WO2013110832A1 - Soporte para facetas - Google Patents

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WO2013110832A1
WO2013110832A1 PCT/ES2013/000011 ES2013000011W WO2013110832A1 WO 2013110832 A1 WO2013110832 A1 WO 2013110832A1 ES 2013000011 W ES2013000011 W ES 2013000011W WO 2013110832 A1 WO2013110832 A1 WO 2013110832A1
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support
heliostat
facet
washer
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Francisco CERÓN GARCIA
Francisco Manuel GÓMEZ MARTÍNEZ
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Abengoa Solar New Technologies, S.A.
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    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention describes a system for supporting the facets to the frame of a heliostat, of those used in thermoelectric solar plants.
  • a heliostat consists of a reflective surface like a mirror, whose main mission is to reflect the solar radiation and direct it to the desired place. Said heliostats are steerable and for this purpose it usually has two drives to carry out an individual tracking of the sun on two axes. These drives allow the heliostat to perform azimuth and elevation movements.
  • the heliostat therefore, is an element that consists of a reflective surface, a supporting structure, an azimuth and elevation drive mechanism, a pedestal, with its corresponding foundation and a local control system.
  • the reflective surface is formed by a set of mirrors, which are on a frame. Each mirror unit together with its frame unit is called a facet. The set of all these facets is the one that will later be mounted on the mobile structure of the heliostat (trusses, arms and drive).
  • these reflecting mirrors are slightly curved, the radius of curvature being one of the critical optical characteristics in the manufacture thereof, since to direct the sunlight correctly to the receiver requires a high precision.
  • the mirrors Depending on the distance to which the receiver is placed, the mirrors have a certain curvature. To achieve the highest possible performance, it is necessary to respect the curvature parameters of the mirror surface as exactly as possible.
  • faceted heliostats we can find in the state of the art, different configurations for the placement of these facets.
  • the patent US4276872A discloses by means of its figures a faceted heliostat, where the facets that compose said heliostats, have a structure or support with a flat reflecting surface. These facets are attached to the support of the heliostat. Also in the patent ES8306688 the facets are attached to the structure bonded or embedded in foam.
  • the patent ES2326586 describes a facet for heliostat, configured from a flat structure, in which the reflective body is curved.
  • the support described for the facet consists of a frame with a series of support points for it.
  • through holes can be provided for the connection of the facet with the support of the heliostat, being able to practice around each of the holes a safety of embossments, which stiffen the area surrounding the holes for a better transmission of the efforts from the holes towards the rest of the zones.
  • any system or invention that manages to simplify the assembly and manufacture of these mirrors, as well as increasing their strength and reliability, represents a very important advance for this type of technology.
  • the present invention aims to develop a facet support that allows to regulate the orientation of the facet inside the heliostat in a way that simplifies the assembly of the mirrors and their replacement in case of breakage of any of them.
  • the present invention consists in a support for fastening the facets to the structure of a heliostat.
  • the claimed support does not use any type of frame for the facet that is glued or welded to the heliostat. But the support that the invention describes has the property, compared to what has been disclosed up to now, of being a support that allows movement and orientation of the facet within the heliostat assembly, without having to have the mirror mounted.
  • the claimed support comprises a connector sheet folded in an "S" shape and a threaded pin.
  • the connecting plate holds the facet to the threaded bolt.
  • the threaded pin holds the connecting plate together with the structure of the heliostat.
  • the connecting plate has in each of its two horizontal surfaces, where it connects with the bolt and the facet, with at least one drill.
  • the connecting plate is rigidly joined to the facet by its upper horizontal surface, by means of a screw with washer or equivalent joining system that passes through the connecting plate through its hole.
  • the lower horizontal surface of the connecting plate is joined to the threaded bolt (introduced by the hole in the sheet metal), by means of the use of a nut, a spherical and a conical washer, for each of its ends. In this way it is possible to adjust the height of the bolt to which the sheet is fixed and, consequently, the orientation of the facet.
  • the bolt at its lower end joins the structure of the heliostat.
