WO2011051510A1 - Captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo cassegrain - Google Patents

Captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo cassegrain Download PDF

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WO2011051510A1
WO2011051510A1 PCT/ES2010/000408 ES2010000408W WO2011051510A1 WO 2011051510 A1 WO2011051510 A1 WO 2011051510A1 ES 2010000408 W ES2010000408 W ES 2010000408W WO 2011051510 A1 WO2011051510 A1 WO 2011051510A1
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primary reflector
sensor
reflector
base
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PCT/ES2010/000408
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Thomas Grant
José Alfonso TERUEL HERNÁNDEZ
Raúl MORALES TORRES
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Soltec Energías Renovables, Sl
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Definitions

  • the present invention concerns a solar energy collector-concentrator with Cassegrain type optics, in which the primary and secondary reflectors comprise a plastic substrate obtained by injection molding and subsequently metallized, and the primary reflector is supported by a base obtained also by injection molding of a plastic material.
  • Solar energy collectors-concentrators equipped with a Cassegrain-type optical system for concentrating the solar radiation captured by a relatively large size sensor into a receiver of relatively small dimensions are well known.
  • the collector is a concave primary reflector, which is arranged to reflect and concentrate the solar radiation captured towards a smaller convex secondary reflector, which is located on the primary reflector and arranged in turn to reflect and concentrate solar radiation from the primary reflector to the receiver through a central opening in the primary reflector.
  • the collector can be a device for harnessing thermal energy or a photovoltaic cell to convert solar energy into electricity.
  • the Cassegrain optical system is advantageous because it allows a large concentration ratio between the area of the collector and the area of the receiver, up to 1400/1 or more, with a reduced focal length, which allows obtaining solar energy collectors-concentrators of relatively small volume and high performance.
  • it requires that the primary and secondary reflectors be manufactured and positioned with strict tolerances to avoid a dispersion of the reflected radiation and a loss of performance.
  • a radiation guide interposed between the secondary reflector and the sensor to compensate for possible orientation errors of the elements. This radiation guide acts by redirecting and homogenizing the radiation that enters it to provide a good energy distribution on the collector.
  • the same base defines a radiation guide in the form of a tube with the inner reflective walls interposed between the secondary reflector and the photovoltaic cell, and a chamber around the radiation guide and part of the plate on which the photovoltaic cell
  • the aforementioned chamber is in communication with an inlet and outlet for a cooling fluid.
  • a plurality of collector-reflector units which have their primary reflector of square configuration seen in plan, are arranged in the form of a matrix to form a solar energy sensor-concentrator module.
  • the sensor-reflector units of the module are housed in a box that has side walls connected to a bottom wall on which the bases of the primary reflectors of the sensor-reflector units are supported and to a closing glass that supports the secondary reflectors .
  • a drawback of the collector-concentrator of the aforementioned international patent application WO 2006/030433 is that the base does not guarantee precise positioning of the primary reflector since it only covers a small central region thereof, which may be the cause of orientation errors and loss of effectiveness, especially when the capture-concentrator units are grouped in a prefabricated module.
  • Another drawback is that the cooling system consisting of a chamber in communication with a refrigerant fluid circuit is complicated and expensive to manufacture, and requires regular maintenance.
  • US-A-2009101207 describes a solid trunk-pyramidal radiation guide made of a transparent material to guide light from the secondary reflector to the photovoltaic cell.
  • the international patent application WO 2006130520 describes a concentrator where the plate on which the photovoltaic cell is mounted is fixed to a base plate that acts to dissipate heat from the photovoltaic cell to the atmosphere.
  • International patent application WO 2009058603 which is considered the closest antecedent, discloses a solar collector-concentrator system comprising a transparent panel that provides a substantially flat surface, a concave primary reflector to reflect solar radiation, which has a first substantially square perimeter seen in plan and at least a portion of said first perimeter in contact with said substantially flat surface, a convex secondary reflector to reflect solar radiation from the primary reflector, which has a second substantially square perimeter seen in plan and at least a portion of said second perimeter in contact with the substantially flat surface, and a receiver positioned to receive the solar radiation reflected by said secondary reflector.
  • the present invention contributes to overcoming the above and other inconveniences by providing a solar energy collector-concentrator with Cassegrain optics, including at least one collector-concentrator unit comprising a concave primary reflector arranged to reflect solar radiation, a supported convex secondary reflector by a substantially flat transparent panel above said primary reflector and arranged to reflect said solar radiation from the primary reflector, and a receiving unit arranged to receive the solar radiation reflected by said secondary reflector through a central opening formed in the primary reflector .
  • the sensor-concentrator of the present invention is characterized in that the primary reflector is supported on a base body obtained by injection molding, for example of a plastic material, which defines a central support configured to support a region around said central opening of the primary reflector, a plurality of peripheral legs configured to support respective peripheral regions of the primary reflector, and first integral connecting members connecting said peripheral legs with said central support.
  • the peripheral legs have lower ends configured to rest on a substantially flat support surface and upper ends located by above said peripheral regions of the primary reflector and configured to be in contact and joined, for example by adhesive, with said transparent panel.
  • the base body is able to support the primary reflector in a very stable manner on said support surface and at the same time position the primary reflector in relation to the transparent panel and the secondary reflector supported by it.
  • the base body keeps the primary reflector free of mechanical stresses thus ensuring the integrity of its geometry and preventing premature aging.
  • the base body may be linked to a base panel that provides said support surface.
  • the base body further comprises second connection members connecting adjacent peripheral legs with each other, and both the first connection members and the second connection members have respective upper edges configured to be in contact with a lower surface of the reflector primary, so the primary reflector is very well seated on the base body.
  • the primary reflector comprises a structural substrate obtained by injection molding of a plastic material, which is metallized, for example with silver or aluminum, on the concave surface thereof.
  • the fact of manufacturing the structural substrate of the primary reflector and the base body as two separate parts has the advantage of minimizing irregularities in the reflective surface, since configurations molded on the side of the structural substrate opposite the reflective surface could cause unwanted deformations in the It also allows both parts to be manufactured with different plastic materials, for example a more resistant and stable plastic material for the structural substrate and a more common material for the base body.
  • the structural substrate of the primary reflector and the base body are separate pieces obtained by injection molding of a plastic material also makes it possible to form the structural substrate and the base body with respective first mutual coupling configurations by pressure closure in said region around the central opening of the primary reflector and in the central support of the base body, and respective second configurations of mutual coupling by snap closure in said peripheral regions of the primary reflector and in the peripheral legs of the base body.
  • the assembly of the primary reflector to the base body can be carried out in an easy and fast way, without the use of tools, and with total reliability in terms of mutual positioning.
  • the secondary reflector also comprises a structural substrate obtained by injection molding of a plastic material with a metallized on the convex surface thereof, and is attached, for example by adhesive, to the transparent panel.
  • the primary reflector of each unit is polygonal and defines a number of vertices, which, as a result of the shape concave of the primary reflector, they are located at the highest points of the perimeter of the same.
