PT2992273T - Conjunto ótico com alto nível de eficiência para armazenamento e utilização de energia de uma fonte solar - Google Patents

Conjunto ótico com alto nível de eficiência para armazenamento e utilização de energia de uma fonte solar Download PDF

Info

Publication number
PT2992273T
PT2992273T PT147310353T PT14731035T PT2992273T PT 2992273 T PT2992273 T PT 2992273T PT 147310353 T PT147310353 T PT 147310353T PT 14731035 T PT14731035 T PT 14731035T PT 2992273 T PT2992273 T PT 2992273T
Authority
PT
Portugal
Prior art keywords
primary
optical
focus
optical assembly
reflector elements
Prior art date
Application number
PT147310353T
Other languages
English (en)
Inventor
Magaldi Mario
Original Assignee
Magaldi Ind Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magaldi Ind Srl filed Critical Magaldi Ind Srl
Publication of PT2992273T publication Critical patent/PT2992273T/pt

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/79Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with spaced and opposed interacting reflective surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/002Arrays of reflective systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0038Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
    • G02B19/0042Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47Mountings or tracking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)
  • Telescopes (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

DESCRIÇÃO
CONJUNTO ÓTICO COM ALTO NÍVEL DE EFICIÊNCIA PARA ARMAZENAMENTO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA DE UMA FONTE SOLAR
Campo técnico da invenção A presente invenção refere-se a um sistema ótico secundário adequado para recolher a radiação solar recolhida (refletida) por um sistema ótico primário disposto no solo e dirigir (refletir) tal radiação solar para um recetor, também colocado no solo. Tal sistema de reflexão ótico secundário é então concebido para ser utilizado numa dita configuração "beam down", em que a radiação solar é concentrada do alto num recetor colocado mais baixo, tipicamente no solo. 0 sistema de invenção é particularmente adequado para ser utilizado em centrais para produzir energia térmica e/ou elétrica a partir da própria radiação solar (isto é na dita central "solar térmica" ou na "solar fotovoltaica").
Antecedentes
Nas centrais para gerar energia de origem solar, a técnica conhecida é utilizar helióstatos - e em particular um campo de espelhos de reflexão - para concentrar a radiação solar num determinado alvo, tipicamente um recetor colocado a uma altura que utiliza a energia térmica da fonte solar, isto é, aloja células de concentração fotovoltaica. Os helióstatos produzem a iluminação de uma grande ou pequena área - a dita "impressão" - perto do alvo. Num sistema ideal/teórico, tal área reduz a um ponto e corresponde ao foco do sistema de helióstatos.
Os sistemas conhecidos acabados de mencionar com recetor a uma altura têm dificuldades e complexidade associada de facto à instalação e manutenção em altura de um objeto pesado. Tais inconvenientes pioram após aumentar a potência da central para gerar energia, como, como se conhece, após aumentar tal potência, mesmo que a superfície ocupada pelo campo dos helióstatos e consequentemente a altura do foco relacionado e então a altura de posicionamento do recetor aumentam proporcionalmente.
Tais inconvenientes são superados numa configuração alternativa à que foi acabada de mencionar, também conhecida e tipicamente chamada "beam-down". Na última configuração utiliza-se um sistema ótico secundário associado ao campo de helióstatos primário. Instala-se o sistema ótico secundário em altura e reflete a radiação concentrada pelos helióstatos primários para um recetor posicionado no solo.
Em tal configuração, o foco primário é o ponto em que os raios concentrados pelos helióstatos em ausência do refletor secundário convergiriam, enquanto o foco secundário é o ponto em que os raios convergem após refletir no refletor secundário e corresponde, num sistema ideal/teórico, ao sítio em que se coloca o recetor. Num sistema real, até o foco secundário corresponde a uma área e não a um ponto, que está associado a uma "impressão". Geralmente, as centrais do tipo "beam-down" fornecem como sistema ótico secundário um único refletor na forma de semi-elipsoide ou folha de hiperboloide, às vezes implementado por meio de uma pluralidade de espelhos planos de pequenas dimensões dispostos adjacentes e para se aproximarem do grau de curvatura desejado.
Como já acima mencionado, as impressões luminosas produzidas pelos helióstatos ou pelo refletor secundário nunca são pontuais. Isto depende quer da divergência solar, enquanto os raios que vêm do sol não são paralelos, quer de erros na curvatura dos espelhos que implementam os refletores primários e secundários. Em particular, helióstatos de grandes dimensões, escolhidos com base em economias de escala, associados a refletores secundários curvos podem produzir alargamentos de impressão muito grandes no recetor em relação à dimensão da impressão obtenível num recetor colocado no foco primário, isto é em altura no topo de uma estrutura dedicada.
