WO2011161275A1 - Procedimiento y sistema de afinado del canal parabólico en colectores solares cilindro-parabólicos - Google Patents

Procedimiento y sistema de afinado del canal parabólico en colectores solares cilindro-parabólicos Download PDF

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Mario ALGUACIL ALGARRADA
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Albiasa Collector Trough, S.L.
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    • Y02E10/47Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a process for refining reflective panels of cylindrical-parabolic solar collectors and the tuning system associated with said process.
  • the invention is within the scope of the processes of assembly of the structure and assembly of mirrors or reflective panels of the parabolic trough collectors, and more specifically in the field of thermo-solar power plants. Allowing to significantly simplify the process of refining said reflective panels in the frame, unifying it in the same assembly position, and reducing for so much time, space and number of operations; In addition to requiring less labor and a reduction in the overall cost of assembly.
  • a solar collector is based on the concentration of sunlight on the focal axis of a parabolic trough collector through the parabolic channel of each reflective panel or mirror, and in said channel a tube is arranged through which a fluid circulates heat carrier; both the reflective panels and the aforementioned tube are fixed to the solar collector frame; and the thermal energy stored by said circulating fluid is used to obtain the electric energy by means of a generating turbine.
  • collectors 100 to 150 meters long and about 6 meters wide are used, consisting of modules of about 12 meters long respectively; additionally they consist of a reflective surface channel of parabolic section in whose focal line, arranged horizontally, is the tube through which the heat transfer fluid circulates; additionally, the structure of each collector must be able to rotate around an axis parallel to the focal line, in order to be able to direct the axis of the parabola towards the sun at every moment of the day; being an automatic system in charge of performing this movement.
  • a typical 50 MW plant in the latitudes and solar radiation of the Iberian Peninsula needs a large amount of parabolic trough: more than 90 linear kilometers, so that the efficiency of the assembly and installation processes of the parabolic trough collectors have great importance both in costs, as in construction times and in the performance of a plant.
  • the components of the parabolic trough collectors normally reach the thermal power plant in the form of loose pieces or small assemblies; to later be assembled in the enclosure of the plant itself in a series assembly chain.
  • the positioning of mirror supports in parabolic trough collectors is an operation that will directly affect the performance of the thermal power plant, since it determines the correct position of the concentrating optics of the sun's rays; and where said operation consists in obtaining that the supports to which the reflective panels are to be screwed, and that will therefore determine their position, remain in the correct position with high precision.
  • each support has an adjustable position; in this way the dimensional errors of the structure are corrected by this regulation and the frame is ready to receive the optics.
  • the positioning of mirror supports in parabolic trough collectors is an operation that will directly affect the performance of the device, since it determines the correct position of the concentrating optics. And it consists, as described above, in ensuring that the supports to which the reflective panels are to be screwed, remain in the correct spatial position, with high precision, of the order of millimeters. In addition to the fact that the manual assembly of these can mean a significant amount of working hours, being also a dangerous operation, due to the possibility of glass breakage, and that requires great effort and a high concentration of the operators.
  • a first aspect relates to the process of refining reflective panels of cylindrical-parabolic solar collectors, so that said method comprises at least one support frame of a plurality of heat concentrating mirrors,
  • the process comprises the following steps: a) placing the plurality of mirrors on a mold-type positioning device so that said mirrors are located in a fixed relative position between them giving rise to a structure of solidarity mirrors called parabolic trough, and
  • step b) in parallel to step a) said at least one frame is assembled; it being understood that the frame is not completely assembled initially and that all its elements have to be coupled forming a rigid structure capable of supporting the parabolic channel.
  • the frame is assembled independently without the need for any tuning bench, so that its assembly is carried out quickly and easily;
  • the mirrors are arranged on a mold that has a geometry that allows the plurality of mirrors to be placed so that they remain in a fixed position and forming the so-called parabolic channel.