  • the base body comprises the same number of peripheral legs configured and arranged so that each peripheral leg of the base body supports one of the vertices of the primary reflector.
  • the primary reflector is square plan defining four vertices, and the base body comprises four peripheral legs, although other geometries are possible.
  • the secondary reflector is also preferably square.
  • Said receiving unit may include a device for harnessing thermal energy, although preferably it comprises a photovoltaic cell mounted together with other electrical and electronic components on a receiver board.
  • the central support of the base body is configured to support said receiver plate in a position such that the photovoltaic cell is facing the secondary reflector through said central opening of the primary reflector and a rear surface of the receiver plate is in contact with a base panel that provides said substantially flat support surface for dissipating heat from the receiver plate to said base panel.
  • the receiving unit further preferably comprises a radiation guide supported on said receiver plate and passed through the central opening of the primary reflector to be interposed between the secondary reflector and the photovoltaic cell.
  • This radiation guide can be a tubular conduit with reflective inner surfaces, although it is preferred that the radiation guide comprises a solid truncated pyramid block made of a transparent material, such as for example BK7 crystal.
  • the radiation guide can, for example, have a base surface fixed to the photovoltaic cell by means of a transparent adhesive.
  • the sensor-concentrator comprises a plurality of said sensor-concentrator units arranged in a matrix and housed in a box comprising side walls connected to the base panel that provides the substantially flat support surface on which it is they support said lower ends of the peripheral legs of the base bodies of the primary reflectors and said substantially flat transparent panel that it rests on said upper ends of the peripheral legs of the base bodies of the primary reflectors and on which the secondary reflectors are supported.
  • the receiver plates on which the photovoltaic cells are installed are in contact with the base panel of the box to dissipate heat from the receiver plates to the panel! of base, and this one is of a metallic material with a high coefficient of thermal conductivity and preferably has attached external heat dissipation fins.
  • the side walls of the box are also made of a metallic material with a high coefficient of thermal conductivity and are sufficiently in contact with the base panel to receive heat from the base panel and dissipate it into the atmosphere.
  • one or more of the side walls of the box may be integrally formed with the bottom panel for more efficient thermal transfer.
  • the side walls of the box can also have thermal dissipation fins attached.
  • the transparent panel of said box optionally comprises an anti-reflective treatment on one or both sides thereof.
  • the particular construction of the solar energy collector-concentrator of the present invention allows an optimization of the optical system that provides the following parameters:
  • Fig. 1 is a perspective view of a solar energy collector-concentrator unit with Cassegrain type optics in accordance with an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along a central vertical plane parallel to one of the sides of the sensor-concentrator unit of Fig. 1, with an enlarged detail;
  • Fig. 3 is an exploded perspective view of a primary reflector and a base body that are part of the sensor-concentrator unit of Fig. 1, with an enlarged detail;
  • Fig. 4 is a bottom perspective view of the primary reflector and the assembled base body, in an enlarged detail;
  • Fig. 5A is an exploded perspective view of a receiver plate, a photovoltaic cell, a radiation guide and a guide support that are part of the sensor-concentrator unit;
  • Fig. 5B is a perspective view of the collector-concentrator unit of assembled Fig. 5A;
  • Fig. 6 is a top perspective view of the primary reflector and the assembled base body, in an enlarged detail;
  • Fig. 7 is a perspective view of a solar energy collector-concentrator according to another embodiment of the present invention including a plurality of collector-concentrator units analogous to those of Fig. 1, with an enlarged detail;
  • Fig. 8 is an exploded perspective view of the collector-concentrator of Fig. 7; Y
  • Fig. 9 is a cross-sectional view taken along a central vertical plane with respect to a row of sensor-concentrator units and parallel to one of the sides of the sensor-concentrator of Fig. 7.
  • a solar energy collector-concentrator unit with Cassegrain type optics in accordance with an embodiment of the present invention, which comprises a concave primary reflector 1 supported on a base body 3 that rests on a substantially flat support surface, provided for example by a base panel 14, a convex secondary reflector 2 supported by a substantially flat transparent panel 15 above said primary reflector 1, and a receiving unit 18 disposed below said primary reflector and facing said secondary reflector 2 through a central opening 6 formed in the primary reflector 1.
  • said receiver unit 18 comprises a photovoltaic cell 4 mounted, together with other electrical and electronic components, on a receiver plate 10.
  • the receiver unit 18 also comprises a radiation guide 1 1 in the form of a Solid truncated pyramid block made of a transparent material, such as for example BK7 crystal, and has a base surface fixed to an upper surface of the photovoltaic cell 4 by a transparent adhesive.
  • the radiation guide 11 is passed through said central opening 6 of the primary reflector 1 and is interposed between the secondary reflector 2 and the photovoltaic cell 4.
  • the radiation guide 1 1 may be supported in the same position by other means, for example mechanically fixed to said receiver plate 10 with an equivalent result. In some cases the radiation guide 1 could be omitted although this would adversely affect the performance of the receiver-concentrator unit.
  • a radiation guide 1 1 in the form of a Solid truncated pyramid block made of a transparent material, such as for example BK7 crystal, and has a base surface fixed to an upper surface of the photovoltaic cell 4 by a transparent adhesive.
  • the radiation guide 11 is passed through said central opening 6 of the primary reflector 1 and is interposed between the secondary
  • the receiving unit 18 additionally comprises a guide support 24 defining an upper frame 25 that rests on edges of an upper face of said radiation guide 11 and legs 26 extending downward from said upper frame 25, and having their lower ends fixed to said receiver plate 10.
  • the lower ends of the legs 26 may be fixed directly to the base body 3.
  • This guide support 24 is optional and serves to ensure the guide's grip of radiation 1 1 to photovoltaic cell 4 and its relative positioning.
  • the primary reflector 1 constitutes a receiver and is configured and arranged to reflect the solar radiation received towards the secondary receiver 2, and this it is configured and arranged to reflect said solar radiation from the primary reflector 1 towards the photovoltaic cell 4 through the radiation guide 11.
  • the photovoltaic cell 4 transforms the energy of the solar radiation into electricity, which is conducted outside the receiver-concentrator by proper wiring (not shown).
  • the primary reflector 1 is formed by a structural substrate obtained by injection molding of a plastic material that defines a concave surface, and one or more metallized layers, for example of aluminum or silver, on said concave surface of the plastic structural substrate.
  • Said base body 3, on which the primary reflector 1 is supported, is formed by a monolithic body obtained by injection molding, preferably of a plastic material, which defines a central support 5 configured to support a region around said central opening 6 of the primary reflector 1 and a plurality of peripheral legs 7 configured to support respective peripheral regions of the primary reflector 1.
  • First integral connection members 8 integral to the base body 3 connect said peripheral legs 7 with said central support 5, and a few seconds connection members 17 also integral to the base body 3 connect the peripheral legs 7 adjacent to each other.
  • first and second connecting members 8, 17 have respective upper edges 8a, 17a (Fig. 3) configured to be in contact with a lower surface of the primary reflector 1 when the primary reflector 1 and the base body 3 are assembled in a operational situation (Figs. 4 and 6).
