concepção do "cone de gelado", designação que provem do seu formato sugestivo. O que é necessário é uma técnica que optimize a relação entre a perda óptica e a concentração. Esta relação deverá ainda tomar em linha de conta os pontos de vista económico e de capacidade de fabrico. É, deste modo, um objecto da presente invenção proporcionar uma concepção de concentrador solar melhorado.

Um outro objecto da presente invenção é proporcionar uma concepção de um separador de concentrador solar inovador. É ainda um outro objecto da invenção proporcionar um concentrador solar melhorado tendo um relacionamento espacial particular entre um reflector primário, uma porção de entalhe em forma de V ligada e um receptor solar. É ainda um outro objecto da presente invenção proporcionar um novo concentrador solar com uma posição de espaço real do receptor definida através da formação de uma imagem simétrica com base numa tangente a uma superfície virtual do receptor, sendo a linha tangente definida através da ligação de dois pontos (numa estrutura a duas dimensões) 5 para estabelecer a extremidade do reflector primário e o inicio do entalhe em forma de V. É ainda um objecto adicional da presente invenção proporcionar um concentrador solar melhorado possuindo uma posição do receptor definida por uma imagem simétrica de um receptor virtual ao longo de uma orla (ou de um plano se em três dimensões) de um entalhe em forma de V e uma tangente relativamente ao receptor vertical.

Outros objectos e vantagens da presente invenção serão notórios a partir da presente descrição e dos desenhos descritos.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO A figura ilustra em corte transversal de duas dimensões o posicionamento de um receptor virtual em relação a um receptor solar efectivo.

Um concentrador solar com um separador elaborado em conformidade com a presente invenção encontra-se ilustrado de um modo geral na figura e está indicado de um modo geral em 10. O concentrador solar 10 é mostrado somente como tendo uma secção em corte transversal a duas dimensões, mas é entendido que se prolonga na direcção transversal formando uma unidade a três dimensões que pode ser usada na prática. O concentrador solar 10 inclui um reflector primário 20 que, na forma de realização mais preferencial, compreende uma contorno de superfície moldado destinado a optimizar a eficácia da recolha de luz. Ver, por exemplo o documento USPN 5 586 013 direccionado para o reflector moldado para que se consiga obter uma finalidade desejada. 6

Ligado ao reflector primário 20 encontra-se um entalhe em forma de V 30 tendo um contorno de superfície caracteristico de preferência moldado da forma descrita anteriormente. De um modo adicional, o próprio entalhe em forma de V 30 pode ser também moldado de modo a optimizar a sua eficácia no processamento da luz de modo a beneficiar o concentrador solar 10.

Como foi anteriormente descrito, é útil posicionar cuidadosamente o local de um receptor de luz 35 em relação a um separador 38 de modo a optimizar ainda mais a eficácia de funcionamento. Em particular, na vista em corte transversal a duas dimensões da figura, a posição do receptor de luz 35 é estabelecida formando uma linha tangente 40 definida por pontos 50 e 60 que têm lugar como a descontinuidade entre as curvaturas de superfície do reflector primário 20 e o entalhe 30 em forma de V. Em três dimensões é formado um plano entre duas linhas que são estabelecidas pelas descontinuidades de contorno de superfície entre o reflector primário 20 e o entalhe em forma de V 30. Para os propósitos da explicação vamos prosseguir com a forma de realização a duas dimensões da figura, partindo do princípio que esta se estende para o sistema de três dimensões aquando do seu uso comercial. Na geometria a duas dimensões do exemplo da figura, é estabelecido um ponto tangente 80 na imagem virtual 90 do receptor de luz 35. A imagem virtual 90 resultante é reflectida ao longo do contorno de superfície de qualquer um dos planos 100 ou 102 do entalhe em forma de V 30. Deste modo, o receptor 35 encontra-se também igualmente disposto ao longo da linha de imagem simétrica 110 (áreas iguais à esquerda e à direita da linha 110) . A configuração resultante do receptor 35, o reflector primário 20 e o 7 entalhe em forma de V 30 cooperam de modo a optimizarem a eficácia ao mesmo tempo que mantêm o separador necessário no concentrador solar 10.

Mais caracteristicas e vantagens da presente invenção podem ser apreciadas fazendo referência às reivindicações que se seguem. Muito embora tenham sido descritas formas de realização preferenciais, é óbvio para os que detenham conhecimentos comuns da técnica que podem ser feitas alterações e modificações sem que se saia do âmbito da invenção ao seu aspecto mais global, de acordo com o definido nas reivindicações.

Lisboa 16 de

Abril de 2007

Claims (5)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um concentrador solar (10) que compreende: um reflector primário (20) com um contorno de superfície; uma porção de entalhe em forma de V (30) ligada ao referido reflector primário (20) com uma primeira linha de descontinuidade e com uma segunda linha de descontinuidade estabelecida entre o referido contorno de superfície do reflector primário e a referida porção de entalhe em forma de V (30); e um receptor (35) disposto numa posição simétrica ao longo de um plano (100 ou 102) definindo a referida porção em forma de V (30) em relação a uma imagem de receptor virtual (90) tendo uma tangente ao mesmo, caracterizado por a tangente ser definida por um plano que inclui a primeira linha de descontinuidade e a segunda linha de descontinuidade e o receptor (35) se encontra disposto acima da tangente em relação à imagem do receptor virtual (90) .

2. O concentrador solar (10) de acordo com o definido na Reivindicação 1, em que a imagem do receptor virtual (90) inclui uma imagem de qualquer um dos lados da referida porção de entalhe em forma de V (30) .

3. O concentrador solar (10) de acordo com o definido na Reivindicação 2, em que o referido receptor (35) se encontra disposto de um modo simétrico em relação à referida porção de entalhe em forma de V 30.

4. O concentrador solar (10) de acordo com o definido na Reivindicação 1, em que o referido reflector primário (20) 2 compreende um contorno de superfície moldado que não forma imagens.

5. 0 concentrador solar (10) de acordo com o definido na Reivindicação 1, em que a referida porção em forma de entalhe V (30) compreende um contorno de superfície moldado que não forma imagens. Lisboa, 16 de Abril de 2007