  • the positioning of said mirrors is carried out in a simple way as they are easily displaceable elements and based on the positioning device defining the fixed structure; in this way the invention minimizes the manipulation of the mirrors since it limits it to the placement of the mirrors on the positioning device, operation remarkably easier and faster than placing them and screwing them on the frame. This decreases the working time and decreases the effort of the operators.
  • the procedure comprises the following steps: c) transporting the parabolic channel to said at least one frame so that it is in the correct relative position with respect to the position of said, at least one, frame; understood as the correct relative position that position in which the parabolic channel is located above said, at least one, frame so that the subsequent coupling is performed without the need to move the entire parabolic channel; Y
  • the invention greatly simplifies the two processes mentioned in the background, since it joins them in the same assembly station, thus saving time, space and number of operations; or, at the same time, the number of operators required is reduced. In addition to avoiding the need for devices to move the frame from the tuning bench to the mirror mounting post.
  • the transport for the coupling of the entire structure is carried out by transporting said at least one frame; and it is possible to make the least number of displacements of the parabolic channel which needs greater care in its displacements and said, at least one, frame, it it places directly under the parabolic channel by removing the positioning device and coupling them by means of the connecting elements.
  • the parabolic channel is transported to said at least one frame, said transport is carried out by means of a plurality of suction cups that adhere to the upper surface of said parabolic channel.
  • the plurality of suction cups may be located in a superior position with respect to the parabolic channel and be anchored to a bridge-crane device;
  • the movement can be automated and provide the whole with high safety and reliability as well as requiring a lower workforce compared to the state of the art known today.
  • a second aspect that the invention proposes relates to a refining system for reflective panels of cylindrical-parabolic solar collectors; which understands
  • At least one support frame of a plurality of heat concentrating mirrors At least one support frame of a plurality of heat concentrating mirrors
  • said system comprises at least one mold-type positioning device that allows the mirrors to be coupled in a relative position between them and fixed, giving rise to a structure of mirrors integral called parabolic canal.
  • the refining process of reflective panels of cylindrical-parabolic solar collectors and the tuning system associated with said process that the invention proposes it constitutes an advance in the refining of said reflective panels, which makes it possible to simplify said procedure significantly, unifying it in the same assembly position, thus reducing time, space and number of operations; In addition to requiring less labor and a reduction in the overall cost of assembly.
  • Figure 1 Shows a schematic elevation view of an already mounted frame.
  • Figure 2. Shows a schematic view of the mirror positioning device and its assembly sequence.
  • Figure 3. Shows a schematic view of the frame to which the parabolic channel has been coupled and the respective connecting elements have been coupled.
  • a frame (1) supporting a plurality of mirrors (2) heat concentrators,
  • the positioning device (4) is provided, consisting of a series of pieces whose function is to support and maintain in a fixed position each mirror unit (2), so that the set of all units they make up the parabolic channel (5) to be assembled to the frame (1), with the precise shape and dimensions.
  • the mirrors (2) are deposited in the positioning device (4); so that a machine then removes the parabolic canal
  • the operators will be in charge of fixing the parabolic channel (5) at its ends by means of joining elements (3), type bolted joints, remaining at this time the parabolic channel (5) fixed to the frame (1), being able to remove the machine that until now supported the parabolic channel (5).
  • the parabolic channel supports (5) have the function of joining said parabolic channel (5) to the frame (1); and they are designed in such a way that they have a variable position in both joints, remaining in a fixed and definitive position when tightening the connecting elements (3); This system thus absorbs deviations from the dimensional quality of the frame (1).

Abstract

Procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos y sistema asociado al mismo, que comprende al menos un bastidor (1) soporte de una pluralidad de espejos (2) concentradores de calor, una pluralidad de elementos de unión (3) entre dicho, al menos un, bastidor (1) y los espejos (2), y donde el procedimiento comprende las siguientes etapas: a) situar la pluralidad de espejos (2) sobre un dispositivo de posicionado (4) tipo molde de manera que dichos espejos (2) quedan situados en una posición relativa entre ellos fija dando lugar a una estructura de espejos (2) solidaria denominada canal parabólico (5), y b) de manera paralela a la etapa a) se procede a ensamblar dicho, al menos un, bastidor (1).