  • rapid coupling means are provided by snap closure without the use of tools, which are provided by first and second coupling configurations formed integrally in the structural substrate of the reflector primary 1 and in the base body 3 during the injection molding process of the respective plastic materials.
  • notches 19 formed to fit in upper portions 7c of the peripheral legs 7 are formed, below first retaining nails 20 formed therein.
  • the said first retention nails 20 have an inclined upper surface.
  • the structural substrate of the primary reflector 1 has elastic tabs 21 projecting downwardly distributed in a region around the central opening 6 and ending in second retention nails 21 a oriented in opposite directions to the central opening 6, and the central support 5 of the base body 3 comprises side walls 5a from which projections 22 distributed in positions corresponding to the positions of said elastic tabs 21 of the reflector protrude inwards.
  • the aforementioned second retention nails 21a have an inclined lower surface.
  • the peripheral legs 7 of the base body have lower ends 7a configured to rest on a base panel 14 that provides a substantially flat support surface and upper ends 7b configured so that they are in contact with said transparent panel 15
  • the mentioned upper ends 7b of the peripheral legs 7 protrude superiorly above the peripheral regions of the primary reflector 1 supported on the peripheral legs 7, so that the peripheral legs 7 of the base body 3 guarantee the distance and the parallelism between the panel base 14 and the transparent panel 17, and since the primary reflector 1 is supported on the base body 3 and the secondary reflector 2 is supported by the transparent panel 17, the base body 3 guarantees the distance and parallelism between the primary reflector 1 and the secondary reflector 2.
  • the side walls 5a of the central support 5 of the base body 3 have lower edges in which an inner step 23 (Fig. 4) is formed configured to fit with edges of the receiving plate 10 of the receiving unit 18 to support the plate of receiver 10 in a position such that the photovoltaic cell 4 and the radiation guide face the secondary reflector 2 through the central opening 6 of the primary reflector 1 and a rear surface of the receiver plate 10 is in contact with the panel of base 14, which is preferably of a metallic material with a high coefficient of thermal conductivity to dissipate heat from the receiver plate 10 to said base panel 14.
  • the base body 3 also guarantees the distance and the parallelism between the secondary reflector 2 and the photovoltaic cell 4.
  • the secondary reflector 2 is formed in a manner analogous to the primary reflector 1, and comprises structural substrate obtained by injection molding of a plastic material defining a convex surface, and one or more metallized layers, for example of aluminum or silver, on said convex surface of the plastic structural substrate.
  • the secondary reflector 2 is fixed directly to a substantially flat bottom surface of the transparent panel 15, for example by means of an adhesive.
  • the primary reflector 1 is square in shape and defines four vertices 9, in each of which one of said notches 19 is formed, and the base body 3 comprises four peripheral legs 7 in positions corresponding to said four vertices 9.
  • the secondary reflector 2 is also square in shape and positioned with its sides parallel to the sides of the primary reflector 1.
  • the square configuration of the primary reflector allows a plurality of collector-concentrator units to be installed in a compact array-like arrangement using to the maximum available surface.
  • a primary reflector of a circular or polygonal plan different from the square is also within the scope of the present invention.
  • the primary reflector 1 is of a polygonal plan, it would define for example a number of vertices 9, and the base body 3 would comprise the same number of peripheral legs 7 configured and arranged so that each peripheral leg 7 supported a corresponding one of said vertices 9.
  • a primary reflector 1 with a hexagonal plan would also be suitable for installing a plurality of collector-concentrator units in a compact arrangement using the available surface to the maximum.
  • a sensor-concentrator according to another embodiment of the present invention is described, wherein a plurality of sensor-concentrator units analogous to those described above in relation to Figs. 1 to 6, with the primary reflectors 1 of square plan, are arranged in matrix form and housed in a box 12 provided with a rectangular base panel 14 which provides a substantially flat support surface on which the lower ends 7a are supported of the peripheral legs 7 of the base bodies 3 supporting the primary reflectors 1, a substantially flat rectangular transparent panel 15 that rests on the upper ends 7b of the peripheral legs 7 of the base bodies 3, and four connected side walls 13 of tightly to said base panel 14 and to said transparent panel 15.
  • the upper portions 7c of the peripheral legs 7 of the base bodies have orthogonal outer surfaces parallel to the sides of the corresponding primary reflector 1 which are grouped when the sensor-concentrator units are mutually adjacent, and flat surfaces at the upper ends 7b of the upper portions 7c are attached, for example by adhesive, to an inner surface of the transparent panel 15.
  • the secondary reflectors 2 are attached, for example by adhesive, to said inner surface of the transparent panel 15, in selected positions for that the secondary reflectors 2 are properly aligned with the corresponding primary reflectors 1, and receiving units 18.
  • the primary reflectors 1 are positioned in relation to the transparent panel 15 and with the secondary reflectors 2 by the peripheral legs 7 of the base bodies 3 without the primary reflectors 1 making contact with the transparent panel 15.
  • the transparent panel 15 with the base bodies 3, primary reflectors 1, secondary reflectors 2 and receiving units 18 associated therewith is placed by closing the box 12 with the lower ends 7a of the peripheral legs 7 of the base bodies 3 and the receiver plates 10 of the receiving units 18 in contact with a base panel 14.
  • the transparent panel 15 may optionally include an anti-reflective treatment on one or both sides thereof.
  • the base panel 14 of the box 12 is of a metallic material with a high coefficient of thermal conductivity and, as described above, the receiver plates 10 on which the photovoltaic cells 4 are mounted are in contact with the base panel 4 of the box 2 for dissipating heat from the receiver plates 10 to the base panel 14.
  • the base panel 14 has thermal dissipation fins 16 fixed thereto or integrally formed of the material thereof.
  • the side walls 13 of the box 12 are also made of a metallic material with a high coefficient of thermal conductivity and their connection with the base panel 14 is of a nature such that it allows heat transfer from the base panel 14 to the side walls 3 to cooperate in the dissipation of heat to the atmosphere.
  • the side walls 13 may also optionally have thermal dissipation fins (not shown) fixed thereto or integrally formed of the material thereof.
  • two of the opposite side walls 13 and the base panel 14 of the case 12 are integrally formed as a monolithic body and the other two side walls 13 are separate bodies.

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Abstract

El captador-concentrador incluye un reflector primario (1) cóncavo soportado en un cuerpo base (3) obtenido por moldeo de inyección, el cual define un soporte central (5) que soporta una región alrededor de una abertura central (6) del reflector primario (1), una pluralidad de patas periféricas (7) que soportan respectivas regiones periféricas del reflector primario (1), y unos primeros miembros de conexión (8) integrales que conectan dichas patas periféricas (7) con dicho soporte central (5). Las patas periféricas (7) tienen unos extremos inferiores (7a) que se apoyan sobre una superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos superiores (7b) situados por encima de dichas regiones periféricas del reflector primario (1) y que están en contacto con un panel transparente (15) substancialmente plano que soporte un reflector secundario (2) convexo que concentra radiación solar reflejada por el reflector primario (1) hacia una unidad receptora (18) a través de dicha abertura central (6).