As Figuras 1 e 2 mostram esquematicamente um exemplo de configuração de "beam down" com refletor secundário com superfície de reflexão curva, em particular respetivamente superfície côncava e convexa. Em tais figuras, o refletor secundário é designado com S e M, respetivamente, um refletor primário exemplificativo com 0, o foco primário com Fl, o ponto ou área de reflexão no refletor secundário com P, o foco secundário com F2 e o recetor com R.
Quando o refletor secundário é curvo, introduz uma ampliação ótica da impressão correspondente ao foco primário Fl dos helióstatos 0, a qual ampliação está ligada à distância do ponto de reflexão P dos dois focos Fl e F2. Em particular, a dimensão da impressão dos raios concentrados por um único refletor primário é ampliada por uma quantidade proporcional à razão entre as distâncias P-F2 e P-Fl. A Figura 3 exemplifica a impressão correspondente ao foco secundário F2 em caso do refletor convexo da Figura 2. 0 alargamento da impressão luminosa concentrada obriga a aumentar a superfície do recetor R, aumentando assim as perdas térmicas, isto é a inserir um concentrador adicional C perto do foco secundário F2. Em particular, caso o recetor seja um meio para armazenar energia térmica aquecida pela radiação solar que penetra na cavidade, o aumento da impressão do foco secundário F2 requereria um aumento das dimensões da boca de entrada da própria cavidade. Por outro lado, a interposição de um concentrador adicional C entre a radiação refletida pelo espelho secundário M e o recetor R induz perdas óticas adicionais devido à refletividade não ideal de tal concentrador adicional.
Como dito, os refletores secundários curvos aproximam- se habitualmente com pequenos espelhos planos e isto introduz incerteza ainda maior sobre a precisão de sistema, causa potencial de alargamento (adicional) da impressão no recetor.
Uma solução possível aos problemas que derivam da escolha de superfícies curvas para o refletor secundário é representada pela utilização de superfícies planas, como mostrado nas Figuras 4 a 6. Contudo, até esta última escolha causa alguns problemas. Em relação à Figura 4, como conhecido um espelho plano T deve ser colocado à mesma distância dos dois focos FI e F2 para evitar um alargamento ótico da impressão concentrada. Em particular, para conseguir que todos os raios diretos em F1 convirjam para F2 o espelho plano deve ser posicionado à mesma distância de FI e F2 e inclinado para resultar ortogonal à linha de junção F1-F2. Como mostrado na Figura 4, o espelho plano T precisa de uma estrutura de suporte dedicada U, até para impedir que sombreie o recetor no solo R.
Também se sabe que a altura do foco primário F1 é proporcional à eficiência em concentrar a radiação e explorar o solo. Contudo, após aumentar a altura do foco primário Fl, as superfícies de reflexão necessárias no espelho plano e assim a capacidade de carga da estrutura de suporte relacionada aumentam. Além disso, um refletor secundário de grandes dimensões projetaria uma ampla sombra nos refletores primários. De facto, como exemplificado na Figura 5, com um campo de helióstatos 0 com plano circular um refletor secundário N paralelo ao solo - e considerando vertical o eixo F1-F2 - seria um disco muito grande, com raio igual à metade do campo de helióstatos. Como exemplificado na Figura 6, em caso de eixo inclinado F1-F2 o refletor plano, aqui também designado com T, em qualquer caso teria a área mais distante da linha de junção F1-F2 envolvida pelos fluxos solares consideravelmente superiores à média no próprio refletor, com riscos para a integridade mecânica (por exemplo devido a expansões térmicas diferenciadas ao longo da extensão da superfície de reflexão) .
Os documentos US 2010/0319678 Al, US 2011/0088246 AI e WO 2012/153264 A2 mostram conjuntos óticos conhecidos. Sumário da invenção O problema técnico colocado e resolvido pela presente invenção é então fornecer um conjunto ótico e um método relacionado que permitam obviar os inconvenientes acima mencionados com referência à técnica conhecida.
Tal problema é resolvido por um conjunto de acordo com a reivindicação 1, por uma central de acordo com a reivindicação 10 e por um método de acordo com a reivindicação 13.
