WO2010100293A1 - Planta de concentración solar tipo fresnel con reconcentrador secundario optimizado - Google Patents
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Definitions
- the invention is framed in the technical sector of solar technology, more specifically in linear concentration systems type Fresnel. BACKGROUND OF THE INVENTION
- the general principle of solar technology is based on the concept of the concentration of solar radiation to heat a heat transfer fluid and generate electricity
- the capture of solar energy and its concentration is one of the biggest challenges in the development of solar plants.
- the linear is easier to install having fewer degrees of freedom, but has a lower concentration factor and therefore it can reach lower temperatures than the point concentration technology.
- CCP Parabolic Cylinder Concentrator
- CLF Fresnel Linear Collectors
- CLF technology is an alternative to CCP technology.
- the fundamental differences are two; on the one hand, the absorber is immobile in space and independent of the collector that is the one that monitors the sun, on the other hand a secondary concentrator is used attached to the absorber.
- the reconcentrator has a double positive effect: it allows to increase the collecting surface avoiding that the rays escape and allows to increase the concentration of the primary field.
- this type of collector allows a more compact use of the land when the rows are very close to each other.
- the ground under the mirror fields can be used for purposes other than energy production.
- the rows have a small size in comparison with a CCP for which the wind loads are smaller and the structures are lighter.
- Fresnel collectors are composed of a primary system and a secondary system.
- the primary Io form a series of parallel rows of reflecting mirrors, flat or slightly curved, with mobile structures that are responsible for emitting and orienting the solar radiation to the secondary.
- the radiation arrives at the opening of the secondary and is redirected by some mirrors to an imaginary focal "tube" that is where the absorber tube is placed.
- This secondary system comprises an inverted linear sensor and raised above the field of mirrors at several meters in height, which is responsible for reconcentrating the solar radiation emitted by the primary and directing it towards an absorber tube.
- the existing secondary ones consist of a tube or several simple steel tubes, with absorbent coatings and surrounded by a sheet metal concentrator or mirrors of simple geometry.
- the heat transfer fluid circulates through the steel tubes. This fluid is heated and will be used later to run a turbine and produce electricity.
- the present invention focuses on the development of a Fresnel solar concentration plant but with an optimized secondary that solves the technical problems indicated.
- the present invention relates to a Fresnel type solar concentration plant Ia which is composed of a primary system and a secondary system where the secondary is optimized to solve the aforementioned problems.
- the primary system Io forms a field of primary mirrors, that is, a series of parallel rows of slightly curved mirrors with their corresponding orientation mechanisms. These mirrors are responsible for capturing as much solar radiation as possible at each time of the day and redirecting it to the secondary. The radiation arrives at the opening of the secondary and the secondary mirrors reconcentrate it in the absorber tube.
- the primary system has solar trackers with a degree of freedom so that the collector can have North-South orientation and the followers make the East-West route or the collector be oriented East-West with tracking of the North-South primary mirrors.
- the secondary may be displaced with respect to the primary in the longitudinal direction to minimize optical edge losses depending on the latitude of the place where it is installed.
- the primary, secondary or both may be inclined with respect to the horizontal depending on the latitude of the place.
- the secondary system As for the secondary system, it is truly optimized to overcome the drawbacks of the current state of the art.
- the secondary one would be formed by a linear concentrator type CPC (Compound Parabolic Concentrator) in the form of "m" that can be constructed from mirrors, from sheet metal, or from a conformable rigid matrix. with mirror type adhesive.
- CPC Computer Parabolic Concentrator
- the first is to use a single steel absorber tube.
- the fact of using a single tube and in addition to circular profile allows to minimize the heat exchange surface and therefore the thermal losses.
- the second is to minimize the tube diameter to maximize the geometric concentration ratio defined as the primary mirror area to the absorber area.
- the third is the inclusion of a CPC type secondary concentrator with a thermodynamically optimized geometry that allows redirecting the light rays coming from the primary field, preventing them from escaping and maximizing the concentration ratio as explained.