Description

CAPTADOR-CONCENTRADOR DE ENERGÍA SOLAR CON ÓPTICA DE TIPO
CASSEGRAIN
Campo de la técnica
La presente invención concierne a un captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo Cassegrain, en el que los reflectores primario y secundario comprenden un substrato de plástico obtenido por moldeo de inyección y posteriormente metalizado, y el reflector primario está soportado por una base obtenida asimismo por moldeo de inyección de un material plástico.
Antecedentes de la invención
Son bien conocidos captadores-concentradores de energía solar provistos de un sistema óptico de tipo Cassegrain para concentrar la radiación solar captada mediante un captador de dimensiones relativamente grandes en un receptor de dimensiones relativamente pequeñas. En este tipo de captadores-concentradores, el captador es un reflector primario cóncavo, el cual está dispuesto para reflectar y concentrar la radiación solar captada hacia un reflector secundario convexo, más pequeño, el cual está situado sobre el reflector primario y dispuesto a su vez para reflectar y concentrar la radiación solar procedente del reflector primario hacia el receptor a través de una abertura central existente en el reflector primario. El captador puede ser un dispositivo para aprovechamiento de la energía térmica o una la célula fotovoltaica para convertir energía solar en electricidad.
El sistema óptico de Cassegrain es ventajoso porque permite una gran relación de concentración entre el área del captador y el área del receptor, de hasta 1400/1 o más, con una reducida distancia focal, lo que permite obtener captadores- concentradores de energía solar de volumen relativamente pequeño y altas prestaciones. No obstante, requiere que los reflectores primario y secundario estén fabricados y posicionados con unas estrictas tolerancias para evitar una dispersión de la radiación reflejada y una pérdida de rendimiento. Es conocido usar una guía de radiación interpuesta entre el reflector secundario y el captador para compensar posibles errores de orientación de los elementos. Esta guía de radiación actúa redirigiendo y homogeneizando la radiación que entra en la misma para proporcionar una buena distribución energética sobre el captador. Por otro lado, la concentración de la radiación ocasiona una considerable elevación de la temperatura en el captador y regiones adyacentes al mismo, lo que obliga a prever medios de refrigeración. La solicitud de patente internacional WO 2006/030433 da a conocer un captador-concentrador con sistema óptico de tipo Cassegrain en el que el reflector primario comprende un substrato estructural de plástico recubierto con una capa metalizada y el reflector primario está soportado por una base que abarca una pequeña área alrededor de la mencionada abertura central del reflector primario. La base está configurada para soportar además una placa sobre la que está montada una célula fotovoltaica. La misma base define una guía de radiación en la forma de un tubo con las paredes interiores reflectantes interpuesta entre el reflector secundario y la célula fotovoltaica, y una cámara alrededor de la guía de radiación y de parte de la placa sobre la que está montada la célula fotovoltaica. La mencionada cámara está en comunicación con una entrada y una salida para un fluido refrigerante. En una realización, una pluralidad de unidades captadoras-reflectoras, las cuales tienen su reflector primario de configuración cuadrada vista en planta, están dispuestos en forma de matriz para formar un módulo captador-concentrador de energía solar. Las unidades captadoras-reflectoras del módulo están alojadas en una caja que tiene unas paredes laterales conectadas a una pared de fondo sobre la que se apoyan las bases de los reflectores primarios de las unidades captadoras-reflectoras y a un cristal de cierre que soporta los reflectores secundarios.
Un inconveniente del captador-concentrador de la citada solicitud de patente internacional WO 2006/030433 es que la base no garantiza un posicionamiento preciso del reflector primario puesto que sólo abarca una pequeña región central del mismo, lo que puede ser causa de errores de orientación y pérdida de efectividad, especialmente cuando las unidades captadoras-concentradoras están agrupadas en un módulo prefabricado. Otro inconveniente es que el sistema de refrigeración compuesto por una cámara en comunicación con un circuito de fluido refrigerante resulta complicado y costoso de fabricar, y requiere un mantenimiento asiduo.
La técnica de realizar el reflector primario con un substrato estructural de plástico metalizado también está descrita en los documentos US-A-5365920 y US-A- 5062899.
El documento US-A-2009101207 describe una guía de radiación tronco- piramidal maciza hecha de un material transparente para guiar la luz desde el reflector secundario a la célula fotovoltaica.
La solicitud de patente internacional WO 2006130520 describe un concentrador donde la placa sobre la que está montada la célula foto-voltaica está fijada a una placa base que actúa para disipar calor desde la célula fotovoltaica a la atmósfera. La solicitud de patente internacional WO 2009058603, la cual se considera el antecedente más próximo, da a conocer un sistema captador-concentrador solar que comprende un panel transparente que proporciona una superficie substancialmente plana, un reflector primario cóncavo para reflectar radiación solar, el cual tiene un primer perímetro substancialmente cuadrado visto en planta y al menos una porción de dicho primer perímetro en contacto con dicha superficie substancialmente plana, un reflector secundario convexo para reflectar radiación solar procedente del reflector primario, el cual tiene un segundo perímetro substancialmente cuadrado visto en planta y al menos una porción de dicho segundo perímetro en contacto con la superficie substancialmente plana, y un receptor posicionado para recibir la radiación solar reflectada por dicho reflector secundario. El hecho de tener el reflector primario directamente en contacto con el panel transparente tiene el inconveniente de introducir solicitaciones mecánicas potencialmente dañinas al sistema. El peso propio del reflector primario o su interacción con otras piezas para las cuáles sirve de soporte podría producir deformaciones indeseadas en el panel transparente o acortar su vida útil disminuyendo el rendimiento del concentrador.
Exposición de la invención
La presente invención contribuye a superar los anteriores y otros inconvenientes aportando un captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo Cassegrain, incluyendo al menos una unidad captadora-concentradora que comprende un reflector primario cóncavo dispuesto para reflectar radiación solar, un reflector secundario convexo soportado por un panel transparente substancialmente plano por encima de dicho reflector primario y dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del reflector primario, y una unidad receptora dispuesta para recibir la radiación solar reflectada por dicho reflector secundario a través de una abertura central formada en el reflector primario. El captador-concentrador de la presente invención está caracterizado porque el reflector primario está soportado en un cuerpo base obtenido por moldeo de inyección, por ejemplo de un material plástico, el cual define un soporte central configurado para soportar una región alrededor de dicha abertura central del reflector primario, una pluralidad de patas periféricas configuradas para soportar respectivas regiones periféricas del reflector primario, y unos primeros miembros de conexión integrales que conectan dichas patas periféricas con dicho soporte central. Las patas periféricas tienen unos extremos inferiores configurados para apoyarse sobre una superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos superiores situados por encima de dichas regiones periféricas del reflector primario y configurados para estar en contacto y unidos, por ejemplo por adhesivo, con dicho panel transparente.