Características preferidas da presente invenção são assunto das reivindicações dependentes. A presente invenção fornece um sistema ótico secundário, em particular um conjunto de espelhos, capaz de aumentar a eficiência em recolher a radiação solar concentrada por espelhos primários nas ditas configurações de central "beam-down". O conjunto inventivo permite altas eficiências produtivas da central em que se insere, baixos custos de investimento e manutenção e alta segurança operacional. O sistema ótico secundário da invenção é formado por pelo menos dois refletores secundários preferivelmente na forma de espelhos planos - tipicamente orientado para associar a cada um deles uma subsecção de um campo de helióstatos, isto é de concentradores primários. Em particular, a invenção permite concentrar os raios solares para um único foco secundário F2 por meio de uma pluralidade de refletores secundários, preferivelmente planos e tipicamente dispostos em diferentes alturas e/ou diferentes distâncias do eixo vertical que passa por F2, cada um dos quais está associado a um diferente foco primário Fl,i com i=(l,...,n). Em particular, cada foco primário Fl,i corresponde a um subconjunto de concentradores primários, por exemplo, como dito, aos concentradores de uma parte do campo de helióstatos. Os focos primários Fl,i são colocados vantajosamente a grande altura, aumentando assim a eficiência em recolher a radiação concentrada com uma melhor exploração da dimensão total no solo.
Com uma pluralidade de focos Fl,i é possível obter uma recolha da radiação solar limitando enormemente os problemas de alargamento ótico da impressão mencionada com referência à técnica conhecida. Ainda é possível reduzir, sendo outras condições iguais, a dimensão da superfície de reflexão plana do único refletor secundário e consequentemente diminuir os fluxos solares médios em relação ao caso de um único espelho plano secundário associado a um único foco primário. A possibilidade de utilizar refletores secundários planos exemplifica muito bem as etapas para construir e instalar o sistema da invenção. A invenção também fornece centrais ou processos para produzir energia térmica ou fotovoltaica em concentração que utilizam o conjunto acima mencionado.
Em particular, a central inventiva vantajosamente está associada a um recetor colocado no solo constituído por um dispositivo para armazenar/permutar energia térmica de origem solar, preferivelmente com base num leito de partículas de armazenamento fluidizáveis.
Em termos mais gerais, no presente contexto por "recetor" ou "dispositivo para receber" a radiação solar concentrada pelos sistemas óticos secundários entende-se qualquer meio de facto adequado para receber tal radiação, em particular um dispositivo reator ou um dispositivo para armazenar, permutar e/ou transformar energia térmica ou luminosa.
Outras vantagens, características e modos de utilização da presente invenção resultarão evidentes da seguinte descrição pormenorizada de algumas formas de realização, mostradas a título de exemplo e não para fins limitativos.
Breve descrição das figuras
Será feita referência aos desenhos em anexo, em que: a Figura 1, já acima mencionada, representa um esquema de uma configuração conhecida de tipo beam down com refletor secundário côncavo; a Figura 2, já acima mencionada, representa um esquema de uma configuração conhecida de tipo beam down com refletor secundário côncavo; a Figura 3, já acima mencionada, mostra um esquema do sistema da Figura 2 com um concentrador associado ao recetor; a Figura 4, já acima mencionada, representa um esquema de uma configuração de tipo beam down com refletor secundário plano inclinado em relação ao solo; a Figura 5, já acima mencionada, representa um esquema de uma configuração de tipo beam down com refletor secundário plano horizontal inclinado em relação ao solo; a Figura 6, já acima mencionada, representa um esquema de uma configuração de tipo beam down com refletor secundário plano inclinado em relação ao solo, em caso de um alto número de refletores primários; a Figura 7 mostra uma representação esquemática, em vista lateral, de um conjunto ótico de acordo com uma forma de realização básica da invenção; a Figura 8 mostra uma vista em planta de (uma parte de) uma central para armazenar energia térmica de origem solar que incorpora um conjunto ótico de acordo com uma forma de realização preferida da invenção; a Figura 9A mostra uma vista esquemática da central da Figura 8; a Figura 9B mostra a mesma vista da Figura 9A, em que alguns componentes não foram representado para maior clareza de ilustração; e a Figura 10 mostra um rendering em perspetiva da central da Figura 8.
Descrição pormenorizada de algumas formas de realização preferidas A Figura 7 mostra de modo esquemático uma forma de realização básica de um sistema de reflexão ótico secundário.
