CAPTADOR-CONCENTRADOR DE ENERGIA SOLAR CON OPTICA DE TIPO CASSEGRAIN.

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 juntocon 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

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 fotovoltaica 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...

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.