En virtud de las patas periféricas en los extremos, el cuerpo base es capaz de soportar el reflector primario de una manera muy estable sobre la mencionada superficie de soporte y al mismo tiempo posicionar el reflector primario en relación con el panel transparente y con el reflector secundario soportado por el mismo. El cuerpo base mantiene el reflector primario libre de solicitaciones mecánicas asegurando así la integridad de la geometría del mismo y previniendo su envejecimiento prematuro. Además, el cuerpo base puede estar vinculado a un panel de base que proporcione la mencionada superficie de soporte.
Preferiblemente el cuerpo base comprende además unos segundos miembros de conexión que conectan las patas periféricas adyacentes unas con otras, y tanto los primeros miembros de conexión como los segundos miembros de conexión tienen unos respectivos bordes superiores configurados para estar en contacto con una superficie inferior del reflector primario, con lo que el reflector primario está muy bien asentado sobre el cuerpo base. En una realización preferida, el reflector primario comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico, el cual está metalizado, por ejemplo con plata o aluminio, en la superficie cóncava del mismo. El hecho de fabricar el sustrato estructural del reflector primario y el cuerpo base como dos piezas separadas tiene la ventaja de minimizar irregularidades en la superficie reflectante, puesto que configuraciones moldeadas en el lado del sustrato estructural opuesto a la superficie reflectante podrían causar deformaciones indeseadas en la misma, y además permite fabricar ambas piezas con materiales plásticos diferentes, por ejemplo un material plástico más resistente y estable para el sustrato estructural y un material más común para el cuerpo base.
El hecho de que el sustrato estructural del reflector primario y el cuerpo base sean piezas separadas obtenidas por moldeo de inyección de un material plástico permite además formar el sustrato estructural y el cuerpo base con unas respectivas primeras configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dicha región alrededor de la abertura central del reflector primario y en el soporte central del cuerpo base, y unas respectivas segundas configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dichas regiones periféricas del reflector primario y en las patas periféricas del cuerpo base. Así, el ensamblaje del reflector primario al cuerpo base puede realizarse de una manera fácil y rápida, sin el uso de herramientas, y con una total fiabilidad en cuanto al posicionamiento mutuo. Preferiblemente, el reflector secundario también comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico con un metalizado en la superficie convexa del mismo, y está unido, por ejemplo mediante adhesivo, al panel transparente.
Para optimizar el espacio cuando se desea formar un módulo captador- concentrador de energía solar incluyendo una pluralidad de unidades captadoras- concentradoras, el reflector primario de cada unidad es de planta poligonal y define un número de vértices, los cuales, a consecuencia de la forma cóncava del reflector primario, se encuentran en los puntos más elevados del perímetro del mismo. En correspondencia, el cuerpo base comprende el mismo número de patas periféricas configuradas y dispuestas de manera que cada pata periférica del cuerpo base soporta uno de los vértices del reflector primario. Preferiblemente, el reflector primario es de planta cuadrada definiendo cuatro vértices, y el cuerpo base comprende cuatro patas periféricas, aunque son posibles otras geometrías. Cuando el reflector primario es de planta cuadrada el reflector secundario también es preferiblemente de planta cuadrada.
La mencionada unidad receptora puede incluir un dispositivo para aprovechamiento de la energía térmica, aunque preferiblemente comprende una célula fotovoltaica montada junto con otros componentes eléctricos y electrónicos sobre una placa de receptor. En tal caso, el soporte central del cuerpo base está configurado para soportar dicha placa de receptor en una posición tal que la célula fotovoltaica está enfrentada al reflector secundario a través de dicha abertura central del reflector primario y una superficie trasera de la placa de receptor está en contacto con un panel de base que proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana para disipar calor desde la placa de receptor a dicho panel de base. La unidad receptora comprende además preferiblemente una guía de radiación soportada en dicha placa de receptor y pasada a través de la abertura central del reflector primario para quedar interpuesta entre el reflector secundario y la célula fotovoltaica. Esta guía de radiación puede ser un conducto tubular con unas superficie interiores reflectantes, aunque se prefiere que la guía de radiación comprenda un bloque troncopiramidal macizo hecho de un material transparente, tal como por ejemplo cristal BK7. Para la fijación y posicionamiento de la guía de radiación, ésta puede tener por ejemplo una superficie de base fijada a la célula fotovoltaica mediante un adhesivo transparente.
En una realización preferida, el captador-concentrador comprende una pluralidad de dichas unidades captadoras-concentradoras dispuestas en forma de matriz y alojadas en una caja que comprende unas paredes laterales conectadas al panel de base que proporciona la superficie de soporte substancialmente plana sobre la que se apoyan dichos extremos inferiores de las patas periféricas de los cuerpos base de los reflectores primarios y a dicho panel transparente substancialmente plano que se apoya sobre dichos extremos superiores de las patas periféricas de los cuerpos base de los reflectores primarios y en el que están soportados los reflectores secundarios. Además, las placas de receptor sobre las que están instaladas las células fotovoltaicas están en contacto con el panel de base de la caja para disipar calor desde las placas de receptor al pane! de base, y éste es de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y preferiblemente lleva unidas unas aletas de disipación térmica exteriores. Opcionalmente, las paredes laterales de la caja también son de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y están suficientemente en contacto con el panel de base para recibir calor del panel de base y disiparlo a la atmósfera. Por ejemplo, una o más de las paredes laterales de la caja pueden estar formadas integralmente con el panel de fondo para una transferencia térmica más eficaz. Opcionalmente, las paredes laterales de la caja también pueden llevar unidas unas aletas de disipación térmica. El panel transparente de dicha caja comprende opcionalmente un tratamiento antirreflectante en uno o ambos lados del mismo.
La particular construcción del captador-concentrador de energía solar de la presente invención permite una optimización del sistema óptico que proporciona los siguientes parámetros:
- una concentración geométrica, definida como la relación entre una superficie de abertura del reflector primario (1) y una superficie receptora de la célula fotovoltaica
(4), comprendida en el rango de 1470/1 a 1490/1;
- una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y el área en planta del reflector secundario (2) comprendida en el rango de 42/1 a 44/1 ;
- una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y la distancia entre el reflector primario (1) y el reflector secundario (2) comprendida en el rango de 655/1 a
685/1; y
un ángulo de aceptación de ±1° o mayor.