Em tal figura o sistema secundário é designado como um todo com 300. O sistema ótico 300 é adequado para ser utilizado numa central para armazenamento e/ou produção de energia de origem solar que tem uma configuração total de tipo "beam down". Em particular, o sistema secundário 300 está associado a um sistema de reflexão ótico primário designado como um todo com 200 e disposto no solo. O sistema primário 200 está configurado para refletir a radiação solar incidente de acordo com dois focos primários Fia e Flb. Para este fim, o sistema primário 200, no exemplo representado, compreende dois elementos de reflexão óticos primários, respetivamente 201 e 202, cada um de facto adequado para refletir a radiação solar num respetivo foco Fia e Flb. O sistema secundário 300 está configurado para refletir a radiação concentrada nos focos primários Fia e Flb para um único foco secundário F2. Para este fim, o sistema secundário 300, no exemplo representado, compreende dois elementos de reflexão óticos secundários, respetivamente 301 e 302, cada um associado a um respetivo foco primário Fia e Flb, que é adequado para refletir a radiação solar concentrada no respetivo foco primário Fia e Flb para o foco secundário comum F2.
Ainda no presente exemplo, os elementos de reflexão secundários 301 e 302 têm uma superfície de reflexão plana. Em particular, são espelhos planos.
Variantes de forma de realização podem fornecer a utilização, em particular para os elementos secundários 301 e 302, de uma superfície de reflexão curva, em particular uma superfície côncava ou convexa.
Por motivos já ilustrados na introdução, preferivelmente cada elemento de reflexão secundário 301, 302 é disposto para que a respetiva superfície de reflexão plana seja substancialmente ortogonal à linha que junta o respetivo foco primário Fia, Flb ao foco secundário F2. Além disso, ainda baseado no que já se ilustrou na introdução preferivelmente cada elemento de reflexão secundário 301, 302 é disposto para que o respetivo ponto de reflexão PI, P2 - ou o ponto médio da impressão de reflexão - seja equidistante do foco secundário F2 e do respetivo foco primário Fia, Flb. O sistema secundário 300 ainda compreende meios de suporte 400 para os elementos secundários 301 e 302. No presente exemplo, vantajosamente cada meio de suporte 400 é comum para os dois elementos secundários 301 e 302. Em particular, compreende um pilar ou torre 410 de onde saem dois suportes transversais 401 e 402 cada um associado a um respetivo elemento secundário 301 ou 302. No exemplo representado, os suportes transversais 401 e 402 têm um perfil substancialmente curvo.
Preferivelmente, os meios de suporte 400 são adequados para suportar os elementos secundários 301 e 302 em diferentes alturas entre si. A altura do solo pedida para os elementos secundários 301 e 302 depende da distância entre o respetivo foco primário e o foco secundário.
Vantajosamente, os elementos refletores secundários 301 e 302 e/ou os elementos refletores primários 201 e 202 são seletivamente orientáveis, preferivelmente individualmente. Em particular, fornece-se uma possibilidade de orientação biaxial por meio de movimento cinemático, de modo que os ditos elementos refletores podem seguir o movimento aparente do sol para refletir a radiação para o respetivo foco. Preferivelmente, coordena-se a orientação dos elementos refletores primários e secundários, vantajosamente de modo automático, para obter a disposição desejada já acima mencionada.
No exemplo representado, o foco secundário F2 cai num dispositivo recetor 500, preferivelmente um dispositivo para armazenar energia térmica e ainda mais preferivelmente um dispositivo de tipo de leito de partículas fluidizáveis.
Em relação às Figuras 8 a 10 agora será descrita uma forma de realização preferida do conjunto ótico da invenção, inserida numa central também de acordo com uma forma de realização preferida da invenção. Todas as características acima ilustradas em relação à forma de realização básica da Figura 7 e às variantes relacionadas podem ser aplicadas até à central considerada no presente documento e portanto não serão doravante repetidas.
Em relação às Figuras 8 a 10 acima mencionadas, a central, designada como um todo com 1, é uma central termodinâmica para armazenar e produzir energia. A central 1 compreende o sistema de reflexão ótico secundário acima mencionado, no presente documento designado como um todo com 3, um sistema de reflexão ótico primário associado, no presente documento designado como um todo com 2 e um dispositivo recetor, no presente documento designado como um todo com 5. A configuração da central, e em particular dos sistemas óticos 2 e 3 e do dispositivo recetor 5, é de tipo "beam down", como já ilustrado em relação à forma de realização da Figura 7. O sistema ótico primário 2, no presente exemplo, compreende um campo de helióstatos estacionado de acordo com os quatro pontos cardeais à volta do dispositivo recetor 5 e do sistema ótico secundário 2, este último então disposto em posição central em relação ao próprio campo de helióstatos 2. Em particular, fornecem-se quatro partes principais do campo de helióstatos 2, respetivamente designadas com as referências 21 a 24 e cada uma correspondendo, como dito, a um particular estacionamento de compartimento que no presente exemplo está associado a um ponto cardeal. A disposição em planta, mostrada na Figura 8, é tal que cada parte 21, . .., 24 do campo de helióstatos 2, por seu turno, é formada por duas partes adjacentes, cada uma delas com forma substancialmente poligonal. Em particular, no presente exemplo fornece-se uma primeira parte com forma substancialmente quadrada ou retangular, designada a titulo de exemplo com 211 para a primeira parte 21 e com referências análogas 221, 231 e 241 para as outras partes 22, ..., 24, e por uma segunda parte substancialmente em forma de triângulo, designada a titulo de exemplo com 212 ainda para a primeira parte 21 e com referências análogas 222, 232 e 242 para as outras partes 22, . . . , 24.