Description

PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE AFINADO DEL CANAL PARABOLICO EN COLECTORES SOLARES CILINDRO-PARABOLICOS
D E S C R I P C I O N
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos y el sistema de afinado asociado a dicho procedimiento.
La invención se sitúa en el ámbito de los procesos de ensamblaje de la estructura y de montaje de espejos o paneles reflectantes de los colectores cilindro- parabólicos, y más específicamente en el ámbito de las centrales eléctricas termo- solares. Permitiendo simplificar notablemente el procedimiento de afinado de dichos paneles reflectantes en el bastidor, unificándolo en un mismo puesto de ensamblaje, y reduciendo por tanto tiempo, espacio y número de operaciones; además de precisar de una menor mano de obra y de una reducción del costo global de ensamblaje.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El funcionamiento de un colector solar se basa en la concentración de la luz solar en el eje focal de un colector cilindro-parabólico por el canal parabólico de cada panel reflectante o espejo, y en dicho canal se dispone un tubo por el que circula un fluido caloportador; tanto los paneles reflectantes como el tubo citado, se encuentran fijados al bastidor del colector solar; y la energía térmica almacenada por dicho fluido en circulación es utilizada para la obtención de la energía eléctrica mediante una turbina generadora.
En las actuales centrales eléctricas termosolares que utilizan esta tecnología, se vienen utilizando colectores de 100 a 150 metros de largo y unos 6 metros de ancho compuestos por módulos de unos 12 metros de largo respectivamente; adícionalmente constan de un canal de superficie reflectante de sección parabólica en cuya línea focal, dispuesta horizontalmente, se sitúa el tubo por el que circula el fluido caloportador; adicionalmente la estructura de cada colector debe ser capaz de girar alrededor de un eje paralelo a la línea focal, para poder dirigir el eje de la parábola hacia el sol en cada momento del día; siendo un sistema automático el encargado de realizar este movimiento.
Una central típica de 50 MW en las latitudes y radiación solar de la Península Ibérica necesita gran cantidad de canal parabólico: más de 90 Km. lineales, por lo que la eficacia de los procesos de ensamblaje e instalación de los colectores cilindro-parabólicos tienen gran importancia tanto en los costes, como en los tiempos de construcción y en el rendimiento de una central.
Los componentes de los colectores cilindro-parabólicos normalmente llegan a la central térmica en forma de piezas sueltas o pequeños conjuntos; para posteriormente ser ensamblados en el recinto de la propia central en una cadena de ensamblaje en serie.
En dicha cadena de ensamblaje, el posicionado de soportes de espejo en colectores cilindro-parabólicos es una operación que repercutirá directamente en el rendimiento de la central térmica, puesto que determina la correcta posición de la óptica concentradora de los rayos de sol; y donde dicha operación consiste en conseguir que los soportes a los que se van a atornillar los paneles reflectantes, y que por tanto determinarán la posición de éstos, queden en la posición correcta con una elevada precisión.
En la actualidad, las operaciones de afinado de bastidor y montaje de paneles reflectantes en un colector cilindro-parabólico se realizan de la siguiente manera:
1 .- Para el posicionado de los soportes o elmentos de unión de los espejos se utiliza un molde, también conocido como "jig" o banco de afinado, donde se coloca el bastidor ya completamente ensamblado, a falta de fijar los soportes de cada espejo. Una vez que se ha fijado correctamente el bastidor en el banco de afinado, se fija cada soporte de espejo en la posición definida por la posición del propio banco. Por diseño, cada soporte tiene posición regulable; de esta manera los errores dimensionales de la estructura quedan corregidos por esta regulación y el bastidor está listo para recibir la óptica.
2.- A continuación se extrae el bastidor del banco de afinado, se traslada a otro puesto de la cadena de ensamblaje, y se procede a la fase de montaje de la óptica, que está dividida en paneles reflectantes de espejo rígido independientes; donde este proceso es manual.