Breve descripción de los dibujos
Las anteriores y otras características y ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es una vista en perspectiva de una unidad captadora-concentradora de energía solar con óptica de tipo Cassegrain de acuerdo con una realización de la presente invención; la Fig. 2 es una vista en sección transversal tomada por un plano vertical central paralelo a uno de los lados de la unidad captadora-concentradora de la Fig. 1, con un detalle ampliado;
la Fig. 3 es una vista en perspectiva explosionada de un reflector primario y un cuerpo de base que forman parte de la unidad captadora-concentradora de la Fig. 1 , con un detalle ampliado;
la Fig. 4 es una vista en perspectiva inferior del reflector primario y el cuerpo de base ensamblados, con un detalle ampliado;
la Fig. 5A es una vista en perspectiva en explosión ampliada de una placa de receptor, una célula fotovoltaica, una guía de radiación y un soporte de guía que forman parte de la unidad captadora-concentradora;
la Fig. 5B es una vista en perspectiva de la unidad captadora-concentradora de la Fig. 5A ensamblada;
la Fig. 6 es una vista en perspectiva superior del reflector primario y el cuerpo de base ensamblados, con un detalle ampliado;
la Fig. 7 es una vista en perspectiva de un captador-concentrador de energía solar de acuerdo con otra realización de la presente invención incluyendo una pluralidad de unidades captadoras-concentradoras análogas a las de la Fig. 1, con un detalle ampliado;
la Fig. 8 es una vista en perspectiva explosionada del captador-concentrador de la Fig. 7; y
la Fig. 9 es una vista en sección transversal tomada por un plano vertical central respecto a una hilera de unidades captadoras-concentradoras y paralelo a uno de los lados del captador-concentrador de la Fig. 7.
Descripción detallada de unos ejemplos de realización
Haciendo en primer lugar referencia a las Figs. 1 a 6, en ellas se muestra un una unidad captadora-concentradora de energía solar con óptica de tipo Cassegrain de acuerdo con una realización de la presente invención, la cual comprende un reflector primario 1 cóncavo soportado en un cuerpo base 3 que se apoya sobre una superficie de soporte substancialmente plana, proporcionada por ejemplo por un panel de base 14, un reflector secundario 2 convexo soportado por un panel transparente 15 substancialmente plano por encima de dicho reflector primario 1, y una unidad receptora 18 dispuesta por debajo del mencionado reflector primario y enfrentada a dicho reflector secundario 2 a través de una abertura central 6 formada en el reflector primario 1. Tal como se muestra en las Figs. 2, 5A y 5B, la citada unidad receptora 18 comprende una célula fotovoltaica 4 montada, junto con otros componentes eléctricos y electrónicos, sobre una placa de receptor 10. La unidad receptora 18 también comprende una guia de radiación 1 1 en la forma de un bloque troncopiramidal macizo hecho de un material transparente, tal como por ejemplo cristal BK7, y tiene una superficie de base fijada a una superficie superior de la célula fotovoltaica 4 mediante un adhesivo transparente. En situación operativa (Figs. 1 y 2), la guía de radiación 11 está pasada a través de la mencionada abertura central 6 del reflector primario 1 y queda interpuesta entre el reflector secundario 2 y la célula fotovoltaica 4. Alternativamente, la guía de radiación 1 1 puede estar soportada en idéntica posición por otros medios, por ejemplo fijada por medios mecánicos a dicha placa de receptor 10 con un resultado equivalente. En algunos casos la guía de radiación 1 podría ser omitida aunque esto afectaría negativamente las prestaciones de la unidad receptora- concentradora. En la realización ilustrada en las Figs. 5A y 5B, la unidad receptora 18 comprende adicionalmente un soporte de guía 24 que define un marco superior 25 que se apoya sobre unos bordes de una cara superior de dicha guía de radiación 11 y unas patas 26 que se extienden hacia abajo desde dicho marco superior 25, y que tienen sus extremos inferiores fijados a dicha placa de receptor 10. Alternativamente, los extremos inferiores de las patas 26 pueden estar fijados directamente al cuerpo base 3. Este soporte de guía 24 es opcional y sirve para asegurar la sujeción de la guía de radiación 1 1 a la célula fotovoltaica 4 y su posicionamiento relativo.
Como es convencional, en el receptor-concentrador de energía solar provisto de una óptica de tipo Cassegrain de la presente invención, el reflector primario 1 constituye un receptador y está configurado y dispuesto para reflectar la radiación solar recibida hacia el receptor secundario 2, y éste está configurado y dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del reflector primario 1 hacia la célula fotovoltaica 4 a través de la guía de radiación 11. La célula fotovoltaica 4 transforma la energía de la radiación solar en electricidad, que es conducida fuera del receptor-concentrador mediante un cableado adecuado (no mostrado).
El reflector primario 1 está formado por un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico que define una superficie cóncava, y una o más capas metalizadas, por ejemplo de aluminio o plata, sobre dicha superficie cóncava del sustrato estructural de plástico. El mencionado cuerpo base 3, sobre el cual está soportado el reflector primario 1 , está formado por un cuerpo monolítico obtenido por moldeo de inyección, preferiblemente de un material plástico, el cual define un soporte central 5 configurado para soportar una región alrededor de dicha abertura central 6 del reflector primario 1 y una pluralidad de patas periféricas 7 configuradas para soportar respectivas regiones periféricas del reflector primario 1. Unos primeros miembros de conexión 8 integrales del cuerpo base 3 conectan dichas patas periféricas 7 con dicho soporte central 5, y unos segundos miembros de conexión 17 también integrales del cuerpo base 3 conectan las patas periféricas 7 adyacentes unas con otras. Estos primeros y segundos miembros de conexión 8, 17 tienen unos respectivos bordes superiores 8a, 17a (Fig. 3) configurados para estar en contacto con una superficie inferior del reflector primario 1 cuando el reflector primario 1 y el cuerpo base 3 están ensamblados en una situación operativa (Figs. 4 y 6).
Para el acoplamiento mutuo del reflector primario 1 y el cuerpo base 3 se han previsto unos medios acoplamiento rápido por cierre a presión sin necesidad de usar herramientas, los cuales están proporcionados por unas primeras y segundas configuraciones de acoplamiento formadas integralmente en el sustrato estructural del reflector primario 1 y en el cuerpo base 3 durante el proceso de moldeo de inyección de los respectivos materiales plásticos.
Según se muestra mejor en Fig. 3, en las mencionadas regiones periféricas del reflector primario 1 están formadas unas muescas 19 configuradas para encajar en unas porciones superiores 7c de las patas periféricas 7, por debajo de unas primeras uñas de retención 20 formadas en las mismas. Las mencionadas primeras uñas de retención 20 tienen una superficie superior inclinada. Así, cuando el reflector primario 1 es colocado sobre el cuerpo base 3 con las mencionadas muescas 19 alineadas con las porciones superiores 7c de las patas periféricas 7 y es presionado hacia abajo, el reflector primario experimenta una deformación y posterior recuperación elástica suficiente para que las muescas 19 superen las uñas de retención 20 y queden atrapadas por las mismas (Fig. 6) contribuyendo a retener el reflector primario 1 acoplado al cuerpo base 3 en una posición apropiada, con las muescas 19 encajadas en las porciones superiores 7c de las patas periféricas 7 y la superficie inferior del reflector primario 1 descansando sobre los bordes superiores 8a, 17a de los primeros y segundos miembros de conexión 8, 17 del cuerpo base 3.