Cada parte do campo de helióstatos 211, ..., 241 e 212, ..., 242 concentra a radiação solar incidente num respetivo foco primário Fl-211, ..., Fl-242. Portanto, no presente exemplo oito partes do campo de helióstatos primário 2 e oito focos primários Fl-i (i=211, 221, 231, 241, 212 , 222, 232, 242) correspondentes são fornecidos como um todo. 0 sistema óticos secundário 3 compreende então uma correspondente pluralidade de elementos de reflexão secundários, designados com as referências 31 a 38 e cada um associado a um respetivo foco primário Fl-i do modo já ilustrado, isto é para refletir a radiação solar concentrada no dito foco primário num foco secundário comum F2 que cai no dispositivo recetor 5, em particular uma parte selecionada do último. No caso já mencionado de recetor constituído por dispositivo de armazenamento de tipo de recesso, o foco F2 vantajosamente será colocado num ponto do eixo central do recesso.
Nas Figuras 9A e 9B apenas é visível uma parte do campo de helióstatos e dos respetivos focos secundários (na Figura 9B, para melhor clareza de ilustração, alguns componentes não foram representados).
Em resumo, os raios concentrados pelos helióstatos da parte de campo 211 como foco primário têm o designado com Fl-211 e o refletor secundário relacionado é o refletor 31. A radiação concentrada pelos helióstatos da parte de campo 211 é intercetada de acordo com o foco Fl-211 pelo refletor secundário 31 e projetada no foco F2 correspondente à colocação do dispositivo recetor 5. Analogamente, os raios concentrados pelos helióstatos da parte de campo 212 têm como foco primário o designado com Fl-212 e o refletor secundário relacionado é o refletor 32. A radiação concentrada pelos helióstatos da parte de campo 212 é intercetada de acordo com o foco Fl-212 pelo refletor secundário 32 e projetada no foco secundário comum F2.
Associações análogas são válidas para as restantes partes do campo de helióstatos 2, para os focos primários relacionados e para os correspondentes elementos refletores secundários.
Correspondentemente à colocação das partes do campo de helióstatos primário 21-24, até os elementos refletores secundários 31-38 são dispostos de acordo com os quatro pontos cardeais, e em particular em pares de elementos secundários 31-32, 33-34, 35-36 e 37-38, cada um correspondendo a uma parte 21, . .., 24 do campo de helióstatos. Em particular, o primeiro refletor secundário 31, 33, 35 e 37 de cada par geralmente é disposto abaixo do outro refletor 32, 34, 36 e 38 do mesmo par (ou, em variantes alternativas, vice-versa). 0 sistema ótico secundário 3, mesmo neste caso, compreende meios para suportar os elementos refletores secundários, no presente documento designados como um todo com 4 e melhor visíveis na Figura 9B e 10. No presente exemplo, os meios de suporte 4 compreendem uma estrutura de suporte arqueada 41 e uma pluralidade de elementos de suporte transversais - cada um dos quais designado a título de exemplo com 42 na Figura 9B - análogos aos já descritos com referência à forma de realização da Figura 7. Na Figura 10 um exemplo que implementa a estrutura de suporte 42 pode ser apreciado em maiores pormenores, que neste caso tem uma forma substancialmente em cruz. É preferível tal forma da estrutura de suporte que permita eliminar o efeito de bloquear (obstáculo físico) o caminho ótico entre os refletores primário e secundário. De facto, a estrutura proposta é para definir uma pluralidade de compartimentos em posições selecionadas que correspondem de facto ao caminho de reflexão dos elementos primários aos secundários. Por exemplo, na Figura 10 tais compartimentos são definidos pelos espaços interpostos entre os diferentes arcos que formam a cruz.
