Concentrador de energía solar y proceso de montaje.

Incluye al menos un módulo con una superficie curvo-cóncava reflectante de espejo que concentra la radiación lumínica hacia unos dispositivos para obtener después energía eléctrica.

También cuenta con medios para orientar esa superficie de espejo acorde con la posición del sol.

Se caracteriza porque cada módulo comprende un ligero y delgado cuerpo laminar de estructura arqueada que incorpora la superficie de espejo curvo-cóncava, estando este cuerpo laminar asociado a unos soportes de rigidización que estabilizan y rigidizan esa estructura arqueada para mantener esta forma, la cual apoya en un suelo con interposición de medios de guiado mediante los cuales la estructura arqueada bascula y se traslada rodando hacia uno u otro lado dependiendo de un sensor de luz o temporizador que activa un dispositivo que posiciona cada módulo en tiempo real con la orientación requerida según la posición del sol.

Concentrador de energía solar y proceso de montaje.

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un concentrador de energía solar y proceso de montaje.

Está destinado como su propio nombre indica para concentrar la radiación lumínica del sol con el fin de obtener energía eléctrica o energía en forma de calor para calentar fluidos, tal como agua.

El concentrador comprende módulos de un elevado rendimiento que poseen una ligera y sencilla estructura, que requiere un bajo coste en su instalación, requiriendo además un bajo coste por cada módulo.

Además el proceso de montaje es sustancialmente simple y rápido, pudiéndose instalar directamente en el suelo o con interposición de unas guías que permitan tanto el montaje de los módulos como una característica movilidad que combina un movimiento basculante y un movimiento de traslación en dos sentidos opuestos con limitación de movimiento para cada lado, dependiendo todo ello de la orientación y posición del sol.

Evidentemente la orientación de los módulos es automática para que los mismos se sitúen en tiempo real con la posición más adecuada con respecto a la posición del sol y así conseguir la máxima radiación lumínica y por tanto un gran aprovechamiento de la energía solar.

Antecedentes de la invención

En la actualidad la generación de electricidad a partir de células fotovoltáicas se basa en la propiedad de los materiales semiconductores que las componen de generar electrones cuando incide la luz en su superficie. Los fotones de luz provocan que los electrones abandonen su órbita creando de este modo una diferencia de potencial y una corriente eléctrica al unir polos de diferente tensión. Tales células fotovoltáicas se colocan en serie o en paralelo si lo que se pretende conseguir es más tensión o más corriente.

La tensión producida por las células es continua de manera que para conseguir corriente alterna se aplicará un circuito electrónico que convierta la corriente continua en corriente alterna. El nivel de tensión o de corriente eléctrica está también determinado por la cantidad de luz que incide en la célula, de manera que cuanta más luz más corriente de electrones y por tanto más energía eléctrica.

Por otra parte se están investigando células de materiales distintos a los semiconductores, cuyo valor de tensión permanece constante, independientemente de la cantidad de luz incidente. Esto supone un gran avance, puesto que en días de poca luz o nublados, el valor de tensión permanece constante.

Otro parámetro que influye en el nivel de potencia eléctrica generada por las células es el espectro o color de luz incidente. La respuesta de potencia de las células es distinta a diferentes espectros o colores. En función del material o la estructura de las células se comportan de manera distinta frente a los diferentes rangos de colores, de manera que la célula ideal sería la que tuviera una respuesta igual y lineal frente a todo el espectro de luz, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.

No obstante en la práctica esto es difícil de conseguir, de manera que de un haz de luz blanca, que contiene toda la gama de colores, una célula solo aprovecha una porción que corresponde a la frecuencia de luz a la que la célula es más sensible.

Lo que en la actualidad se hace para conseguir un mayor rendimiento es colocar finas láminas fotovoltáicas de distintas respuestas al espectro de luz y que en conjunto cubren todo el espectro, estando pegadas unas sobre otras para conseguir una mayor eficiencia. El inconveniente de este método es que las mismas láminas obstruyen parcialmente el paso de luz.

Se ha experimentado por otro lado la descomposición de la luz con un filtro holográfico para hacer incidir la luz de los distintos colores con la correspondiente célula optimizada para ese color.