Tal como se puede ver en la Fig. 4, el sustrato estructural del reflector primario 1 tiene formadas unas lengüetas elásticas 21 que se proyectan hacia abajo distribuidas en una región alrededor de la abertura central 6 y que terminan en unas segundas uñas de retención 21 a orientadas en direcciones opuestas a la abertura central 6, y el soporte central 5 del cuerpo base 3 comprende unas paredes laterales 5a desde las cuales sobresalen hacia dentro unos salientes 22 distribuidos en unas posiciones correspondientes a las posiciones de dichas lengüetas elásticas 21 del reflector primario 1. Las mencionadas segundas uñas de retención 21a tienen una superficie inferior inclinada. Así, cuando el reflector primario 1 es apropiadamente colocado sobre el cuerpo base 3 y presionado hacia abajo, las lengüetas elásticas 21 del reflector primario 1 experimentan una deformación y posterior recuperación elástica suficiente para que las segundas uñas de retención 21 a superen los salientes 22 del soporte central 5 del cuerpo base 3 y se enganchen en los mismos (véase también la Fig. 2), contribuyendo a retener el reflector primario 1 acoplado al cuerpo base 3 en la posición apropiada.
Según se muestra en las Figs. 1 y 2, las patas periféricas 7 del cuerpo base tienen unos extremos inferiores 7a configurados para apoyarse sobre un panel de base 14 que proporciona una superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos superiores 7b configurados de manera que están en contacto con dicho panel transparente 15. Los mencionados extremos superiores 7b de las patas periféricas 7 sobresalen superiormente por encima de las regiones periféricas del reflector primario 1 soportadas en las patas periféricas 7, de manera que las patas periféricas 7 del cuerpo base 3 garantizan la distancia y el paralelismo entre el panel de base 14 y el panel transparente 17, y dado que el reflector primario 1 está soportado en el cuerpo base 3 y el reflector secundario 2 está soportado por el panel transparente 17, el cuerpo base 3 garantiza la distancia y el paralelismo entre el reflector primario 1 y el reflector secundario 2.
Las paredes laterales 5a del soporte central 5 del cuerpo base 3 tienen unos bordes inferiores en los que está formado un escalón interior 23 (Fig. 4) configurado para encajar con unos bordes de la placa receptora 10 de la unidad receptora 18 para soportar la placa de receptor 10 en una posición tal que la célula fotovoltaica 4 y la guía de radiación están enfrentadas al reflector secundario 2 a través de la abertura central 6 del reflector primario 1 y una superficie trasera de la placa de receptor 10 está en contacto con el panel de base 14, el cual es preferiblemente de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica para disipar calor desde la placa de receptor 10 a dicho panel de base 14. Así, el cuerpo base 3 garantiza además la distancia y el paralelismo entre el reflector secundario 2 y la célula fotovoltaica 4.
El reflector secundario 2 está formado de una manera análoga al reflector primario 1 , y comprende sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico que define una superficie convexa, y una o más capas metalizadas, por ejemplo de aluminio o plata, sobre dicha superficie convexa del sustrato estructural de plástico. El reflector secundario 2 está fijado directamente a una superficie inferior substancialmente plana del panel transparente 15, por ejemplo mediante un adhesivo. En las realizaciones mostradas, el reflector primario 1 es de planta cuadrada y define cuatro vértices 9, en cada uno de los cuales está formada una de dichas muescas 19, y el cuerpo base 3 comprende cuatro patas periféricas 7 en posiciones correspondientes a dichos cuatro vértices 9. El reflector secundario 2 también es de planta cuadrada y está posicionado con sus lados paralelos a los lados del reflector primario 1. La configuración cuadrada del reflector primario permite instalar una pluralidad de unidades captadoras-concentradoras en una disposición compacta en forma de matriz utilizando al máximo la superficie disponible. No obstante hay que señalar que también está dentro del alcance de la presente invención un reflector primario de planta circular o poligonal diferente de la cuadrada. En el caso de que el reflector primario 1 sea de planta poligonal, éste definiría por ejemplo un número de vértices 9, y el cuerpo base 3 comprendería el mismo número de patas periféricas 7 configuradas y dispuestas de manera que cada pata periférica 7 soportara uno correspondiente de dichos vértices 9. Por ejemplo, un reflector primario 1 de planta hexagonal también seria adecuado para instalar una pluralidad de unidades captadoras-concentradoras en una disposición compacta utilizando al máximo la superficie disponible.
Haciendo referencia ahora a las Figs. 7, 8 y 9 se describe un captador- concentrador de acuerdo con otra realización de la presente invención, donde una pluralidad de unidades captadoras-concentradoras análogas a las descritas más arriba en relación con las Figs. 1 a 6, con los reflectores primarios 1 de planta cuadrada, están dispuestas en forma de matriz y alojadas en una caja 12 provista de un panel de base 14 rectangular que proporciona una superficie de soporte substancialmente plana sobre la que se apoyan los extremos inferiores 7a de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 que soportan los reflectores primarios 1, un panel transparente 15 rectangular substancialmente plano que se apoya sobre los extremos superiores 7b de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3, y cuatro paredes laterales 13 conectadas de manera estanca a dicho panel de base 14 y a dicho panel transparente 15.
Según se muestra mejor en la Fig. 7, las porciones superiores 7c de las patas periféricas 7 de los cuerpos base tienen unas superficies exteriores ortogonales paralelas a los lados del correspondiente reflector primario 1 que quedan agrupadas cuando las unidades captadoras-concentradoras están mutuamente adyacentes, y unas superficies planas en los extremos superiores 7b de las porciones superiores 7c están unidas, por ejemplo por adhesivo, a una superficie interior del panel transparente 15. Asimismo, los reflectores secundarios 2 están unidos, por ejemplo por adhesivo, a dicha superficie interior del panel transparente 15, en unas posiciones seleccionadas para que los reflectores secundarios 2 queden adecuadamente alineados con los correspondientes reflectores primarios 1 , y unidades receptoras 18. Así, los reflectores primarios 1 quedan posicionados en relación con el panel transparente 15 y con los reflectores secundarios 2 por las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 sin que los reflectores primarios 1 hagan contacto con el panel transparente 15. El panel transparente 15 con los cuerpos base 3, reflectores primarios 1 , reflectores secundarios 2 y unidades receptoras 18 asociadas al mismo es colocado cerrando la caja 12 con los extremos inferiores 7a de las patas periféricas 7 de los cuerpos base 3 y las placas de receptor 10 de las unidades receptoras 18 en contacto con un panel de base 14. El panel transparente 15 puede incluir opcionalmente un tratamiento antirreflectante en uno o ambos lados del mismo.
El panel de base 14 de la caja 12 es de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y, tal como se ha descrito más arriba, las placas de receptor 10 sobre las que están montadas las células fotovoltaicas 4 están en contacto con el panel de base 4 de la caja 2 para disipar calor desde las placas de receptor 10 al panel de base 14. Preferiblemente, el panel de base 14 tiene unas aletas 16 de disipación térmica fijadas al mismo o formadas integralmente del material del mismo. Opcionalmente, las paredes laterales 13 de la caja 12 son asimismo de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y su conexión con el panel de base 14 es de una naturaleza tal que permite una transferencia de calor desde el panel de base 14 a las paredes laterales 3 para cooperar en la disipación de calor a la atmósfera. Las paredes laterales 13 también pueden tener opcionalmente unas aletas de disipación térmica (no mostradas) fijadas a las mismas o formadas integralmente del material de las mismas.