Os compartimentos são ainda tais para reduzir, na medida mais ampla possível e considerando os ciclos solares, áreas de sombra dos refletores primários.
Mesmo neste caso preferivelmente os helióstatos do primeiro campo 2 e/ou os elementos refletores secundários do sistema 3 são seletivamente orientáveis, preferivelmente por meio de um movimento cinemático biaxial, de acordo com o que já foi ilustrado. Preferivelmente, os helióstatos de cada parte 211-242 são orientáveis mesmo em grupo. A configuração acima ilustrada com referência às Figuras 8 a 10 representa uma solução preferida entre as configurações possíveis em que se tem de associar n áreas de um campo de helióstatos a tantos n focos primários e relativos n refletores secundários, todos tendo o mesmo foco secundário coincidente com o recetor da radiação concentrada .
Como já dito acima com referência à forma de realização da Figura 7, uma forma de realização preferida prevê que os elementos refletores secundários são planos e dispostos na mesma distância do respetivo foco primário e do foco secundário, para evitar um aumento alargamento ótico da impressão concentrada pelos helióstatos.
Vantajosamente, como já mencionado os focos primários podem ser dispostos em altura, tal efeito, como se conhece, permite otimizar a utilização do solo, diminuindo a distância entre os helióstatos e reduzir o efeito "cosseno" conhecido que penaliza uma eficiência de receção dos helióstatos.
Será compreendido que a invenção fornece até um método para concentrar uma radiação solar num recetor para a produção e/ou o armazenamento de energia de origem solar numa configuração "beam down" total. Na sua definição mais geral, tal método fornece a utilização de um sistema ótico primário disposto no solo e configurado para refletir a radiação solar incidente de acordo com uma pluralidade de focos primários, e a utilização de um sistema de reflexão ótico secundário que recolhe a radiação solar que vem do sistema primário e dirige-a para um único foco secundário. Preferivelmente, o método fornece uma implementação de acordo com os modos funcionais e/ou as caracteristicas estruturais já acima descritos com referência às Figuras 7 a 10.
No presente contexto, por disposição "no solo" dos elementos refletores primários e/ou do dispositivo recetor mesmo numa disposição pode entender-se que estão a uma altura inferior à dos elementos refletores do sistema de secundário. A presente invenção foi até aqui descrita com referência às formas de realização preferidas. Entende-se que podem existir outras formas de realização que pertencem ao mesmo núcleo inventivo, como definido pelo âmbito de proteção das reivindicações abaixo reportadas.
DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO Ά presente lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.
Documentos de patente referidos na descrição • US 20100319678 AI [0011] • US 20110088246 AI [0011] • WO 2012153264 A2 [0011]

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES
1. Um conjunto ótico (2, 3), capaz de ser utilizado numa central (1) para armazenamento e/ou produção de energia de origem solar, cujo conjunto ótico compreende: - um sistema de reflexão ótico primário (2), disposto no solo e configurado para refletir a radiação solar incidente de acordo com uma pluralidade de focos primários (Fl-i, i=211, . .., 242), cujo sistema ótico primário (2) compreende um ou mais elementos refletores primários (21-24) seletivamente orientáveis, preferivelmente individualmente e/ou em grupos; e um sistema de reflexão ótico secundário (3) , configurado para recolher a radiação solar que vem do sistema primário (2) e dirigi-la para um único foco secundário (F2), cujo sistema ótico secundário (3) compreende uma pluralidade de elementos refletores secundários (31-38), em que os ditos elementos refletores secundários (31-38), ou um subconjunto dos mesmos têm uma superfície refletora plana, caracterizado por cada elemento refletor secundário (31-38) estar associado a um respetivo foco primário (Fl-i) e por o dito sistema secundário (3) estar configurado para que, em utilização, os elementos secundários (31-38) da dita pluralidade reflitam a radiação concentrada nos respetivos focos primários (Fl-i,i = l, ..., n) para o dito único foco secundário comum (F2).
2. 0 conjunto ótico de acordo com a reivindicação 1, em que o dito sistema ótico primário (2) compreende uma pluralidade de elementos refletores primários (21-24), preferivelmente na forma de helióstatos e/ou espelhos.
3. 0 conjunto ótico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o dito sistema ótico primário (2) é particionado numa pluralidade de áreas (211-242), cada uma correspondendo a um respetivo foco primário (Fl-i) e/ou elemento refletor secundário (31-38).