- thermodynamic limit concentration or maximum concentration referred to above.
- the calculation of the polar equation that defines the CPC type concentrator in the event that the profile of the design absorber is not cylindrical is one of the key points within the innovation that is presented. •
- the fourth factor is to enclose the absorber tube through which the heat transfer fluid circulates inside a glass tube, leaving the intermediate space empty. All this is surrounded by the concentrator and will be placed in such a way that it makes contact with the apex of the "m".
- the objective of using a tube with vacuum is to further reduce the thermal losses by convection as well as to limit the heating of the concentrating mirrors that surround the tube.
- a vacuum tube is more expensive than a simple steel tube, the design of the secondary is being simplified and the cost in heat insulation, insulation, and mechanical systems is being reduced. absorption of dilatations of mirrors ... to Ia, once the performance of the installation is drastically improved.
- the geometry thereof fixes the profile of the absorber tube and the acceptance angle taking into account that the profile of the absorber must be continuous, concave and must rest on the apex of the CPC. Due to the decision that we have taken to include the absorber tube inside a glass tube and with a vacuum between them, the absorber tube can not rest on the apex of the CPC, so the glass tube will rest on the vertex. of this, thereby generating optical losses, that is, there will be rays that will be reflected by the CPC that will escape to the outside through the gap between the absorber tube and the glass tube.
- the first is to design the CPC assuming that the glass tube does not exist. By placing the real tube, the section of the mirror counter-concentrator that is left inside a! glass tube, so that the "m" shape of it does not close completely. To avoid the escape of the rays, the glass tube would partially be mirrored.
- Another option is to design the CPC assuming that the glass tube does not exist and place the glass tube so that the part that touches the apex of the CPC is chamfered, so that there would be no gap between the absorber tube and the tube. glass.
- V. Design the absorber tube with a special profile (non-circular section) so that its own geometry meets the necessary requirements to minimize losses, that is, continuous, concave and resting on the apex of the CPC.
- This profile would have a "drop" shape, that is, the lower half has a semicircle shape and the upper half is finished in the form of an angle, in this way the upper vertex of the absorber tube comes into contact with the glass tube and the CPC .
- FIG. 1 Shows a view of the Fresnel solar concentration plant Figure 2. Detail of the primary mirrors (primary) Figure 3. Linear (secondary) concentrator Figure 4. Section of the vacuum absorber tube
- the present invention relates to a Fresnel-type solar concentration plant with optimized secondary concentrator.
- the plant is composed of a primary system (1) and a secondary system (2), the latter suspended over the field of primary mirrors at several meters in height.
- the secondary may be displaced with respect to the primary in the longitudinal direction to minimize optical edge losses as a function of the latitude of the place where it is installed.
- Figure 2 shows in detail what this primary system would look like (1). It would be formed by a field of primary mirrors (3), that is, a series of parallel rows of flat or slightly curved mirrors with their corresponding orientation mechanisms (5). These mirrors are oriented to receive the largest quantity solar radiation (4) possible at each time of the day and send it to the receiver or secondary (2). It will be enough that the solar trackers (5) have a degree of freedom since the secondary (2) can have North-South orientation and the followers do the East-West or the secondary (2) route to be oriented East-West with tracking of the primary mirrors (3) North-South.
- the primary, secondary or both may be inclined with respect to the horizontal depending on the latitude of the place.
- the secondary system (2) is a linear CPC type concentrator. This is made up of a concentrator that can be constructed from mirrors, from sheet metal, or from rigid matrix configurable with mirrored type mirror mirrors (6). Its geometry is profiled in the form of "m” and with the absorber tube (7) located making contact with the apex of Ia "m”.
- the CPC receives the solar radiation (4) emitted by the primary mirrors in the form of a focal line and does not enter directly into the absorber tube and reorients it towards the vacuum absorber tube (7), as shown in the figure.
