MEJORAS INTRODUCIDAS EN LA PATENTE DE INVENCIÓN N. P-200701932/9, POR: CONCENTRADOR DE ENERGÍA SOLAR Y PROCESO DE MONTAJE.

Mejoras introducidas en la patente de invención n° 200701932/9 por:

concentrador de energía solar y proceso de montaje.

El concentrador incluye al menos un módulo curvado con al menos un cuerpo laminar curvo-cóncavo reflectante de espejo que concentra la radiación del sol hacia unos dispositivos receptores para obtener después distintos tipos de energía, incluyendo además medios para orientar ese cuerpo laminar de espejo acorde con la posición del sol.

Se caracteriza porque los cuerpos laminares de espejo incorporan al menos en sus zonas laterales más elevadas de los módulos (1) pasos de aire, abiertos al menos cuando sopla el viento a partir de una cierta velocidad.

El proceso de montaje se inicia con unos dispositivos de rayos láser ubicados en unas cintas flexibles, de manera que dichas cintas se disponen perpendicularmente a modo de ejes de coordenadas para situar con precisión después los distintos módulos sobre el terreno.

Mejoras introducidas en la patente de invención nº P 200701932/9 por: "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 unas mejoras introducidas en la patente de invención nº 200701932/9, por: "Concentrador de energía solar y proceso de montaje".

El concentrador solar está destinado 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. También está destinado para conseguir otros recursos energéticos, como el hidrógeno y el oxígeno mediante un proceso de fotolisis o sistemas que necesiten la luz

o el calor del sol para su generación y/o también para depuración o desalación de agua.

El concentrador comprende en general 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 concreto.

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, 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.

Partiendo de esta premisa, las mejoras de la invención están destinadas para conseguir un mejor funcionamiento del concentrador solar con una mayor estabilidad, sobre todo cuando existen vientos huracanados y también vientos con menor intensidad, incorporándose distintos sistemas antiviento.

Otras mejoras de la invención son las siguientes:

- medios para evitar la catenaria de los cables para encarrilamiento de los distintos módulos.

- Medios para la sincronización de la posición de los tubos de equilibrado de los módulos.

- Medios automáticos de limpieza de la superficie reflectante de los distintos módulos.

- Medios para calentar agua a elevadas temperaturas.

- Medios para desalar agua y también para descontaminación de aguas sucias.

- Sistema para conseguir alta tensión sin el uso de costosos transformadores convencionales.

Antecedentes de la invención En la actualidad existen distintos sistemas para generación energética por concentración solar, como por ejemplo un sistema de múltiples espejos motorizados que concentran el calor en un punto alto o torre para calentar un fluido y generar vapor para mover una turbina, concentradores parabólicos de Stirling, chimenea eólica solar, concentradores de espejo cilíndrico parabólico, pero todos ellos son caros de complejas estructuras y requieren del orden de años para la instalación de una planta solar de tamaño medio. A esto hay que añadir que 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, 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 o sobre distintos sistemas que generan o almacenan energía a partir del calor.

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...

1. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, caracterizadas porque los cuerpos laminares de espejo (2) incorporan al menos en sus dos zonas laterales más elevadas de los módulos (1) pasos de aire, abiertos al menos cuando sopla el viento a partir de una cierta velocidad; comprendiendo tales pasos de aire unas aberturas generadas como consecuencia de unos cortes que delimitan unas solapas abatibles que se unen a unos elementos de imán (32) cuando no existe viento, liberándose los pasos de aire cuando sopla el viento a partir de una cierta velocidad.

2. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 1, caracterizadas porque los módulos curvados (1) se guían y apoyan en el ramal superior de unos cables de bucle cerrado (5") , cuyos dos ramales, superior e inferior, están unidos mediante piezas rígidas (11) que mantienen la dirección horizontal de tales ramales superiores.

3. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque cuando existen al menos dos alineaciones de módulos (1) en paralelo, con sus depósitos (12) interconectados mediante un par de tuberías generales, anterior (20) y posterior (20') , cada una de ellas conectada articuladamente en los extremos de unos balancines (21) que articulan centradamente en unos postes verticales fijos (22) , asociándose los extremos libres de los balancines (21) mediante un cable tensor (23) .

4. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones1ó2, caracterizadas porque el guiado de los módulos (1) incorpora un carro de sujeción (6) con ruedas inferiores (8) y superiores (7) , estas últimas que contactan con los soportes de rigidización (3) , mientras que las ruedas inferiores (8) contactan con el soporte o bastidor de guiado correspondiente.

5. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 4, caracterizadas porque el carro de sujeción incorpora unos topes laterales (9) próximos a la curvatura de los soportes de rigidización (3) que evitan la deformación de los módulos (1) cuando sopla el viento con fuerza.

6. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación1y3, caracterizadas porque los módulos (1) se acoplan a los soportes de guiado mediante pares de piñones (24 y 25) acoplados en puntos fijos: unos piñones (24) que contactan con una banda superior de los soportes curvados (3) de los módulos (1) y otros piñones (25) que contactan con una banda inferior de esos mismos soportes curvados (3) .

7. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 1, caracterizadas porque la cara frontal de las solapas abatibles comprende un material de espejo correspondiente con la superficie reflectante de espejo del cuerpo laminar curvo-cóncavo.

8. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque incorporan unos refuerzos laterales (34) unidos mediante un tirante o elemento similar para evitar deformaciones, incluyéndose un tercer refuerzo centrado (35) .

9. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque incorporan medios automáticos de limpieza que consisten en un vehículo autopropulsado (37) provisto de un par de escobillas laterales (38) y tubos de limpieza (39) , vehículo (37) que recorre los módulos (1) longitudinalmente por su parte más inferior, contando el vehículo además con un depósito de líquidos de limpieza (40) , circuitos de control (41) y sensores (42) , así como un enchufe de recarga (45) .

10. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque en una zona estratégica centrada y elevada de los módulos (1) se disponen longitudinalmente dos grupos de tubos (48) en dos planos perpendiculares a la proyección de la radiación emitida por los cuerpos laminares curvados de espejos (2) , a la vez que de la confluencia de tales dos planos de tubos (48) convergentes interiormente, arranca hacia abajo un perfil recto (49) para absorber la radiación residual inferior, incluyéndose además un tejado reflector a dos aguas superior (47) para conservar el calor y optimizar la radiación entrante.

11. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizadas porque en una zona estratégica central y elevada de los módulos (1) se dispone un único tubo longitudinal (50) con dos caras inclinadas convergentes hacia abajo que reciben perpendicularmente la proyección de la radiación solar a través de los cuerpos laminares de espejo (2) , disponiéndose en dichas caras inclinadas unas láminas o filtros difractores (51) que reflejan la luminosidad hacia una célula fotoeléctrica (52) , mientras que la otra componente de la radiación, que es el calor, se transmite al fluido que circula por el

tubo (50) , incluyéndose además un tejado reflectante (47) a dos aguas para conservar el calor y optimizar la radiación entrante.

12. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizadas porque en una zona estratégica central y elevada de los módulos (1) se dispone un tubo longitudinal (50) con dos caras inclinadas convergentes hacia abajo y en proximidad a las cuales se disponen unas células fotovoltáicas transparentes (53) en planos paralelos a tales caras inclinadas, células fotovoltáicas transparentes (53) que recogen directamente la radiación lumínica y dejan pasar en cambio la radiación calorífica hasta el fluido del tubo longitudinal (50) para calentarlo, incluyéndose además un tejado reflectante a dos aguas superior (47) para conservar el calor y optimizar la radiación entrante.

13. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizadas porque en una zona estratégica central y elevada de los módulos (1) se dispone un único tubo longitudinal (50) con dos caras inclinadas convergentes hacia abajo que reciben perpendicularmente la proyección de la radiación solar a través de los cuerpos laminares de espejo (2) , disponiéndose en dichas caras inclinadas unas láminas o filtros difractores (51) que reflejan la luminosidad hacia una célula de fotolisis (54) , incluyéndose además un tejado reflectante a dos aguas superior (47) para conservar el calor y optimizar la radiación entrante.

14. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones1a9, caracterizadas porque en una zona estratégica central y elevada de los módulos (1) se disponen dos colectores longitudinales, superior (55) e inferior (56) para tratar agua salada o contaminada, obteniéndose agua residual o depurada por evaporación, haciendo circular el agua a tratar al menos por el colector inferior (56) que recibirá la radiación solar a través de los cuerpos laminares de espejo (2) de los módulos (1) , elevando la temperatura hasta conseguir la evaporación del agua que pasará a estado gaseoso hasta el colector superior (55) a través de unos estrechos conductos radiales (61) que comunican ambos colectores (55) y (56) , condensándose después el vapor de agua en estado líquido dentro del colector superior (55) , extrayéndose la sal precipitada y/o otros residuos mediante un mecanismo de extracción y limpieza (64) ubicado en el colector inferior (56) .

15. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 14, caracterizadas porque el colector inferior (56) incorpora un estrecho espacio anular (62) limitado entre la pared exterior del propio colector inferior (56) y un cuerpo tubular (63) dispuesto concéntricamente y abierto por su parte inferior, calentándose la parte de fluido que circula por ese estrecho espacio anular (62) de forma rápida, consiguiéndose así también una evaporación más rápida, a la vez que de ese espacio anular (62) arrancan los estrechos conductos radiales (61) .

16. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 15, caracterizadas porque el espacio anular (62) del colector inferior (56) está dividido en varios habitáculos separados por pequeños tabiques (62') , consiguiendo la evaporación del fluido a distintas presiones, ascendiendo el vapor por respectivos conductos radiales (61, 61') .

17. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizadas porque el colector superior (55) incorpora al menos una cámara anular concéntrica (58) por donde circula el agua a tratar antes de alcanzar el colector inferior (56) , ayudando el paso de ese agua sin tratar por la citada cámara anular (58) a producir de forma más rápida la condensación del vapor de agua, estando dicha cámara (58) limitada por la pared exterior del colector y un cuerpo tubular concéntrico interior que limita un espacio central donde desembocan los estrechos conductos (61) por donde circula el vapor.

18. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 17, caracterizadas porque el colector superior (55) incorpora varias cámaras anulares concéntricas: una mayor de condensación (69) limitada exteriormente por la pared del colector, y una interior (58') por donde circula el agua sin tratar antes de pasar al colector inferior (56) , limitando dicha cámara anular interior (58') un espacio centrado donde también desembocan los estrechos conductos (61) para la condensación del agua, a distinta presión que la cámara inferior (58') .

19. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 17 ó 18, caracterizadas porque el colector inferior (56) incorpora un émbolo (67) , de manera que cuando se vacía el citado colector inferior (56) del fluido contenido durante el proceso de evaporación se produce un vacío dentro del colector inferior (56) que desplazará al émbolo (67) retenido previamente durante el proceso de evaporación, liberándose su anclaje cuando se vacía el colector (56) , estando asociado dicho émbolo

(67) con un generador eléctrico (68) u otro receptor generador de energía para producir la misma, a la vez que los conductos (61) incorporan un estrechamiento cónico (26) que se complementa con un pequeño cuerpo esférico (25) que obtura cada conducto (61) del colector inferior (56) .

20. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizadas porque el agua a tratar pasa del colector superior (55) al inferior (56) a través de un conducto curvado (59) donde se intercala una válvula de paso y obturación (60) que se cierra cuando se llena de fluido el colector inferior (56) .

21. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque los módulos (1) incorporan una lente de Fresnel (81) dispuesta superiormente.

22. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque los dispositivos receptores de la radiación del sol son células fotovoltáicas (52) conectadas en serie y asociadas a pequeños circuitos electrónicos (82) para obtener una corriente alterna con un elevado voltaje en el conjunto de las células, incorporando cada circuito electrónico (52) entre sus elementos, un bloque de protección de una tensión máxima y prevista o cortes de tensión imprevistos.

23. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 22, caracterizadas porque los circuitos electrónicos (82) están conectados entre ellos para recibir una señal maestra común a esos circuitos (82) .

24. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 23, caracterizadas porque la señal maestra es de corriente alterna senoidal igual en frecuencia y forma al tipo de corriente para consumo eléctrico, 60 ó 50 Hz, para obtener con el conjunto de células una señal de corriente alterna igual a la señal maestra pero de mayor tensión o alta tensión.

25. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 23, caracterizadas porque la señal maestra puede ser de pulsos modulares, convirtiendo los circuitos electrónicos esta señal de pulsos modulares en onda senoidal.

26. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 23, caracterizadas porque la señal maestra puede ser monofásica o polifásica.

27. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque los cuerpos laminares reflectantes (2) son solidarios de una estructura en forma de nido de abeja, por mediación de la cual se une a los soportes curvados (3) .

28. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Concentrador de energía solar, según la reivindicación 2, caracterizado porque los cables de encarrilamiento (5") se aprovechan como elementos conductores de la electricidad cuando se incorporan en los módulos (1) células fotoeléctricas, de manera que estas células se conectan con los soportes arqueados de rigidización (3) y éstos al estar en contacto con los cables (5") transmiten la corriente eléctrica.

29. Mejoras introducidas en la patente de invención nº P-200701932/9, por: Proceso de montaje de un concentrador de energía solar, que estando el proceso destinado para montar sobre un terreno un conjunto de módulos solares asociados entre sí y que se mueven automáticamente buscando siempre la orientación del sol, se caracterizan porque comprenden:

- Una primera etapa en la que sobre el terreno (28) se extienden perpendicularmente a modo de dos ejes de coordenadas y mediante un primer vehículo robot (78') , dos cintas enrollables (70) provistas de dispositivos láser (71) a intervalos regulares de distancia que proyectan un entrecruzado de rayos láser (72) en un mismo plano horizontal;

- una segunda etapa en la que atendiendo al entrecruzado de rayos láser (72) se disponen, también mediante ese primer vehículo robot (78') , unos medios de guiado, apoyo e instalación de los módulos solares (1) ;

- una tercera etapa en la que al menos un vehículo lateral (79) con cuerpos laminares de espejo (2) arrastra un robot centrado (78) , que también puede ser automovible, que transporta los componentes de los módulos solares, con excepción de los cuerpos laminares de espejo (2) ;

- una cuarta etapa en la que se monta la estructura soporte (3) de los distintos módulos (1) ;

- una quinta etapa en la que se montan unos receptores de energía;

- una sexta etapa en la que se montan los cuerpos laminares reflectores (2) atornillándolos automáticamente sobre la estructura soporte (3) de los módulos solares (1) ,

- una séptima etapa en la que se colocan los tubos de equilibrio laterales (12) ;

- una octava etapa en la que se cierran los circuitos de agua y energía.