  • This support or fixing system allows to regulate the orientation of the facet by regulating the height at which the connector plate is placed, so that it can be adjusted without having to have the facet fixed, which greatly simplifies the process of both the original assembly, as of the replacement of mirrors for maintenance, since replacing a mirror does not imply having to orient all facets again as it happens nowadays.
  • This system is valid for the use of facets with flat or curved reflective surfaces, but it supposes an extraordinary saving in the cost of the heliostat if it is configured with flat facets, since we would not have the need to bend all the mirrors that constitute the surface of the concentrator, maintaining said concentration capacity thanks to the orientation of the mirrors in the desired shape, either paraboloid or even spherical, for the best concentration of solar radiation.
  • the facets of flat reflective surface do not have the effect of astigmatic aberration with which facets have a spherical surface, and its small size can be maintained, which gives it greater advantages, since we can include as many facets as we wish, to shape the heliostat and guide them with this support with great ease and low cost.
  • FIG 1 the whole of the invention is observed.
  • the support holds the facet (10) together with the structure of the heliostat (20).
  • the claimed support comprises, as essential elements, a connecting plate (8) and a threaded pin (4), as well as a fixed connection of the connecting plate (8) to the facet and a mobile connection between the connecting plate (8) and the threaded pin (4).
  • the connecting plate (8) is a folded sheet in the shape of "S" that counts on each of its two horizontal surfaces, top and bottom, with a drill (81, 82).
  • the holes have different diameters due to the different dimensions of the bolt (4) and the screw (6).
  • the connecting plate (8) holds the facet (10) attached to the threaded bolt (4).
  • connection between the connecting plate (8) and the facet (10) is shown in detail in figure 4. It shows how the connecting plate (8) is rigidly joined to the facet (10) by its horizontal surface top, by means of a hexagonal head screw (6) with washer (7) that passes through the connecting plate through the hole (81), threatening on the facet (10).
  • FIG 3 shows the threaded bolt (4).
  • This threaded pin (4) holds the connecting plate (8) together with the structure of the heliostat (20). It is a mobile union.
  • the threaded bolt (4) is inserted through the bore (82) of the lower surface of the connector plate (8), holding it to said plate (8) at both ends, by means of a nut (3) a spherical washer (1) and a conical washer (2).
  • the lower part of the threaded bolt (4) is fixed to the structure by means of two nuts (9) and two washers (5).
  • this joint is mobile allows to fix the orientation of the facet inside the heliostat without the need to have the mirror mounted, which greatly facilitates the maintenance of the heliostat, since in case of breakage of a mirror it is not necessary to return to regular the orientation, if not directly the damaged mirror is replaced by a new one and the orientation of the facet by means of the mobile union of the bolt (4) to the sheet (8) remains intact and only the screw (7) or the Fixed equivalent joint that is installed between the sheet (8) and the facet (10) to perform the maintenance.
  • Figure 5 shows a general view of a preferred embodiment of a flat faceted heliostat, where each of said facets is oriented by the mobile attachment of the claimed support. It is verified how, thanks to this support, the desired curvature in the heliostat can be achieved and its manufacture can be reduced by using flat rather than curved facets.
  • a preferred embodiment can also be described, such as that shown in figure 6, in which the heliostat is formed by facets of cylindrical curvature and with this type of support the general curvature sought by the independent and individual orientation of each one of the facets.
  • This support is designed especially for its application in the manufacture of facets for heliostats of solar concentrating plants, but its extension to other fields of the industry that require assemblies with similar characteristics is not ruled out.

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Abstract

Soporte para facetas que mantiene unidos la faceta (10) a la estructura de un helióstato (20) que comprende una chapa conectora (8), un perno roscado (4), una unión fija de la chapa conectora (8) a la faceta (10) y una unión móvil entre la chapa conectora (8) y el perno roscado (4). La unión móvil permite el montaje y desmontaje de la faceta sin necesidad de reorientar la mista así como permite la orientación de la faceta sin necesidad de tenerla colocada.

Description

SOPORTE PARA FACETAS Sector técnico de la invención
La presente invención describe un sistema de soporte de las facetas al bastidor de un heliostato, de los utilizados en las plantas solares termoeléctricas.