- Figure 4 shows a section of the vacuum tube (7).
- This is composed of an inner absorber tube that could be made of steel (8) through which circulates a heat transfer fluid (9) that can be water or oil or any other fluid that performs this function.
- a heat transfer fluid (9) that can be water or oil or any other fluid that performs this function.
- This fluid due to the high temperature to which it is subjected, will be heated inside the tube (8) and will be used to move a turbine and produce electricity.
- the absorber tube (8) is surrounded by a glass tube (10).
- a vacuum chamber (11) which prevents heat loss by convection of the tube (8).
- Figures 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 show different alternatives for the design of the absorber tube. These alternatives are proposed to minimize optical losses, that is, to reduce the number of rays that are lost through the gap between the absorber tube and the reconcentrator. For the design to be as efficient as possible it is necessary to ensure that the profile of the absorber tube (8) is continuous, concave and rests on the vertex of the concentrator (6). Due to the fact that a glass covering (10) has been included around the absorber tube (8), these premises are more complicated to comply with and different possible designs must be considered in the secondary one.
- Figure 6 shows a new design for the secondary, in which the glass tube (10) has moved downward, enough to make contact with the absorber tube (8). In this way there is no gap left where the radiation is lost.
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Abstract
Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado, formado por un sistema primario compuesto por una serie de espejos situados en varias filas paralelas y con soportes móviles para su orientación y un sistema secundario que comprende un reconcentrador tipo CPC (Compound Parabolic Concentrator) con tubo de vacío. La geometría del reconcentrador está optimizada para minimizar las pérdidas ópticas y tiene perfil en forma de "m". El tubo de vacío compuesto por un tubo absorbedor con fluido caloportador en su interior y rodeado exteriormente por un tubo de vidrio con vacío intermedio.
Description
PLANTA DE CONCENTRACIÓN SOLAR TIPO FRESNEL CON
RECONCENTRADOR SECUNDARIO OPTIMIZADO
SECTOR TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La invención se encuadra en el sector técnico de Ia tecnología solar, más concretamente en los sistemas de concentración lineales tipo Fresnel. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El principio general de Ia tecnología solar está basado en el concepto de Ia concentración de Ia radiación solar para calentar un fluido caloportador y generar electricidad
La captación de energía solar y su concentración es uno de los mayores retos en el desarrollo de plantas solares. Existen principalmente dos tipos de tecnologías de concentradores: Ia concentración puntual y Ia concentración lineal. La lineal es más fácil de instalar al tener menos grados de libertad, pero tiene un factor de concentración menor y por Io tanto puede alcanzar menores temperaturas que Ia tecnología de concentración puntual.
Dentro de los concentradores puntuales se distinguen los concentradores de disco parabólicos y las centrales de torre. Dentro de Ia tecnología lineal, el Concentrador Cilindro Parabólico (CCP) es el sistema de concentración más maduro y ahora empiezan a surgir los nuevos Colectores Lineales tipo Fresnel (CLF), como el de nuestra invención.
La tecnología de CLF supone una alternativa a Ia tecnología de los CCP. Las diferencias fundamentales son dos; por un lado el absorbedor queda inmóvil en el espacio e independizado del colector que es el que realiza el seguimiento del sol, por otro lado se usa un reconcentrador secundario unido al absorbedor. El recon- centrador tiene un doble efecto positivo: permite aumentar Ia superficie colectora evitando que los rayos se escapen y permite aumentar Ia concentración del campo primario. Además, este tipo de colector permite un uso más compacto del terreno al quedar las filas muy próximas unas de otras. Eventualmente, el terreno bajo ios campos de espejos puede utilizarse para fines ajenos a Ia producción de energía. Las filas tienen un tamaño pequeño en comparación con un CCP por Io que las cargas de viento son menores y las estructuras son más livianas. En contrapartida, las filas se dan sombra, se bloquean ópticamente unas a otras y aparece un efecto coseno transversal y longitudinal que reduce el rendimiento óptico del conjunto si Io comparamos con un CCP. El desafío para los CLFs es tener un coste inferior a un CCP que compense estas pérdidas ópticas.