Se entiende, por tanto, que hasta ahora los procesos de afinado de bastidor y montaje de paneles reflectantes en un colector cilindro-parabólico, vienen siendo dos operaciones separadas en dos puestos diferentes de la cadena de montaje, y que la colocación de los paneles reflectantes en su lugar es una operación manual.
Adicionalmente el posicionado de soportes de espejo en colectores cilindro- parabólicos es una operación que repercutirá directamente en el rendimiento del aparato, pues determina la correcta posición de la óptica concentradora. Y consiste, tal y como se ha descrito anteriormente, en conseguir que los soportes a los que se van a atornillar los paneles reflectantes, queden en la posición espacial correcta, con una elevada precisión, del orden de milímetros. Además de que el montaje manual de éstos pueden significar una notable cantidad de horas de trabajo, siendo además una operación peligrosa, por la posibilidad de rotura del vidrio, y que requiere un gran esfuerzo y una elevada concentración de los operarios.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos y el sistema de afinado asociado a dicho procedimiento que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, de manera que permite simplificar notablemente el procedimiento de afinado de dichos paneles reflectantes en el bastidor, unificándolo en un mismo puesto de ensamblaje, reduciendo por tanto tiempo, espacio y número de operaciones; además de precisar de una menor mano de obra y de una reducción del costo global de ensamblaje.
Un primer aspecto se refiere al procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos, de manera que dicho procedimiento comprende al menos un bastidor soporte de una pluralidad de espejos concentradores de calor,
una pluralidad de elementos de unión entre dicho, al menos un, bastidor y los espejos,
y donde el procedimiento comprende las siguientes etapas: a) situar la pluralidad de espejos sobre un dispositivo de posicionado tipo molde de manera que dichos espejos quedan situados en una posición relativa entre ellos fija dando lugar a una estructura de espejos solidaria denominada canal parabólico, y
b) de manera paralela a la etapa a) se procede a ensamblar dicho, al menos un, bastidor; entendiéndose que el bastidor no se encuentra completamente ensamblado inicialmente y que todos sus elementos han de ser acoplados formando una estructura rígida capaz de soportar el canal parabólico.
Se observa por tanto que el bastidor se ensambla de manera independiente sin necesidad de ningún banco de afinado, de forma que su ensamblaje se realiza de manera rápida y sencilla; de manera paralela a este montaje se disponen los espejos sobre un molde que tiene una geometría tal que permite colocar la pluralidad de espejos de manera que queden en una posición fija y formando el llamado canal parabólico.
La colocación de dichos espejos se realiza de manera sencilla al ser elementos fácilmente desplazables y apoyándose en el dispositivo de posicionado definiendo la estructura fija; de este modo la invención minimiza la manipulación de los espejos pues la limita a la colocación de los mismos sobre el dispositivo de posicionado, operación notablemente más fácil y rápida que el colocarlos y atornillarlos sobre el bastidor. Esto disminuye el tiempo de trabajo y disminuye el esfuerzo de los operarios.
A continuación se exponen dos opciones de procedimiento para completar el ensamblaje de toda la estructura, de modo que la primera de las opciones se describe tal que a partir de las etapas a) y b) el procedimiento comprende las siguientes etapas: c) transportar el canal parabólico hasta dicho, al menos un, bastidor de manera que quede en posición relativa correcta respecto de la posición de dicho, al menos un, bastidor; entendiéndose como posición relativa correcta aquella posición en que el canal parabólico está situado por encima de dicho, al menos un, bastidor para que el posterior acople se realice sin necesidad de desplazar todo el canal parabólico; y
d) acoplar el canal parabólico a dicho, al menos un, bastidor mediante los elementos de unión.
De este modo la invención simplifica notablemente los dos procesos mencionados en los antecedentes, puesto que los une en un mismo puesto de ensamblaje, por lo que se ahorran tiempo, espacio y número de operaciones; o bien, a igual tiempo, se disminuye el número de operarios necesarios. Además de evitarse la necesidad de dispositivos para el traslado del bastidor desde el banco de afinado hasta el puesto de montaje de espejos.
