Sistema y procedimiento de unión articulada de elementos reflectores solares a estructuras de soporte.

Un sistema de unión articulada (1'') de elementos reflectores solares a estructuras de soporte que comprende

un elemento de fijación macho (3'')

un cuerpo principal de unión (2''),

destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio pasante (14'') destinado a recibir el elemento de fijación macho (3''), disponiendo el orificio pasante (14'') del cuerpo principal de unión (2'') de un diamétro sustancialmente mayor de aquél del elemento de fijación macho (3'') que permite el giro de dicho elemento de fijación macho (3'') alrededor de cualquier eje en el espacio que pasa a través de un punto fijo de giro del cuerpo principal de unión (2''), y

una arandela esférica (4''') con un orificio pasante (15') destinada a permitir el paso a su través del elemento de fijación macho (3''), disponiendo el elemento de fijación macho (3'') de un primer extremo para alojarse en el orificio pasante (14'') del cuerpo principal de unión (2'') y un segundo extremo para recibir un elemento de fijación hembra (5'') destinado a fijar de forma rígida todo el elemento reflector (13) y conjunto de estructura de soporte,

caracterizado porque

el cuerpo principal de unión (2'') comprende una zona central elevada y curvada (20) en la que se sitúa el orificio pasante (14'') y una apertura lateral que comunica con una ventana (18),

la arandela esférica (4''') descansa sobre la superficie de la zona curvada (20) del cuerpo principal de unión (2''), y porque

el elemento de fijación macho (3'') comprende una cabeza esférica (9''), la cabeza esférica (9'') del elemento de fijación macho (3'') se ajusta, en situación de operación, a la superficie interior de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2'').

Sistema y procedimiento de unión articulada de elementos reflectores solares a estructuras de soporte Campo técnico de la Invención La presente invención se refiere a un sistema de unión articulada de elementos reflectores solares a estructuras de soporte. Este sistema garantiza por un lado la inmovilidad espacial y temporal (continuidad y permanencia) durante la vida del elemento reflector frente a las fuerzas que actúan sobre el sistema, y al mismo tiempo, garantiza durante los procesos de fijación y anclaje de los elementos reflectores a la estructura de soporte, un equilibrio elástico temporal que minimiza los esfuerzos sobre el elemento reflector manteniéndolo en su posición relajada de equilibrio y por tanto conservando sus propiedades ópticas de concentración.

Este sistema de unión articulada es de aplicación a la unión de elementos reflectores a estructuras de soporte dentro del ámbito de la generación de energía eléctrica por concentración de la radiación solar.

Antecedentes de la Invención La tecnología en la que se enmarca la presente invención, conocida como tecnología termosolar de concentración, permite, gracias a las elevadas temper aturas obtenidas al concentrar la radiación solar, la obtención de vapor o aire calientes que se emplearán para la generación de electricidad siguiendo procesos convencionales.

De entre las diferentes variantes para generar electricidad por concentración de la radiación solar, la utilización del elemento de fijación objeto de la presente invención resulta especialmente ventajosa para la tecnología cilindroparabólica (CCP) .

En el contexto de esta invención, se denomina geometría tipo cilíndrico a aquella superficie que está formada por rectas paralelas y cuya intersección en cualquier punto de la superficie con un plano perpendicular a las mismas determina una curva constante. En el caso particular en que la citada sección defina una curva sustancialmente parabólica, diremos que tiene una geometría cilindro-parabólica.

La tecnología CCP utiliza colectores que captan la radiación solar mediante una serie de reflectores de sección cilindro-parabólica que concentran los rayos solares sobre un tubo receptor situado en la línea focal de los reflectores. A través de este tubo fluye el fluido de trabajo mientras se calienta, hasta finalmente transferir su calor a una caldera o un sistema de acumulación de potencia. Ambos, reflector y tubo receptor (también llamado tubo absorbedor) , van montados sobre una estructura metálica que aporta rigidez al sistema, y permite realizar el movimiento de seguimiento del sol alrededor de un eje de giro para optimizar la radiación incidente. Al conjunto formado por reflectores, tubo absorbedor, estructura de soporte y sistema de seguimiento se le conoce como colector solar.