Los colectores Fresnel están compuestos por un sistema primario y un secundario. El primario Io forman una serie de filas paralelas de espejos reflectores, planos o ligeramente curvados, con estructuras móviles que son los que se encargan de emitir y orientar Ia radiación solar al secundario.
La radiación llega a Ia apertura del secundario y es redireccionada por unos espejos a un "tubo" focal imaginario que es donde se coloca el tubo absorbedor.
Este sistema secundario comprende un captador lineal invertido y elevado sobre el campo de espejos a varios metros de altura, el cual se encarga de reconcentrar Ia radiación solar que emite el primario y direccionarla hacia un tubo absorbedor.
Hasta ahora, los secundarios existentes consisten en un tubo o varios tubos de acero simples, con recubrimientos absorbentes y rodeados de un reconcentrador de chapa metálica o de espejos de geometría sencilla.
Por los tubos de acero circuia el fluido caloportador. Este fluido se calienta y se utilizará posteriormente para hacer funcionar una turbina y producir electricidad.
Sin embargo, estos desarrollos plantean una serie de inconvenientes; en unos casos no se aprovecha el efecto de reconcentración que genera un CPC en altura quedando como único efecto de concentración el que aporta Ia configuración de los espejos primarios. Esto quiere decir que el área absorbedora es más alta y que Ia eficiencia térmica es, en consecuencia, más baja. En otros casos, las pérdidas térmicas al exterior por convección y por radiación deben reducirse con Ia inclusión de calorifugados en los espejos, de tapas transparentes antirreflectantes que cierren el secundario y minimicen las pérdidas convectivas, y de sistemas mecánicos de absorción de dilataciones relativas de los espejos y del tubo absorbedor respecto a Ia estructura soporte. Todo ello complica Ia geometría y Ia concepción del secundario y encarece el producto final.
Por Io tanto, Ia presente invención se centra en el desarrollo de una planta de concentración solar tipo Fresnel pero con un secundario optimizado que resuelve los problemas técnicos señalados.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una planta de concentración solar tipo Fresnel Ia cual se compone de un sistema primario y de un sistema secundario donde el secundario se optimiza para resolver los problemas anteriormente mencionados.
El sistema primario Io forma un campo de espejos primarios, es decir, una serie de filas paralelas de espejos ligeramente curvados con sus correspondientes mecanismos de orientación. Estos espejos son los encargados de captar Ia mayor cantidad de radiación solar posible en cada momento del día y redireccionarla al secundario. La radiación llega a Ia apertura del secundario y los espejos del secundario Ia reconcentran en el tubo absorbedor.
El sistema primario tiene seguidores solares con un grado de libertad de manera que el colector puede tener orientación Norte-Sur y los seguidores hacer el recorrido Este-Oeste o el colector estar orientado Este-Oeste con seguimiento de los espejos primarios Norte-Sur.
Además el secundario podrá estar desplazado respecto al primario en Ia dirección longitudinal para minimizar las pérdidas ópticas de borde en función de Ia latitud del lugar en el que se instale.
Además el primario, el secundario o ambos podrán estar inclinados respecto a Ia horizontal en función de Ia latitud del lugar.
En cuanto al sistema secundario está verdaderamente optimizado para superar los inconvenientes del Estado de Ia Técnica actual. En el caso de nuestra invención el secundario estaría formado por un concentrador lineal tipo CPC (Com- pound Parabolic Concentrator) en forma de "m" que se podrá construir a partir de espejos, a partir de chapa metálica, o a partir de matriz rígida conformable con espejado tipo adhesivo.