4. 0 conjunto ótico de acordo com a reivindicação anterior, em que cada uma das ditas áreas (21-24) está estacionada ao longo de um respetivo ponto cardeal.
5. 0 conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que o dito sistema ótico secundário (3) está disposto numa posição central em relação ao dito sistema ótico primário (2).
6. 0 conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que os ditos elementos refletores secundários (31-38) estão dispostos em diferentes alturas e/ou distâncias do eixo vertical que passa pelo foco secundário comum (F2) diferentes entre si.
7. 0 conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que os ditos elementos refletores secundários (31-38) são seletivamente orientáveis, preferivelmente individualmente e/ou em grupos.
8. 0 conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, compreendendo meios de suporte (4) dos ditos elementos refletores secundários (31-38), preferivelmente pelo menos parcialmente comuns para os elementos refletores secundários da dita pluralidade.
9. 0 conjunto ótico de acordo com a reivindicação anterior, em que os ditos meios de suporte (4) são tais que não colocam obstáculos ao caminho ótico entre o dito sistema de reflexão primário (2) e o dito sistema de reflexão secundário (3), tendo compartimentos dispostos em posições selecionadas.
10. Uma central (1) para armazenamento e/ou produção de energia de origem solar tendo uma configuração ótica compreendendo: um conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações anteriores; e um recetor (5), disposto substancialmente ao nível do dito foco secundário (F2) ou na sua proximidade e preferivelmente localizado no solo.
11. A central (1) de acordo com a reivindicação anterior, em que o dito recetor (5) compreende um dispositivo de armazenamento, preferivelmente de tipo de leito de partículas fluidizáveis.
12. A central (1) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, que é uma central para produção de energia térmica e/ou elétrica, neste último caso em particular uma central solar termodinâmica.
13. Um método para concentrar uma radiação solar num recetor (5) para a produção e/ou o armazenamento de energia de origem solar, cujo método fornece a utilização de um sistema de reflexão ótico primário (2), disposto no solo e configurado para refletir a radiação solar de acordo com uma pluralidade de focos primários (Fl-i, i=211, ..., 242), e de um sistema de reflexão ótico secundário (3) , que recolhe a radiação solar que vem do sistema primário (2) e a dirige para um único foco secundário (F2), cujo método utiliza um conjunto ótico de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9 e/ou em que o dito método é utilizado numa central de acordo com qualquer das reivindicações 10 a 12.
14. O método de acordo com a reivindicação anterior, em que o dito sistema ótico primário (2) e/ou o dito sistema ótico secundário (3) compreendem uma pluralidade de elementos refletores (21-24; 31-38).
15. O método de acordo com a reivindicação anterior, em que os ditos elementos refletores (21-24; 31-38) são seletivamente orientáveis, preferivelmente individualmente e/ou em grupos.
16. O método de acordo com a reivindicação 14 ou 15, em que o dito sistema ótico secundário (3) compreende uma pluralidade de elementos refletores (31-38) cada um associado a um respetivo foco primário (Fl-i), em que preferivelmente os ditos elementos refletores secundários (31-38) estão dispostos a altura e/ou distâncias diferentes do eixo vertical que passa pelo foco secundário comum (F2) diferentes entre si.
PT147310353T 2013-05-03 2014-05-02 Conjunto ótico com alto nível de eficiência para armazenamento e utilização de energia de uma fonte solar PT2992273T (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000263A ITRM20130263A1 (it) 2013-05-03 2013-05-03 Sistema di riflettori secondari ad alto livello di efficienza per l'accumulo e l'impiego di energia di origine solare

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PT2992273T true PT2992273T (pt) 2017-07-13

Family

ID=48672711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PT147310353T PT2992273T (pt) 2013-05-03 2014-05-02 Conjunto ótico com alto nível de eficiência para armazenamento e utilização de energia de uma fonte solar

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10156383B2 (pt)
EP (1) EP2992273B1 (pt)
KR (1) KR20160003821A (pt)
AU (1) AU2014261039B2 (pt)
CY (1) CY1119260T1 (pt)
ES (1) ES2631805T3 (pt)
HR (1) HRP20171065T1 (pt)
IL (1) IL242325B (pt)
IT (1) ITRM20130263A1 (pt)
PT (1) PT2992273T (pt)
SI (1) SI2992273T1 (pt)
WO (1) WO2014178024A1 (pt)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140101413A (ko) * 2011-12-29 2014-08-19 퀸트릴 에스테이트 인크 에너지를 집중시키는 장치
ITRM20120135A1 (it) * 2012-04-03 2013-10-04 Magaldi Ind Srl Dispositivo, impianto e metodo ad alto livello di efficienza energetica per l'accumulo e l'impiego di energia termica di origine solare.