Antecedentes de la invención
Un heliostato consiste en una superficie reflectante a modo de espejo, cuya principal misión es la de reflejar la radiación solar y dirigirla hacia el lugar deseado. Dichos heliostatos son orientables y para ello habitualmente dispone de dos accionamientos para realizar un seguimiento individual del sol en dos ejes. Estos accionamientos permiten al heliostato realizar un movimiento azimutal y otro de elevación.
El heliostato, por lo tanto, es un elemento que consta de una superficie reflectiva, una estructura soporte, un mecanismo de accionamiento en azimut y elevación, un pedestal, con su correspondiente cimentación y un sistema de control local.
La superficie reflectiva está formada por un conjunto de espejos, que se encuentran sobre un bastidor. Cada unidad de espejo junto con su unidad de bastidor se denomina faceta. El conjunto de todas estas facetas es el que posteriormente será montado sobre la estructura móvil del heliostato (cerchas, brazos y accionamiento).
Para concentrar la radiación solar estos espejos reflectores son ligeramente curvados, siendo el radio de curvatura una de las características ópticas críticas en la fabricación de los mismos, pues para dirigir la luz solar correctamente hasta el receptor se requiere una gran precisión.
Según la distancia a la que se sitúe el receptor, los espejos presentan una curvatura determinada. Para conseguir un rendimiento lo más elevado posible, es necesario respetar lo más exactamente posible los parámetros de curvatura de la superficie de espejo.
También es posible construir heliostatos a base de facetas planas y orientarlas de manera que el conjunto total del heliostato tome la curvatura deseada.
En lo que se refiere a heliostatos facetados, podemos encontrar en el estado del arte, diferentes configuraciones para la colocación de dichas facetas. La patente US4276872A divulga mediante sus figuras un heliostato facetado, donde las facetas que componen dicho heliostatos, cuentan con una estructura o soporte con una superficie reflectante plana. Dichas facetas se encuentran pegadas al soporte del heliostato. También en la patente ES8306688 las facetas se sujetan a la estructura pegadas o empotradas en espuma.
En la patente ES2351755 se describe un sistema de fabricación de facetas para heliostatos, constituidas por una superficie reflectante y un bastidor.
Existen en el estado de la técnica soportes de facetas tipo bastidor como el descrito en la patente US4373783 (25, figura 3) compuesto por una plancha superior y otra inferior paralelas (27, 29) con estructura interna a base de vigas (35) adheridas o soldadas a dichas planchas.
La patente ES2326586 describe una faceta para helióstato, configurada a partir de una estructura plana, en la que el cuerpo reflectante se encuentra curvado. El soporte descrito para la faceta consiste en un bastidor con una serie de puntos de apoyo para la misma. En cada uno de los puntos de apoyo se pueden disponer orificios pasantes para la conexión de la faceta con el soporte del helióstato, pudiéndose practicar alrededor de cada uno de los orificios una pluridad de embuticiones, las cuales rigidizan la zona que rodea a los orificios para una mejor transmisión de los esfuerzos desde los orificios hacia el resto de las zonas.
Es de vital importancia desarrollar helióstatos resistentes, fiables, con elevada calidad óptica y a un bajo coste para conseguir que una planta termosolar sea lo más rentable posible, pues el campo de helióstatos es responsable de aproximadamente la mitad del coste total de estas centrales.
Por ello, cualquier sistema o invención que consiga simplificar el montaje y la fabricación de estos espejos, así como aumentar su resistencia y fiabilidad, supone un avance importantísimo para este tipo de tecnología.
Por todo ello, la presente invención tiene como objetivo desarrollar un soporte de facetas que permita regular la orientación de la faceta dentro del helióstato de manera que simplifique el montaje de los espejos y su sustitución en caso de rotura de alguno de ellos.
Descripción de la invención
La presente invención consiste en un soporte para sujetar las facetas a la estructura de un helióstato.
A diferencia del estado de la técnica conocido, el soporte reivindicado no utiliza ningún tipo de bastidor para la faceta que vaya pegado o soldado al helióstato. Sino que el soporte que la invención describe tiene la propiedad, frente a lo divulgado hasta el momento, de ser un soporte que permite movimiento y orientación de la faceta dentro del conjunto del helióstato, sin necesidad de tener el espejo montado. El soporte reivindicado comprende una chapa conectora plegada en forma de "S" y un perno roscado.