A Ia hora de diseñar el secundario, en Ia presente invención, se tienen en cuenta cuatro factores:
" El primero es utilizar un único tubo absorbedor de acero. El hecho de utilizar un único tubo y además de perfil circular permite minimizar Ia superficie de intercambio de calor y por Io tanto las pérdidas térmicas.
• El segundo es minimizar el diámetro del tubo para maximizar Ia relación de concentración geométrica definida como área de espejo primario a área de absorbedor.
• El tercero es Ia inclusión de un reconcentrador secundario tipo CPC con una geometría optimizada termodinámicamente que permita redireccionar los rayos de luz que vienen del campo primario, evitando que se escapen y maximizando Ia relación de concentración como se ha explicado.
Es necesario indicar que conocido el ancho del campo primario, y el semi ángulo de aceptancia del Fresnel, quedan definidos el diámetro del tubo ab
sorbedor - si su perfil es cilindrico - , y el perfil de CPC que permite alcanzar
Ia concentración límite termodinámica o concentración máxima anteriormente referida. El cálculo de Ia ecuación polar que define el reconcentrador tipo CPC en el caso de que el perfil del absorbedor de diseño no sea cilindrico es uno de los puntos clave dentro de Ia innovación que se presenta. • El cuarto factor consiste en encerrar el tubo absorbedor por el que circula el fluido caloportador dentro de un tubo de vidrio, dejando en vacío el espacio intermedio. Todo ello se rodea del reconcentrador y se situará de forma que haga contacto con el vértice de Ia "m".
El objetivo de utilizar un tubo con vacío es reducir aún más las pérdidas térmicas por convección así como limitar el calentamiento de los espejos concentradores que rodean el tubo. De esta manera, aunque aumenta el coste en tubos, puesto que un tubo con vacío es más caro que un tubo de acero sencillo, se está simplificando el diseño del secundario y se está reduciendo el coste en calorifuga- dos, aislamientos, sistemas mecánicos para absorción de dilataciones de espejos... a Ia, vez que se mejora drásticamente el rendimiento de Ia instalación.
La tecnología de tubos de vacío lleva tiempo utilizándose, mayoritariamente, en los concentradores cilindro-parabólicos, habiéndose demostrado con su uso Ia considerable mejora en Ia eficiencia del sistema. Su utilización en un concentrador tipo Fresnel junto a las ideas de secundario expuestas en este documento suponen un diseño completamente innovador del colector a Ia vista de Ia tecnología existente hasta el momento.
Concretamente, para utilizar el referido CPC con vacío, Ia geometría del mismo Ia fija el perfil del tubo absorbedor y el ángulo de aceptancia teniendo en cuenta que el perfil del absorbedor debe ser continuo, cóncavo y debe apoyarse en el vértice del CPC. Debido a Ia decisión que hemos tomado de incluir el tubo absorbedor dentro de un tubo de vidrio y con vacío entre ambos, el tubo absorbedor no podrá apoyarse en el vértice del CPC por Io que será el tubo de vidrio el que se apoyará en el vértice de éste, generándose con ello pérdidas ópticas, es decir, habrá rayos que serán reflejados por el CPC que se escaparán al exterior por el hueco entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio.
Para tratar de evitar este hecho y en consecuencia minimizar las pérdidas ópticas se proponen diversas técnicas:
La primera consiste en diseñar el CPC suponiendo que no existe el tubo de vidrio. Al colocar el tubo real se cortaría el tramo del reconcentrador de espejo que quede
interior a! tubo de vidrio, de manera que Ia forma de "m" del mismo no llega a cerrarse completamente. Para evitar el escape de los rayos se espejaría parcialmente el tubo de vidrio.
II. Diseñar el CPC para el perfil del tubo absorbedor y desplazar el tubo de vidrio acercándolo al tubo absorbedor de manera que el resultado sería un tubo de vacío asimétrico en el que ambos tubos se aproximarían por el vértice superior.