El inconveniente de esta técnica es que la distancia o punto de foco entre el filtro y el punto de incidencia de la luz es muy alto, siendo necesario mucho espacio y volumen para el montaje de un módulo compuesto de filtro holográfico y células solares. También estos filtros generan dos haces a partir de la luz que los atraviesa: el haz principal que sigue siendo de luz blanca y el secundario, compuesto este por la gama de colores del espectro de luz. Además este segundo se aprovecha pero el principal no.

Otra técnica para la descomposición de la luz en colores es la ya conocida por la óptica que se basa en la utilización de unos o varios prismas.

Con respecto a esta técnica se sabe que la NASA ha realizado ensayos confeccionando una bóveda compuesta de pequeños prismas que descomponen la luz en colores y que incide en pequeñas células solares optimizadas para las distintas longitudes de onda alineadas verticalmente debajo de la bóveda.

Este diseño requiere mucho espacio y volumen a la vez que los prismas no descomponen el 100% de la luz que se refleja en sus caras, generando por tanto pérdidas de rendimiento. Además los prismas necesitan altos niveles de luz para descomponer la luz en colores, de manera que si el día está nublado o hay poca luz, el prisma o prismas se comportan como si se tratara de una superficie opaca y por lo tanto prácticamente no se podría obtener energía.

Por otra parte una planta solar fotovoltáica está compuesta de células solares y de mecanismos que ayudan a dirigir las placas hacia donde se encuentra el sol, realizando el mismo recorrido que hace el sol a lo largo de una jornada.

Para conseguir esto fundamentalmente se utilizan sensores y circuitos que determinan la posición del sol y mediante motores o servomotores se mueven las placas para dirigirlas hacia el punto deseado.

Los motores requieren estructuras fuertes, caras y pesadas, a la vez que de compleja instalación, lo que repercute de manera decisiva en los tiempos de ejecución de instalación de una planta solar fotovoltáica compuesta por miles de módulos.

Otros sistemas conocidos que se están empleando en la realización de plantas solares es el uso de concentradores solares de espejo o de lentes Fresnel, de menor coste que las células fotovoltáicas para conseguir focalizar la luz del sol sobre las células respectivas. De este modo se emplean menos células para una misma superficie de terreno.

No obstante este sistema presenta el inconveniente de que al concentrar la luz, concentramos también el calor y las células solares reducen su rendimiento de forma notable debido particularmente al aumento de la temperatura. En resumen pues se puede decir que en la actualidad las plantas solares conocidas son caras, complejas, de difícil instalación y también de difícil ejecución. Todo esto hace que la energía fotovoltáica no sea una alternativa factible y real, teniendo en cuenta que además dependen de las condiciones meteorológicas.

Así pues, para que una planta solar sea factible y que la energía fotovoltáica sea una buena alternativa a considerar en el campo de la generación eléctrica para uso doméstico, debe ser de bajo coste y de fácil y rápida instalación, a la vez que debe soportar ser eficiente a las condiciones meteorológicas adversas.

Descripción de la invención

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un concentrador de energía solar que parte de al menos un módulo con una superficie curvo-cóncava reflectante de espejo que concentra la radiación lumínica hacia unos dispositivos para obtener después energía eléctrica, incluyendo además medios para orientar esa superficie de espejo acorde con la posición del sol.

Se caracteriza porque cada módulo comprende un ligero y delgado cuerpo laminar de estructura arqueada que incorpora la superficie de espejo curvo-cóncava, estando dicho cuerpo laminar asociado a unos soportes de rigidización que estabilizan y rigidizan esa estructura arqueada para mantener esta forma, la cual apoya en un suelo con interposición de medios de guiado mediante los cuales la estructura arqueada bascula y se traslada rodando hacia uno u otro lado dependiendo de un sensor de luz o temporizador que activa un dispositivo que posiciona cada módulo en tiempo real con la orientación requerida de acuerdo con la posición del sol.

En una realización...

1. Concentrador de energía solar, que incluyendo al menos un módulo con una superficie curvo-cóncava reflectante de espejo que concentra la radiación lumínica hacia unos dispositivos para obtener después energía eléctrica, e incluyendo además medios para orientar esa superficie de espejo acorde con la posición del sol, se caracteriza porque cada módulo (1) comprende un ligero y delgado cuerpo laminar de estructura arqueada (2) que incorpora la superficie de espejo curvo-cóncava, estando dicho cuerpo laminar (2) asociado a unos soportes de rigidización (3) que estabilizan y rigidizan esa estructura arqueada para mantener esta forma, la cual apoya en un suelo (28) con interposición de medios de guiado mediante los cuales la estructura arqueada bascula y se traslada rodando hacia uno u otro lado dependiendo de un sensor de luz o temporizador que activa un dispositivo que posiciona cada módulo en tiempo real con la orientación requerida de acuerdo con la posición del sol.

2. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para posicionar en tiempo real cada módulo o conjunto de módulos (1) comprende dos depósitos laterales (6) que en función de la variación relativa entre los pesos del material contenido en tales depósitos (6) varía la orientación del módulo respectivo (1), pasando material de uno a otro depósito (6) mecánica y/o eléctricamente para equilibrar y alcanzar cada posición del módulo (1) dependiendo de un sensor de luz o temporizador, trasvasándose material de uno a otro depósito (6) y viceversa, acorde con la posición del sol.

3. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 2, caracterizado porque los depósitos laterales (6) cuelgan de forma basculante de la parte más elevada de los laterales de cada módulo (1) a lo largo de los mismos.

4. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque el material contenido en los depósitos (6) es un fluido líquido que se trasvasa mediante circuito cerrado de uno a otro depósito (6) por zonas inferiores con ayuda de una bomba asociada al sensor de luz o temporizador.

5. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque los depósitos (6) son cuerpos huecos cerrados de estructura esencialmente tubular afectados de unas diminutas perforaciones superiores.

6. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para posicionar en tiempo real cada módulo o conjunto de módulos (1) comprende al menos un elemento motor lineal, tal como un cilindro hidráulico o neumático (9), que actúa sobre cada módulo o conjunto de módulos (1) para hacerlos bascular hacia uno u otro lado, conectándose el vástago del respectivo cilindro (9) en correspondencia con los bordes superiores del respectivo módulo o conjunto de módulos (1).

7. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para posicionar en tiempo real cada módulo o conjunto de módulos (1) comprende al menos un elemento motor giratorio (10) cuyo eje de giro de salida conecta con una polea (11) donde se acopla una correa (12) o similar acoplada en otro elemento giratorio loco (11'), correa (12) cuyos extremos conectan con los bordes superiores de cada módulo o conjunto de módulos (1).

8. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de guiado están ubicados en la parte inferior de cada módulo (1) incorporando unos guiados que se complementan con otros guiados transversales del suelo (24) para asegurar una basculación ordenada de los módulos durante su movimiento basculante de rodadura, en busca de la orientación más adecuada según la posición del sol.

9. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 8, caracterizado porque los guiados (4) de los módulos están incorporados en los soportes de rigidización (3).

10. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque los guiados (5) del suelo comprenden unas nervaduras a modo de raíles mientras que los guiados (4) del módulo comprenden una estructura escalonada.

11. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque los guiados del suelo comprenden unas nervaduras a modo de raíles (5) mientras que los guiados (4) del módulo respectivo comprenden una estructura acanalada.

12. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque los guiados (5) del suelo comprenden unas acanaladuras mientras que los guiados (4) del módulo respectivo comprenden unas nervaduras.

13. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque los guiados del suelo comprenden cremalleras dentadas (5') que se complementan con dentados de los guiados (4) de los módulos.

14. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los soportes de rigidización (3) comprenden una estructura envolvente que abraza cada módulo (1), al menos por sus extremos, a la vez que cuenta con un tramo transversal (13) que recorre la distancia existente entre los dos bordes libres longitudinales de los cuerpos laminares curvados (2).

15. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque cuando existen al menos dos alineaciones de módulos (1) en paralelo se ha previsto que los depósitos (6) de un lado de los módulos (1) estén interconectados mediante una conducción general (14) dispuesta en el frontal anterior, mientras que los depósitos (6) del otro lado parejo están interconectados mediante otra conducción general (14') dispuesta en el frontal posterior; todo ello en orden a conseguir una perfecta sincronización en el movimiento basculante de rodadura y traslación hacia uno y otro lado de los módulos para orientarse según la posición del sol.

16. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye medios de fijación y estabilidad de los módulos (1) que permiten el movimiento de rodadura y basculación de los mismos, consistiendo dichos medios en unas poleas (15) fijadas al suelo (24) en las cuales se acopla un tirante (16), cuyas dos ramas se conectan por sus extremos en los laterales opuestos de los soportes de rigidización (3).

17. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada módulo incorpora al menos:

- unos dispositivos colimadores (17, 17') que recogen la proyección de la radiación lumínica reflejada por la superficie reflectante de espejo del cuerpo laminar curvado (2);

- unos dispositivos difractores (18) receptores de la radiación lumínica concentrada en los dispositivos colimadores (17, 17');

- unas células (19) optimizadas a distintos espectros de luz receptoras de la radiación lumínica según la frecuencia de los colores emitida por los dispositivos difractores (18).

18. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 17, caracterizado porque los colimadores (17) se encuentran intercalados en unas ventanas pasantes del cuerpo laminar arqueado de espejo (2) interrumpiendo la continuidad de dicho cuerpo laminar (2), mientras que los difractores (18) y células (19) optimizadas a distintos espectros de luz se encuentran ubicados por detrás de ese cuerpo laminar (2).

19. Concentrador de energía solar, según la 1 reivindicación 18, caracterizado porque cada colimador (17), difractor (18) y célula (19) optimizada a distintos espectros de luz comprende un conjunto independiente que se fija al cuerpo laminar (2) mediante el colimador (17) en correspondencia con la respectiva ventana pasante a través de pestañas o similar.

20. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 17, caracterizado porque los colimadores están fijados superiormente en un soporte alargado (20) que alcanza los extremos de cada módulo (1).

21. Concentrador de energía solar, según la reivindicación 20, caracterizado porque los colimadores presentan una estructura arqueada (17'), cuya cara curvo-cóncava de espejo proyecta la radiación lumínica a los difractores (18) y estos a la célula (19) optimizada a distintos espectros de luz.

22. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque los colimadores presentan una estructura plana (17) que proyecta la radiación lumínica a los difractores (18).

23. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, caracterizado porque la cara de la reflexión de la luz de los difractores (18) comprende una superficie lisa de espejo con diminutas hendiduras que proyectan la reflexión de la luz de toda la gama de colores hacia las células (19) optimizadas a distintos espectros de luz.

24. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque cada módulo (1) incorpora al menos una célula fotoeléctrica (21) receptora de la radiación lumínica situada centradamente por encima del respectivo módulo (1).

25. Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque cada módulo (1) incorpora al menos un tubo, serpentín o similar, por donde circula agua u otro fluido para calentarlo con el calor generado por la radiación lumínica emitida por el cuerpo laminar curvado (2).

26. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- una primera etapa en la que en un vehículo se curva al menos un cuerpo laminar plano para obtener una estructura curvada, cuya cara curvo-cóncava presenta una superficie reflectante de espejo;

- una segunda etapa en la que se montan unos soportes de rigidización sobre cada cuerpo laminar curvado para asegurar su estructura curvada;

- una tercera etapa en la que se monta sobre el cuerpo laminar curvado conjuntos independientes de recepción de luz.

27. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según la reivindicación 26, caracterizado porque incluye una etapa en la que se monta en los laterales de los cuerpos laminares curvados dos depósitos longitudinales que contienen un material que se puede trasvasar de uno a otro depósito para variar la orientación según la posición del sol con ayuda de un sensor de luz.

28. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 26 ó 27, caracterizado porque incluye una etapa en la que se descarga en el propio suelo por la parte trasera del vehículo cada estructura curvada conformada.

29. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, caracterizado porque incluye una etapa intermedia en la que se disponen en el suelo (24) unas guías paralelas que se complementan con otras guías del cuerpo laminar curvado.

30. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29, caracterizado porque incluye una etapa en la que cuando existen al menos dos módulos en paralelo, los depósitos de un lado de los módulos se interconectan mediante una conducción general (14) dispuesta en el frontal anterior, mientras que los depósitos (6) del otro lado parejo se interconectan mediante otra conducción general (14') dispuesta en el frontal posterior.

31. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 30, caracterizado porque incluye una etapa en la que los cuerpos laminares curvados (2) junto con el resto de sus elementos vinculados a los mismos se fijan dichos cuerpos laminares curvados (2) mediante unas poleas (15) y unos tirantes (16), cuyos extremos se fijan a ambos laterales opuestos de los cuerpos laminares curvados (2).

32. Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 26 a 31, caracterizado porque el vehículo (22) porta una lámina continua en forma de rollo (23), a partir de la cual se obtienen los cuerpos laminares de estructura curvada (2).