Los reflectores empleados en la captación de la radiación, deben presentar una alta precisión geométrica de concentración en su fabricación, la cual viene definida por la característica intrínseca del reflector denominada factor de interceptación. El factor de interceptación se define como la relación existente entre la energía que el reflector es capaz de reflejar sobre el tubo absorbedor y el total de energía que incide sobre el reflector, expresada en términos porcentuales.

Un colector de una central de concentración solar es un sistema de precisión, donde la estructura sobre la que se monta el sistema de captación debe presentar una exactitud de posicionado suficiente para que, al realizar el montaje de reflectores y tubo absorbedor, la posición relativa entre ellos sea lo más próxima posible a la teórica, y por tanto, se mantenga el factor de interceptación con el que ha sido fabricado el reflector.

Sin embargo, la disposición y fijación de los reflectores sobre la estructura de soporte, no garantizan que el porcentaje de radiación solar reflejada sobre el tubo absorbedor sea el definido por el factor de interceptación del reflector, sino que se asume una pérdida de interceptación inevitable una vez finalizado el proceso de montaje. Dicha pérdida de interceptación será más o menos importante dependiendo de la precisión de fabricación y montaje de la estructura metálica, de la calidad de la superficie del reflector y de la calidad de la unión entre reflector y estructura. Esto obliga a procesos de fabricación y ensamblado de la estructura metálica de elevado coste, que garanticen una precisión mínima, y aún así, sigue siendo inevitable la pérdida de interceptación. Del mismo modo, la unión entre reflector y estructura se convierte en un parámetro crítico en el proceso de fabricación del reflector, exigiendo precisiones de montaje tan elevadas que rozan los límites de lo técnicamente factible y requieren costosos controles de calidad.

El componente funcional para la captación de la radiación solar en la generación de energía termosolar es el colector. Debido al gran desarrollo experimentado por esta industria a lo largo de los últimos años, se tienen gran variedad de diseños de colectores, algunos ejemplos de los cuales se pueden ver en los documentos ES2274710A1, ES2326303A1.

En plantas comerciales actualmente en construcción y operación basadas en tecnología CCP, el tipo de colector

utilizado, aunque con distintas variantes, presenta las mismas características básicas. La longitud de uso común de cada colector varía entre 100 y 150 metros. A su vez, cada colector se subdivide en módulos de generalmente de 12 m de longitud, que constituyen la unidad constructiva durante el montaje. Cada módulo, consta de los siguientes elementos básicos:

El reflector cilindro-parabólico: La radiación solar incide directamente en el reflector que la refleja y concentra en la línea focal de la parábola extruida. Existen diversas variantes de reflectores con distintos materiales, como plásticos, vidrios, metales... Sin embargo, hasta ahora, los reflectores que han demostrado su validez y que se están utilizando comercialmente en los campos solares utilizan un sustrato de vidrio. Una configuración típica de un reflector solar parábolico, es un vidrio monolítico o laminar, con o sin tratamiento térmico, de 4 ó 5 mm de espesor y de dimensiones aproximadas en desarrollo en torno a 1700 mm por 1600 mm. Generalmente cada módulo lleva montados 28 reflectores dispuestos a lo largo de 7 secciones cilindro-parabólicas, de forma que cada sección consta de cuatro reflectores individuales.

Tubo absorbedor: Recibe la radiación concentrada de los reflectores que transfiere en forma de energía calorífica a un fluido que circula por su interior.

Estructura mecánica de soporte: Sirve de soporte al resto de los componentes, asegurando la posición relativa entre ellos y aportando rigidez al sistema.

Sistema de seguimiento: Mecanismo que hace girar al conjunto alrededor de un único eje, de forma que se optimice la radiación solar incidente sobre el área de apertura de los reflectores.