III. Otra opción consiste en diseñar el CPC suponiendo que no existe el tubo de vidrio y colocar el tubo de vidrio de forma que Ia parte que toca el vértice del CPC esté achaflanado, de esta manera no quedaría hueco entre el tubo de absorbedor y el tubo de vidrio.
IV. Diseñar el CPC para el perfil del tubo absorbedor puesto en su posición normal, esto es concéntrico con el tubo de vidrio y el tubo de vidrio en contacto por su parte superior con el CPC. Para evitar las pérdidas se propone soldar al tubo absorbedor una o varias aletas que consiguen que Ia radiación no salga por el hueco.
V. Diseñar el tubo absorbedor con un perfil especial (de sección no circular) de forma que por su propia geometría cumpla los requisitos necesarios para minimizar las pérdidas, es decir, continuo, cóncavo y que se apoye en el vértice del CPC. Este perfil tendría forma de "gota", esto es, Ia mitad inferior tiene forma de semicírculo y Ia mitad superior se remata en forma de ángulo, de esta manera el vértice superior del tubo absorbedor entra en contacto con el tubo de vidrio y el CPC.
VI. Partiendo del diseño del CPC anterior, es decir, supuesto un tubo absorbedor en forma de gota, Ia solución propuesta combinaría dicho CPC pero con el tubo absorbedor con perfil circular y colocado en su posición normal, aunque de esta manera el vértice superior del tubo absorbedor no entraría en contacto con el tubo de vidrio y el CPC.
VII. Diseñar el CPC para el perfil del tubo absorbedor puesto en su posición normal, esto es concéntrico con el tubo de vidrio y el tubo de vidrio en contacto por su parte superior con el CPC. Para evitar las pérdidas se propone soldar al tubo absorbedor una única aleta vertical que consigue que Ia radiación no salga por el hueco.
Con estas soluciones tendríamos un secundario con las características técnicas necesarias para que las pérdidas sean mínimas, tanto las pérdidas térmicas por convección, gracias al vacío, como las pérdidas ópticas, con cualquiera de las alternativas presentadas.
Descripción de los dibujos Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de
ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente (de acuerdo con una realización preferente de Ia misma):
Figura 1. Muestra una vista de Ia planta de concentración solar tipo Fresnel Figura 2. Detalle de los espejos primarios (primario) Figura 3. Concentrador lineal (secundario) Figura 4. Sección del tubo absorbedor de vacío
Figura 5. Sección transversal de una primera configuración del secundario donde se corta el CCP y se espeja una porción del tubo de vidrio Figura 6. Sección transversal de una segunda configuración del secundario donde se desplaza el tubo de vidrio hasta hacer contacto con el absorbedor Figura 7. Sección transversal de una tercera configuración del secundario donde se Ie confiere una forma achaflanada al del tubo de vidrio Figura 8. Sección transversal de una cuarta configuración del secundario donde se Ie añaden unas aletas al tubo absorbedor
Figura 9. Sección transversal de una quinta configuración del secundario donde se minimizan las pérdidas con una única aleta en el tubo absorbedor Figura 10. Sección transversal de una sexta configuración del secundario donde se cambia Ia geometría del tubo absorbedor y no tiene sección circular Figura 11. Sección transversal de una configuración del secundario donde se combinan Ia geometría del tubo de vidrio de Ia sexta configuración con una única aleta.
Realización preferente de Ia invención
La presente invención se refiere a una planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado.
Tal y como aparece en Ia figura 1 , Ia planta se compone de un sistema primario (1) y de un sistema secundario (2), este último suspendido sobre el campo de espejos del primario a varios metros de altura. El secundario podrá estar desplazado respecto al primario en Ia dirección longitudinal para minimizar las pérdidas ópticas de borde en función de Ia latitud del lugar en el que se instale.