La otra opción que se contempla es una realización inversa de las etapas anteriormente descritas; de manera que a partir de las etapas a) y b) comprende las siguientes etapas: c) transportar dicho, al menos un, bastidor hasta el canal parabólico de manera que quede en posición relativa correcta respecto de la posición de dicho canal parabólico,
d) acoplar dicho, al menos un, bastidor a dicho canal parabólico mediante los elementos de unión.
De esta manera el transporte para el acoplamiento de toda la estructura se realiza mediante el transporte de dicho, al menos un, bastidor; y se consigue realizar el menor número de desplazamientos del canal parabólico el cual necesita de un mayor cuidado en sus desplazamientos y dicho, al menos un, bastidor, se sitúa directamente bajo el canal parabólico extrayendo el dispositivo de posicionado y acoplándoles mediante los elementos de unión.
Respecto de la primera opción; en la cual se transporta el canal parabólico hasta dicho, al menos un, bastidor, dicho transporte se realiza mediante una pluralidad de ventosas que se adhieren a la superficie superior de dicho canal parabólico.
De esta manera la pluralidad de ventosas podrán estar situadas en una posición superior respecto del canal parabólico y estar ancladas a un dispositivo de puente-grúa; pudiendo automatizarse el movimiento y dotar al conjunto de una elevada seguridad y fiabilidad además de precisar de una menor mano de obra frente al estado de la técnica conocido actualmente. Un segundo aspecto que la invención propone se refiere a un sistema de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos; el cual comprende
al menos un bastidor soporte de una pluralidad de espejos concentradores de calor,
una pluralidad de elementos de unión entre dicho bastidor y los espejos, y donde dicho sistema comprende al menos un dispositivo de posicionado tipo molde que permite el acople de los espejos en una posición relativa entre ellos y fija, dando lugar a una estructura de espejos solidaria denominada canal parabólico.
Dotando al sistema de novedad frente al estado de la técnica al disponer de un dispositivo de posicionado para el afinado de paneles reflectantes de manera que dicho dispositivo posicione los propios espejos y den lugar a una estructura solidaria que pueda ser desplazable o a la cual se la pueda acoplar el bastidor de toda la estructura.
Así pues, de acuerdo con la invención descrita, el procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos y el sistema de afinado asociado a dicho procedimiento que la invención propone constituye un avance en el afinado de dichos paneles reflectantes, que permite simplificar notablemente dicho procedimiento, unificándolo en un mismo puesto de ensamblaje, reduciendo por tanto tiempo, espacio y número de operaciones; además de precisar de una menor mano de obra y de una reducción del costo global de ensamblaje.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 .- Muestra una vista esquemática de alzado de un bastidor ya montado.
La figura 2.- Muestra una vista esquemática del dispositivo de posicionado de los espejos y su secuencia de montaje.
La figura 3.- Muestra una vista esquemática del bastidor al que se le ha acoplado el canal parabólico y se han acoplado los respectivos elementos de unión.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como en una de las posibles realizaciones del procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos comprende
un bastidor (1 ) soporte de una pluralidad de espejos (2) concentradores de calor,
una pluralidad de elementos de unión (3) entre dicho bastidor (1 ) y los espejos (2),
y donde el procedimiento comprende las siguientes etapas: a) situar la pluralidad de espejos (2) sobre un dispositivo de posicionado (4) tipo molde de manera que dichos espejos (2) quedan situados en una posición relativa entre ellos fija dando lugar a una estructura de espejos (2) solidaria denominada canal parabólico (5),
b) de manera paralela a la etapa a) se procede a ensamblar dicho bastidor (1 ),
a partir de las etapas a) y b) el procedimiento comprende las siguientes etapas:
c) transportar el canal parabólico (5) hasta dicho bastidor (1 ) mediante una pluralidad de ventosas de manera que quede en posición relativa correcta respecto de la posición de dicho, al menos un, bastidor (1 ),
d) acoplar el canal parabólico (5) a dicho, al menos un, bastidor (1 ) mediante los elementos de unión (3).
