Receptor solar abovedado y planta solar que comprende dicho receptor.

Receptor solar que comprende un conjunto de unidades de receptores solares (1) donde las unidades de receptores solares

(1) están localizadas de modo adyacente a través de las aristas de la base (5) poligonal del concentrador secundario (4) de modo la superficie formada por la unión de dichas bases (5) es una superficie abovedada.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430185.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: QUERO GARCÍA,MANUEL, KORZYNIETZ,Román, DEL RÍO TEJERO,Azucena, BRIOSO PÉREZ-CASTILLA,José Antonio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/07 (Colectores que trabajan a alta temperatura, p. ej. para centrales solares)
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Receptor solar abovedado y planta solar que comprende dicho receptor.

Fragmento de la descripción:

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Receptor solar abovedado y planta solar que comprende dicho receptor.

Campo de la invención

La invención se encuadra dentro de la tecnología de receptores solares y en concreto en los receptores solares que cuentan con concentradores secundarios. Es también objeto de la invención la planta solar en la que se integran dichos receptores.

Antecedentes de la invención

Son conocidas en el estado de la técnica las unidades de receptores solares, presurizados o no, los cuales pueden ser tubulares o volumétricos. Este tipo de unidades pueden comprender los siguientes elementos:

- una cavidad por la que fluye un fluido que puede ser presurizado y en el que se realiza el intercambio térmico, -opcionalmente pueden también poseer una ventana transparente que sella la cavidad y que permite la entrada de la radiación solar al mismo a la vez que minimiza las pérdidas convectivas, y -un concentrador secundario de geometría tronco-piramidal con base anterior poligonal en conexión con la cavidad y que concentra la radiación solar hacia 20 dicha ventana transparente o hacia la cavidad si ésta no existe.

En los receptores solares que trabajan a alta presión se generan elevados esfuerzos mecánicos tanto en el tanque como en la ventana transparente, limitándose con ello el tamaño máximo de la ventana y por tanto el del receptor, quedando así limitada la potencia térmica a generar por un único dispositivo.

Para resolver esta desventaja se recurre al uso de receptores volumétricos que están compuestos por varias unidades de receptores volumétricos presurizados con concentradores secundarios. Las configuraciones conocidas en el estado de la técnica presentan conjuntos de estos receptores agrupados sobre superficies planas.

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Sin embargo, esta configuración tiene el inconveniente de que limita el ángulo de aceptancia del conjunto formado por los receptores. El campo de helióstatos tiene por lo tanto que extenderse a lo largo, por lo que aumenta el número de helióstatos situados a gran distancia de la torre. Esto supone también una disminución de la eficiencia óptica del campo, dado que las pérdidas de transmisividad atmosférica afectan al mayor número de helióstatos situados lejos de la torre.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve las desventajas anteriores mediante un receptor solar con una disposición de unidades de receptores volumétricos o tubulares que permite aumentar el ángulo de aceptancia del conjunto.

Según lo anteriormente comentado, las unidades de receptores comprenden:

- una cavidad adaptada para la circulación de un fluido presurizado y para la realización del intercambio térmico con dicho fluido, -un concentrador secundario en conexión con la cavidad de geometría tronco

piramidal con base anterior poligonal y que está adaptado para la concentración de una radiación solar hacia la entrada de la cavidad.

En el caso específico de un receptor tubular, la cavidad comprende un conjunto de tubos ubicados en dicha cavidad. Asimismo, tanto para receptores volumétricos como para receptores tubulares el fluido está presurizado. Adicionalmente, los receptores pueden comprender una ventana transparente que sella la cavidad.

La invención se caracteriza porque las unidades de receptores solares están localizadas de modo adyacente a través de las aristas de la base poligonal del concentrador secundario de modo qque la superficie formada por la unión de dichas bases es una superficie abovedada. De este modo las unidades de receptores solares presurizados constituyen un único bloque de intercambio térmico a modo de colmena y con forma de bóveda.

Por lo tanto, el receptor objeto de la invención presenta una configuración tridimensional en forma de bóveda, no necesariamente regular. Dicha configuración posee la ventaja de que aumenta el ángulo de aceptancia del receptor y, debido a este aumento del ángulo de aceptancia, además reduce las pérdidas de transmisividad atmosférica del campo de heliostatos ya que al aumentar el ángulo de aceptancia se reduce el número de heliostatos que se encuentran más alejados de la torre. Esto se debe a que se pueden instalar un

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mayor número de ellos en las zonas próximas a la torre, obteniéndose campos más cortos para la obtención de una misma potencia térmica.