En Ia figura 2 se ve en detalle cómo sería este sistema primario (1). Estaría formado por un campo de espejos primarios (3), es decir, una serie de filas paralelas de espejos planos o ligeramente curvados con sus correspondientes mecanismos de orientación (5). Estos espejos se orientan para recibir Ia mayor canti-
dad de radiación solar (4) posible en cada momento del día y emitirla hacia el receptor o secundario (2). Será suficiente con que los seguidores solares (5) tengan un grado de libertad ya que el secundario (2) puede tener orientación Norte-Sur y los seguidores hacer el recorrido Este-Oeste o el secundario (2) estar orientado Este-Oeste con seguimiento de los espejos primarios (3) Norte-Sur.
Además el primario, el secundario o ambos podrán estar inclinados respecto a Ia horizontal en función de Ia latitud del lugar.
El sistema secundario (2), tal y como vemos en Ia figura 3, es un concentrador lineal tipo CPC. Este está compuesto por un concentrador que se podrá construir a partir de espejos, a partir de chapa metálica, o a partir de matriz rígida con- formable con espejado tipo adhesivo espejos (6). Su geometría es con perfil en forma de "m" y con el tubo absorbedor (7) situado haciendo contacto con el vértice de Ia "m". El CPC recibe Ia radiación solar (4) que emiten los espejos primarios en forma de línea focal y que no entra directamente en el tubo absorbedor y Ia reorienta hacia el tubo absorbedor de vacío (7), tal y como se observa en Ia figura.
En Ia figura 4 se muestra una sección del tubo de vacío (7). Este está compuesto por un tubo absorbedor interior que podría ser de acero (8) por el que circula un fluido caloportador (9) que puede ser agua o aceite o cualquier otro fluido que haga esta función. Este fluido, por efecto de Ia alta temperatura a Ia que está sometido, se calentará dentro del tubo (8) y se utilizará para mover una turbina y producir electricidad. El tubo absorbedor (8) se encuentra rodeado de un tubo de vidrio (10). En el espacio intermedio entre el tubo absorbedor (8) y el de vidrio (10) se sitúa una cámara de vacío (11) que evita las pérdidas de calor por convección del tubo (8).
En las figuras 5, 6, 7, 8, 9, 10 y 11 aparecen distintas alternativas para el diseño del tubo absorbedor. Estas alternativas se plantean para minimizar las pérdidas ópticas, es decir, para disminuir el número de rayos que se pierden por el hueco existente entre el tubo absorbedor y el reconcentrador. Para que el diseño sea Io más eficiente posible hay que conseguir que el perfil del tubo absorbedor (8) sea continuo, cóncavo y se apoye en el vértice del concentrador (6). Por el hecho de haber incluido un recubrimiento de vidrio (10) alrededor del tubo absorbedor (8) estas premisas son más complicadas de cumplir y habrá que plantearse distintos diseños posibles en el secundario.
Cabe destacar que aunque Io que en estas figuras se muestra son las configuraciones finales simplificadas para Ia mejor comprensión del sistema, en realidad, cada una de las geometrías expuestas se rige por unas complejas ecuaciones que aseguran que se cumplen las premisas expuestas y se minimizan pérdidas.
En el caso de la figura 5 se muestra Ia sección del tubo absorbedor de vacío en una de sus posibles configuraciones, donde Io que se ha hecho ha sido dejar el tubo absorbedor con su configuración y recortar el concentrador (6). Para evitar que salga radiación por el hueco que no tiene concentrador sino tubo de vidrio, se ha espejado esa parte del tubo (12) de forma que los rayos que se escapan sean reflejados de nuevo en dirección al tubo absorbedor.
En Ia figura 6 se muestra un nuevo diseño para el secundario, en el que se ha desplazado el tubo de vidrio (10) hacia abajo, Io suficiente como para que haga contacto con el tubo absorbedor (8). De esta forma ya no queda hueco por donde perderse Ia radiación.
En Ia figura 7 Ia solución dada ha sido achaflanar el tubo de vidrio (10) para lograr el contacto con el concentrador (6) y evitar el hueco por el que se escapa Ia radiación.