La chapa conectora mantiene unida la faceta al perno roscado.
El perno roscado mantiene unidos la chapa conectora con la estructura del helióstato. La chapa conectora cuenta en cada una de sus dos superficies horizontales, donde conecta con el perno y con la faceta, con al menos un taladro.
La chapa conectora se une de forma rígida a la faceta por su superficie horizontal superior, mediante un tornillo con arandela o sistema de unión equivalente que atraviesa la chapa conectora por su taladro.
Así mismo, la superficie horizontal inferior de la chapa conectora se une al perno roscado (introducido por el taladro de la chapa), mediante el uso de una tuerca, una arandela esférica y otra cónica, por cada uno de sus extremos. De esta manera se puede regular la altura del perno a la que se fija la chapa y, en consecuencia, la orientación de la faceta.
El perno por su extremo inferior, se une a la estructura del helióstato.
Este soporte o sistema de fijación permite regular la orientación de la faceta regulando la altura a la que se sitúa la chapa conectora, de manera que se puede regular sin necesidad de tener la faceta fijada, lo que simplifica mucho el proceso tanto del montaje original, como de la sustitución de espejos por mantenimiento, ya que sustituir un espejo no implica tener que orientar todas las facetas de nuevo como ocurre en la actualidad.
Este sistema es válido para la utilización de facetas con superficies reflectantes planas o curvas, pero supone un extraordinario ahorro en el coste del helióstato si se configura con facetas planas, ya que no contaríamos con la necesidad de curvar todos los espejos que constituyen la superficie del concentrador, manteniendo dicha capacidad de concentración gracias a la orientación de los espejos en la forma deseada, ya sea de paraboloide o incluso esférica, para la mejor concentración de la radiación solar.
Además las facetas de superficie reflectante plana no cuentan con el efecto de aberración astigmático con el que cuentan las facetas de superficie esférica, y puede mantenerse su tamaño pequeño, que le confiere mayores ventajas, puesto que podemos incluir tantas facetas como deseemos, para conformar el conjunto del helióstato y orientarlas con este soporte con gran facilidad y bajo coste. Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
5 Figura 1 Conjunto soporte de faceta
Figura 2 Alzado y planta de chapa conectora
Figura 3 Perno roscado
Figura 4 Detalle de la unión chapa conectora-faceta
Figura 5 Helióstato de facetas planas orientadas
10 Figura 6 Helióstato de facetas cilindricas orientadas
Listado de referencias:
1) Arandela esférica
2) Arandela cónica
3) Tuerca
15 4) Perno roscado
5) Arandela
6) Tornillo cabeza hexagonal
7) Arandela
8) Chapa conectora
20 81) Taladro superficie horizontal superior de la chapa conectora
82) Taladro superficie horizontal inferior de la chapa conectora
9) Tuerca
10) Faceta
20) Estructura del helióstato
25 Realización preferente de la invención
Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir, en base a las figuras, una realización preferente del conjunto de soporte de facetas.
En la figura 1 se observa el conjunto de la invención. El soporte mantiene unidos la faceta (10) con la estuctura del helióstato (20).
30 El soporte reivindicado comprende, como elementos esenciales, una chapa conectora (8) y un perno roscado (4), así como una unión fija de la chapa conectora (8) a la faceta y una unión móvil entre la chapa conectora (8) y el perno roscado (4).
Como se observa en la figura 2, la chapa conectora (8) es una chapa plegada en forma de "S" que cuenta en cada una de sus dos superficies horizontales, superior e inferior, con un taladro (81 , 82). En una realización preferente, los taladros tienen distintos diámetros debido a las distintas dimensiones del perno (4) y del tornilo (6).
La chapa conectora (8) mantiene unida la faceta (10) al perno roscado (4).