WO2016172647A1 (en) 2015-04-22 2016-10-27 Sercel Joel C Optics and structure for space applications
TW201839259A (zh) * 2017-02-01 2018-11-01 義大利商馬加帝電力公司 使用源自太陽之熱能之高能效率裝置、系統及方法
US11143026B2 (en) 2018-08-07 2021-10-12 Trans Astronautica Corporation Systems and methods for radiant gas dynamic mining of permafrost for propellant extraction
US10989443B1 (en) * 2020-01-16 2021-04-27 Trans Astronautica Corporation Systems and methods for obtaining energy in shadowed regions
US11608196B2 (en) 2020-07-22 2023-03-21 Trans Astronautica Corporation Directing light for thermal and power applications in space
US11566521B2 (en) 2020-09-22 2023-01-31 Trans Astronautica Corporation Systems and methods for radiant gas dynamic mining of permafrost
US11748897B1 (en) 2022-06-24 2023-09-05 Trans Astronautica Corporation Optimized matched filter tracking of space objects

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4505953A (en) * 1983-02-16 1985-03-19 Pennwalt Corporation Method for preparing encapsulated phase change materials
JP4463308B2 (ja) 2008-02-22 2010-05-19 三井造船株式会社 ハイブリッド太陽熱発電装置
US9234681B2 (en) * 2009-10-16 2016-01-12 Raja Singh Tuli Method for designing and building reflectors for a solar concentrator array
ITRM20110234A1 (it) * 2011-05-10 2012-11-11 Magaldi Ind Srl Ricevitore/scambiatore e metodo di connessione ad alto livello di efficienza energetica.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014178024A1 (en) 2014-11-06
SI2992273T1 (sl) 2017-08-31
CY1119260T1 (el) 2018-02-14
US20160076792A1 (en) 2016-03-17
US10156383B2 (en) 2018-12-18
KR20160003821A (ko) 2016-01-11
EP2992273A1 (en) 2016-03-09
EP2992273B1 (en) 2017-04-12
ES2631805T3 (es) 2017-09-05
AU2014261039A1 (en) 2015-11-12
HRP20171065T1 (hr) 2017-10-06
IL242325B (en) 2020-09-30
ITRM20130263A1 (it) 2014-11-04
AU2014261039B2 (en) 2017-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PT2992273T (pt) Conjunto ótico com alto nível de eficiência para armazenamento e utilização de energia de uma fonte solar
ES2745116T3 (es) Sistema colector de energía solar
AU2011291047B2 (en) Central receiver solar system comprising a heliostat field
ES2552645T3 (es) Configuración de concentrador solar con fabricabilidad y eficiencia mejoradas
US9236516B2 (en) Solar energy collector apparatus
CN102119447A (zh) 太阳能收集系统
ES2425466A1 (es) Dispositivo de generación solar mediante sistema de haz descendente
WO2011145883A2 (ko) 기둥형 집광장치를 구비한 태양광 발전 장치
ES2703050T3 (es) Sistema de concentración de energía solar que comprende unas estructuras de soporte para múltiples heliostatos
JP2012038954A (ja) 集光型太陽光発電システム
JP6867771B2 (ja) 固定的に取り付けられた追跡用ソーラーパネル及び方法
US20110214666A1 (en) Fixed focus parabolic trough collector
US8899763B2 (en) Device for concentrating solar radiation with longitudinal mirrors and a longitudinal receiver
US10103687B2 (en) Solar energy collector apparatus
WO2012107605A1 (es) Elemento, y panel de captación y concentración de la radiación solar directa
AU2014223074A1 (en) An improved solar unit assembly and a method for constructing such an assembly
WO2011104400A1 (es) Disco solar paramétrico con estructura modular y método de montaje
CN110325801B (zh) 太阳能聚光器
WO2008152157A1 (es) Sistema óptico refractivo para captación y concentración de energía solar
ES1264624U (es) Planta solar que comprende una torre central y un campo de heliostatos, y heliostato de uso en dicha planta solar
JP2013015304A (ja) 太陽集光システム及び太陽熱発電システム
CN101595405A (zh) 多定日镜聚光器
ES2898277A1 (es) Estructura de soporte de paneles fotovoltaicos bifaciales y planta solar que comprende dicha estructura
ES2362912A1 (es) Concentrador solar por reflexión.
WO2010112626A1 (es) Seguidor solar