En las figuras 8 y 9 Ia solución dada ha sido añadir una (14) o varias aletas (13) al tubo absorbedor (8) para lograr el contacto con el concentrador (6) y tapar el hueco por el que se escapa Ia radiación.
En Ia figura 10 se Ie ha modificado Ia geometría al tubo absorbedor (8) con el fin de optimizar el diseño del CPC, no siendo ya el tubo de sección circular, si no que se ha rediseñado y ahora tiene una geometría diferente. Concretamente este perfil tendría forma de "gota", esto es, Ia mitad inferior tiene forma de semicírculo y Ia mitad superior se remata en forma de ángulo. De esta manera el vértice superior del tubo absorbedor hace contacto con el tubo de vidrio (10) y el CPC (6).
En Ia figura 11 Ia solución dada ha sido mantener Ia configuración optimizada del reconcentrador para el caso del tubo absorbedor en forma de gota, pero manteniendo el tubo absorbedor con sección circular (para abaratar costes) añadiendo una aleta vertical (14) para así lograr el contacto con el concentrador (6) y tapar el hueco por el que se escapa Ia radiación.
Todas las geometrías serían posibles, aunque se evaluará el utilizar una u otra en función de los costes de fabricación y montaje.
Claims
1. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado, caracterizado porque comprende un sistema primario (1) compuesto por una serie de espejos curvados o planos (3) situados en varias filas paralelas y con soportes móviles (5) para su orientación y un sistema secundario (2) que comprende un reconcentrador (6) tipo CPC (Compound Parabolic Concentrator) en forma de "m" de ecuación geométrica optimizada para minimizar las pérdidas ópticas, con tubo de vacío (7), compuesto el tubo de vacío por un tubo absorbedor (8) con fluido caloportador (9) en su interior y rodeado exteriormente por un tubo de vidrio (10) con vacío intermedio (11). La geometría del tubo de vacío está optimizada y cumple las características de continuidad, concavidad y de estar en contacto con el vértice del reconcentrador.
2. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque el sistema primario (1) tiene seguidores solares (5) con un grado de libertad de manera que el secundario (2) puede tener orientación Norte-Sur y los seguidores (5) hacer el recorrido Este- Oeste o el secundario (2) estar orientado Este-Oeste con seguimiento de los espejos primarios (3) Norte-Sur. En ambos casos el campo primario, el secundario o ambos, podrán regular su inclinación respecto a Ia horizontal en función de Ia latitud del lugar.
3. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque el reconcentrador (6) tipo CPC que tiene el perfil en forma de "m" se podrá construir a partir de espejos templados, deformados por gravedad o deformados elásticamente, a partir de chapa metálica o a partir de matriz rígida conformable con espejado tipo adhesivo.
4. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque el reconcentrador (6) tipo CPC se corta en su parte superior y se espeja el tramo (12) del tubo de vidrio (10) que sobresale.
5. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo de vidrio (10) se desplaza hacia abajo hasta hacer contacto con el tubo absorbedor (8).
6. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque al tubo de vidrio (10) tiene una sección circular achaflanada por su parte superior.
7. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque se Ie añaden una o varias aletas (13) al tubo absorbedor que impiden que se escape Ia radiación solar por el hueco entre el tubo de vidrio (10) y el tubo absorbedor (8).
8. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo absorbedor (8) tiene una geometría circular en su parte baja y con un ángulo en Ia parte alta (forma de gota) estando en contacto el vértice con el tubo de vidrio (10) y este con el reconcentrador (6).
9. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 8 caracterizado porque el reconcentrador (6) está diseñado según Ia configuración en forma de gota del tubo absorbedor (8) pero se mantiene el tubo absorbedor Ia sección circular y situado en su posición normal. En este caso se pierde el contacto con el reconcentrador.
10. Planta de concentración solar tipo Fresnel con reconcentrador secundario optimizado según reivindicación 9 donde al tubo absorbedor se Ie suelda una única aleta (14).
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