La unión entre la chapa conectora (8) y la faceta (10) se muestra en detalle en la figura 4. En ella se observa cómo la chapa conectora (8) se une de forma rígida a la faceta (10) por su superficie horizontal superior, mediante un tornillo (6) de cabeza hexagonal con arandela (7) que atraviesa la chapa conectora por el taladro (81) roscando en la faceta (10).
En la figura 3 se muestra el perno roscado (4). Este perno roscado (4) mantiene unidos la chapa conectora (8) con la estructura del helióstato (20). Se trata de una unión móvil. Como se observa en la figura 1 , para realizar esa unión, el perno roscado (4) se introduce por el taladro (82) de la superficie inferior de la chapa conectora (8), sujetándolo a dicha chapa (8) por ambos extremos, mediante una tuerca (3) una arandela esférica (1) y una arandela cónica (2). La parte inferior del perno roscado (4), se fija a la estructura mediante dos tuercas (9) y dos arandelas (5).
El hecho de que esta unión sea móvil permite fijar la orientación de la faceta dentro del helióstato sin necesidad de tener montado el espejo, lo que facilita enormemente el mantenimiento del helióstato, ya que en caso de rotura de un espejo no es necesario volver a regular la orientación, si no que directamente se sustituye el espejo dañado por uno nuevo y la orientación de la faceta mediante la unión móvil del perno (4) a la chapa (8) queda intacta y sólo habría que soltar el tornillo (7) o la unión fija equivalente que se instale entre la chapa (8) y la faceta (10) para realizar el mantenimiento.
La figura 5 muestra una vista general de una realización preferente de un helióstato de facetas planas, donde cada una de dichas facetas se orienta gracias a la unión móvil del soporte reivindicado. Se comprueba como, gracias a este soporte, se puede lograr la curvatura deseada en el helióstato y se puede abaratar su fabricación usando facetas planas en lugar de curvadas.
También se puede describir una realización preferente, como la que se muestra en la figura 6, en la que el helióstato está formado por facetas de curvatura cilindrica y con este tipo de soporte se logra la curvatura general buscada mediante la orientación independiente e individual de cada una de las facetas.
Este soporte está diseñado especialmente para su aplicación en la fabricación de facetas para heliostatos de plantas de concentración solar, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran montajes de características similares.

Claims

REIVINDICACIONES
1- Soporte para facetas (10) de hellostatos el cual mantiene unidos la faceta (10) a la estructura de un heliostato (20) el cual comprende una chapa conectora (8), un perno (4), una unión fija de la chapa conectora (8) a la faceta (10) y una unión móvil entre la chapa conectora (8) y el perno (4).
2. - Soporte para facetas (10) según reivindicación 1 caracterizado porque la chapa conectora (8) es una chapa plegada en forma de "S" que cuenta en cada una de sus dos superficies horizontales, superior e inferior, con al menos un taladro (81 , 82).
3. - Soporte para facetas (10) según reivindicación 2 caracterizado porque la unión fija entre la chapa conectora (8) y la faceta (10) se realiza por la superficie horizontal superior de la chapa conectora (8), mediante un tornillo (6) con arandela (7) que atraviesa la chapa conectora por el taladro (81) roscando en la faceta (10).
4. - Soporte para facetas (10) según reivindicación 2 caracterizado porque en la unión móvil entre la chapa conectora (8) y el perno (4) se utiliza un perno roscado (4) con una tuerca (3) y dos arandelas (1 , 2) que se jcolocan en el perno roscado (4), introduciéndose el perno (4) por el taladro (82) de la superficie inferior de la chapa conectora (8).
5. - Soporte para facetas (10) según reivindicación 4 caracterizado porque una arandela es esférica (1) y la otra arandela es cónica (2).
6.- Soporte para facetas (10) según reivindicación 2 caracterizado porque la unión entre el perno roscado (4) y la estructura del heliostato (20) se realiza mediante una tuerca (9) y una arandela (7).
7.- Heliostato de facetas planas caracterizado porque el soporte que une las facetas planas a la estructura del heliostato es del tipo descrito en las reivindicaciones 1 -6.
8.- Heliostato de facetas cilindricas caracterizado porque el soporte que une las facetas cilindricas a la estructura del helióstato es del tipo descrito en las reivindicaciones 1-6.
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