La estructura metálica debe ser capaz de aguantar los esfuerzos en el transporte y montaje así como los esfuerzos en operación, tales como cargas de viento y térmicas, etc. A su vez, debe permitir la unión adecuada y con la precisión suficiente de todos los distintos componentes que garantice el rendimiento óptico del conjunto. Existen múltiples variantes en el diseño de estructuras. No obstante, el diseño que ha alcanzado mayor implantación en la actualidad y para el cual resulta más ventajosa la presente invención, es el denominado "estructura de cuerpo central y brazos". Esta estructura, comprende un cuerpo central, también llamado caja o tubo de torsión, dispuesto paralelamente al eje del tubo absorbedor, al que se fijan perpendicularmente un conjunto de brazos, normalmente con estructura metálica de celosía en voladizo. Sobre estos brazos se fijarán posteriormente los reflectores en un número determinado de uniones rígidas, de forma general al menos cuatro por reflector. Ejemplos de este tipo de estructura lo constituyen los documentos anteriormente mencionados ES2274710A1, ES2326303A1.

De entre todos los componentes necesarios para el funcionamiento de una planta de generación eléctrica termosolar, los reflectores se sitúan entre los más críticos para su productividad. Las características que determinan la calidad del reflector son la reflectividad, que depende del material y procedimiento de aplicación de las capas reflectantes, y el factor de interceptación, que depende exclusivamente de las bondades de la geometría del reflector. El valor de ambos parámetros, es directamente proporcional al valor de la energía producida en una central termosolar, y por tanto, al nivel de ingresos de la misma. Esto significa... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de unión articulada (1) de elementos reflectores solares a estructuras de soporte que comprende un elemento de fijación macho (3)

un cuerpo principal de unión (2) , destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio pasante (14) destinado a recibir el elemento de fijación macho (3) , disponiendo el orificio pasante (14) del cuerpo principal de unión (2) de un diamétro sustancialmente mayor de aquél del elemento de fijación macho (3) que permite el giro de dicho elemento de fijación macho (3) alrededor de cualquier eje en el espacio que pasa a través de un punto fijo de giro del cuerpo principal de unión (2) , y una arandela esférica (4) con un orificio pasante (15) destinada a permitir el paso a su través del elemento de fijación macho (3) , disponiendo el elemento de fijación macho (3) de un primer extremo para alojarse en el orificio pasante (14) del cuerpo principal de unión (2) y un segundo extremo para recibir un elemento de fijación hembra (5) destinado a fijar de forma rígida todo el elemento reflector (13) y conjunto de estructura de soporte, caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2) comprende una zona central elevada y curvada (20) en la que se sitúa el orificio pasante (14) y una apertura lateral que comunica con una ventana (18) , la arandela esférica (4) descansa sobre la superficie de la zona curvada (20) del cuerpo principal de unión (2) , y porque el elemento de fijación macho (3) comprende una cabeza esférica (9) , la cabeza esférica (9) del elemento de fijación macho (3) se ajusta, en situación de operación, a la superficie interior de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2)

2. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2) comprende una lámina inferior (21) plana destinada a fijarse al elemento reflector (13) .

3. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro del orificio pasante

(14) permite el giro del elemento de fijación macho (3) en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente 2°.

4. Sistema de unión articulada (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque comprende una arandela (12) destinada a quedar dispuesta entre la estructura de soporte (10) y el elemento de fijación hembra (5) .

5. Un reflector para concentradores de energía solar que comprende al menos un sistema de unión articulada (1) a su estructura de soporte según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

6. Una instalación reflectante de energía solar que comprende al menos un reflector según la reivindicación 5.

7. Un procedimiento de unión de un elemento reflector (13) a su estructura de soporte que comprende las siguientes etapas:

Proveer al menos un sistema de unión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4;

Fijación del al menos un sistema de unión (1) sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, en una posición coincidente con la correspondiente zona de unión de la estructura de soporte;

Posicionamiento del elemento reflector con el al menos un sistema de unión (1) sobre la estructura de soporte; y Fijación del conjunto para obtener una unión rígida.