De esta manera se precisa de un espacio en donde se realizará la operación de afinado de estructura y montaje de espejos (2); en un lugar cercano a este espacio se dispone el dispositivo de posicionado (4), consistente en una serie de piezas cuya función es sustentar y mantener en una posición fija cada unidad de espejo (2), de manera que el conjunto de todas las unidades conforman el canal parabólico (5) a ensamblar al bastidor (1 ), con la forma y dimensiones precisas.
Posteriormente se depositan los espejos (2) en el dispositivo de posicionado (4); para que a continuación una máquina extraiga el canal parabólico
(5) del dispositivo de posicionado (4) por su parte superior mediante ventosas manteniendo en todo momento la posición relativa entre todos los espejos (2), de manera que traslade el conjunto hasta la posición relativa precisa con respecto al bastidor (1 ).
Una vez que el canal parabólico (5) se encuentra en la posición correcta sobre el bastidor (1 ), los operarios se encargarán de fijar el canal parabólico (5) en sus extremos mediante elementos de unión (3), tipo uniones atornilladas, quedando en este momento el canal parabólico (5) fijado al bastidor (1 ), pudiéndose retirar la máquina que hasta este momento sustentaba al canal parabólico (5).
Los soportes del canal parabólico (5) tienen como función el unir dicho canal parabólico (5) al bastidor (1 ); y están diseñados de manera tal que tienen posición variable en ambas uniones, quedando en una posición fija y definitiva al apretar los elementos de unión (3); este sistema absorbe así las desviaciones de la calidad dimensional del bastidor (1 ).

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 . - Procedimiento de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos, con
- al menos un bastidor (1 ) soporte de una pluralidad de espejos (2) concentradores de calor,
- una pluralidad de elementos de unión (3) entre dicho, al menos, un bastidor (1 ) y los espejos (2),
caracterizado porque el procedimiento comprende las siguientes etapas:
a) situar la pluralidad de espejos (2) sobre un dispositivo de posicionado
(4) tipo molde de manera que dichos espejos (2) quedan situados en una posición relativa entre ellos fija dando lugar a una estructura de espejos (2) solidaria denominada canal parabólico (5), y
b) de manera paralela a la etapa a) se procede a ensamblar dicho, al menos, un bastidor (1 ).
2. - Procedimiento de afinado según la reivindicación 1 , caracterizado porque, a partir de las etapas a) y b), comprende las siguientes:
c) transportar el canal parabólico (5) hasta dicho, al menos, un bastidor (1 ) de manera que quede en posición relativa correcta respecto de la posición de dicho, al menos, un bastidor (1 ), y
d) acoplar el canal parabólico (5) a dicho, al menos, un bastidor (1 ) mediante los elementos de unión (3).
3. - Procedimiento de afinado según la reivindicación 1 , caracterizado porque, a partir de las etapas a) y b), comprende las siguientes:
c) transportar dicho, al menos, un bastidor (1 ) hasta el canal parabólico
(5) de manera que quede en posición relativa correcta respecto de la posición de dicho canal parabólico (5), y
d) acoplar, al menos, un bastidor (1 ) a dicho, canal parabólico (5), mediante los elementos de unión (3).
4. - Procedimiento de afinado, según la reivindicación 2, caracterizado porque el transporte del canal parabólico (5) hasta, al menos, un bastidor (1 ) se realiza mediante una pluralidad de ventosas, que se adhieren a la cara superior de dicho canal parabólico (5).
5.- Sistema de afinado de paneles reflectantes de colectores solares cilíndrico-parabólicos, que comprende:
- al menos un bastidor (1 ) soporte de una pluralidad de espejos (2) concentradores de calor,
- una pluralidad de elementos de unión (3) entre dicho, al menos un, bastidor (1 ) y los espejos (2),
caracterizado porque comprende, al menos, un dispositivo de posicionado (4) tipo molde, que permite el acople de los espejos (2) en una posición relativa entre ellos y fija, dando lugar a una estructura de espejos (2) solidaria denominada canal parabólico (5).
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