En una realización alternativa (no mostrada) dos de las paredes laterales 13 opuestas y el panel de base 14 de la caja 12 están formados integralmente como un cuerpo monolítico y las otras dos paredes laterales 13 son cuerpos separados.
A un experto en la técnica se le ocurrirán modificaciones y variaciones a partir de los ejemplos de realización mostrados y descritos sin salirse del alcance de la presente invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Captador-concentrador de energía solar con óptica de tipo Cassegrain, incluyendo al menos una unidad captadora-concentradora que comprende un reflector primario (1) cóncavo soportado en un cuerpo base (3) y dispuesto para reflectar radiación solar, un reflector secundario (2) convexo soportado por un panel transparente (15) substancialmente plano por encima de dicho reflector primario (1) y dispuesto para reflectar dicha radiación solar procedente del reflector primario (1), y una unidad receptora (18) dispuesta para recibir la radiación solar reflectada por dicho reflector secundario (2) a través de una abertura central (6) formada en el reflector primario (1 ), caracterizado porque el reflector primario (1) está soportado en un cuerpo base (3) obtenido por moldeo de inyección, el cual define un soporte central (5) configurado para soportar una región alrededor de dicha abertura central (6) del reflector primario (1), una pluralidad de patas periféricas (7) configuradas para soportar respectivas regiones periféricas del reflector primario (1 ), y unos primeros miembros de conexión (8) integrales que conectan dichas patas periféricas (7) con dicho soporte central (5), teniendo las patas periféricas (7) unos extremos inferiores (7a) configurados para apoyarse sobre una superficie de soporte substancialmente plana y unos extremos superiores (7b) situados por encima de dichas regiones periféricas del reflector primario (1 ) y configurados para estar en contacto con dicho panel transparente (15).
2. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el cuerpo base (3) comprende unos segundos miembros de conexión (17) que conectan las patas periféricas (7) adyacentes unas con otras, teniendo dichos primeros y segundos miembros de conexión respectivos bordes superiores (8a, 17a) configurados para estar en contacto con una superficie inferior del reflector primario (1 ).
3 - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho cuerpo base (3) está hecho de un material plástico.
4. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 , 2 ó 3, caracterizado porque el reflector primario (1) es de planta poligonal definiendo un número de vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende el mismo número de patas periféricas (7) configuradas y dispuestas de manera que cada pata periférica (7) soporta uno correspondiente de dichos vértices (9).
5. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el reflector primario (1) es de planta cuadrada definiendo cuatro vértices (9), y el cuerpo base (3) comprende cuatro patas periféricas (7).
6. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicho reflector secundario (2) es de planta cuadrada.
7. - Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha unidad receptora (18) comprende. una célula fotovoltaica (4) montada junto con otros componentes eléctricos y electrónicos sobre una placa de receptor (10), y el soporte central (5) del cuerpo base (3) está configurado para soportar dicha placa de receptor (10) en una posición tal que la célula fotovoltaica (4) está enfrentada a dicho reflector secundario (2) a través de dicha abertura central (6) del reflector primario (1) y una superficie trasera de la placa de receptor (10) está en contacto con un panel de base (14) que proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana para disipar calor desde la placa de receptor (10) a dicho panel de base (14).
8. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad receptora (18) comprende además una guía de radiación (11) soportada en dicha placa de receptor (10) y pasada a través de la abertura central (6) del reflector primario (1) para quedar interpuesta entre el reflector secundario (2) y la célula fotovoltaica (4).
9. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha guía de radiación (11) comprende un bloque troncopiramidal macizo hecho de un material transparente y provisto de una superficie de base fijada a la célula fotovoltaica (4) mediante un adhesivo transparente.
10. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la guía de radiación (11) está hecha de cristal BK7.
11. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 8, 9 ó 10, caracterizado porque una región superior de dicha guía de radiación (11) está sujetada por un marco (25) desde el que se extienden unas patas (26) fijadas a dicha placa de receptor (10) o al cuerpo base (3).
12 - Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reflector primario (1) comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico y metalizado en la superficie cóncava del mismo.
13.- Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dicho sustrato estructural del reflector primario (1) y dicho cuerpo base (3) definen unas respectivas primeras configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dicha región alrededor de la abertura central (6) del reflector primario (1) y en el soporte central (5) del cuerpo base (3) y unas respectivas segundas configuraciones de acoplamiento mutuo por cierre a presión en dichas regiones periféricas del reflector primario (1) y en las patas periféricas (7) del cuerpo base (3).
14. - Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reflector secundario (2) comprende un sustrato estructural obtenido por moldeo de inyección de un material plástico y metalizado en la superficie convexa del mismo.
15. - Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una pluralidad de dichas unidades captadoras-concentradoras dispuestas en forma de matriz y alojadas en una caja (12) que comprende unas paredes laterales (13) conectadas a un panel de base (14) que proporciona dicha superficie de soporte substancialmente plana sobre la que se apoyan dichos extremos inferiores (7a) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores primarios (1 ), y dicho panel transparente (15) substancialmente plano que se apoya sobre dichos extremos superiores (7b) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) de los reflectores primarios (1) y en el que están soportados los reflectores secundarios (4), donde las placas de receptor (10) sobre las que están montadas las células fotovoltaicas (4) están en contacto con el panel de base (14) de la caja (12) para disipar calor desde las placas de receptor (10) al panel de base (14).
16.- Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque los extremos superiores (7b) de las patas periféricas (7) de los cuerpos base (3) y los reflectores secundarios (4) están unidos a una superficie interior del panel transparente (15).
17. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el panel de base (14) de la caja (12) es de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica.
18. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque las paredes laterales (13) de la caja (12) son de un material metálico con un elevado coeficiente de conductividad térmica y están conectadas con el panel de base (14) para recibir calor del panel de base (14) y disiparlo a la atmósfera.
19. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque unas aletas (16) de disipación térmica están unidas al panel de base (14) y/o a las paredes laterales (13) de la caja (12).
20. - Captador-concentrador, de acuerdo con la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque dicho panel transparente (15) comprende un tratamiento antirreflectante en uno o ambos lados del mismo.
21.- Captador-concentrador, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cumple los siguientes parámetros:
- una concentración geométrica, definida como la relación entre una superficie de abertura del reflector primario (1) y una superficie receptora de la célula fotovoltaica (4), comprendida en el rango de 1470/1 a 1490/1;
- una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y el área en planta del reflector secundario (2) comprendida en el rango de 42/1 a 44/1 ; y
- una relación entre el área en planta del reflector primario (1) y la distancia entre el reflector primario (1) y el reflector secundario (2), medida en el eje óptico, comprendida en el rango de 655/1 a 685/1.
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