En función del tamaño de las aristas de los polígonos de la base del concentrador secundario se puede tener una bóveda con mayor o menor radio así como modificar el número de receptores para un radio de bóveda dado.

La superficie abovedada facilita el enfoque del campo de heliostatos haciendo que el mapa de densidad de flujo de radiación sea de menor tamaño. Se denomina mapa de densidad de flujo de radiación a la "mancha solar" resultante de la radiación solar reflejada por todos los heliostatos del campo solar y que llega al receptor. Dicho mapa de densidad de flujo de radiación es resultado de la convolución de la radiación reflejada por cada heliostato del campo. Cuanto menor es el tamaño de dicha "mancha solar" mayor es el grado de concentración de la radiación sobre el receptor, de manera que la mayor parte de ésta queda dentro del receptor. De esta manera no solamente se consigue disminuir las pérdidas por trasmisividad atmosférica sino también reducir el desbordamiento del receptor, al ser menor el mapa de densidad de flujo de radiación sobre el receptor.

El receptor solar objeto de la invención posee un ángulo de aceptación mayor que el de las unidades de receptores que lo integran y también mayor que una configuración de receptores plana, ya que siendo colocados sobre una superficie plana necesitaríamos un campo de heliostatos largo y estrecho, sin embargo, con la configuración abovedada se consigue poder operar con un campo de heliostatos más ancho y compacto, reduciendo las pérdidas ópticas globales del campo de heliostatos y aspirando a un mejor enfoque.

Es también objeto de la presente invención la planta solar que comprende el receptor solar anteriormente descrito y que para ello también comprende:

- una torre que comprende dicho receptor solar, y

- un campo de heliostatos orientados hacia dicha torre.

Los fluidos de trabajo de la planta solar pueden ser de cualquier tipo de fluido de intercambio térmico y los ciclos termodinámicos podrán ser tanto los propios de una turbina de vapor, como de una turbina de gas o de una turbina que trabaje en ciclos supercríticos en configuraciones 100% solares o híbridas. Esta planta solar podría tener también varios campos de heliostatos enfrentados a varios receptores solares.

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Otras ventajas adicionales del receptor solar objeto de la invención son las siguientes:

Mayor eficiencia óptica del campo solar gracias al aumento de ángulo de apertura de éste, aumentando así el número de heliostatos más cercanos a la torre.

Reducción de las pérdidas globales por trasmisividad atmosférica al tener un menor número de heliostatos alejados.

Reducción de las pérdidas por efecto coseno.

Mayor facilidad de interconexión y posterior mantenimiento al haber mayor separación en la parte trasera de los receptores debido a su configuración 10 abovedada.

Reducción de la altura de la torre al contar con heliostatos más cercanos con la consecuente reducción en los costes de construcción.

Reducción de costes de tubería para el concepto de turbina de gas a pie de torre dada la menor altura de la torre.

Menor ensuciamiento de los concentradores secundarios al estar más protegidos con esta disposición de una exposición al viento, suciedad,...

 


Reivindicaciones:

1. Receptor solar abovedado, que comprende un conjunto de unidades de receptores solares (1) que a su vez comprenden:

- una cavidad (2) adaptada para la circulación de un fluido presurizado y para la 5 realización de un intercambio térmico con dicho fluido, -un concentrador secundario (4) en conexión con la cavidad (2) de geometría tronco-piramidal con base anterior (5) poligonal y que está adaptado para la concentración de una radiación solar hacia la entrada de la cavidad (2) , caracterizado por que las unidades de receptores solares (1) están localizadas de modo adyacente a través de las aristas de la base anterior (5) poligonal del concentrador secundario (4) de modo que la superficie formada por la unión de dichas bases anteriores (5) es una superficie abovedada.

2. Receptor solar abovedado, según la reivindicación 1, caracterizado por que las unidades de receptores solares (1) comprenden receptores tubulares.

3. Receptor solar abovedado, según la reivindicación 1, caracterizado por que las unidades de receptores solares (1) comprenden receptores volumétricos.

4. Receptor solar abovedado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los concentradores secundarios (4) de las unidades de receptores solares (1) poseen la misma geometría tronco-piramidal.

5. Receptor solar abovedado, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende al menos tres unidades de receptores solares (1) donde la base anterior (5) poligonal de dos concentradores secundarios (4) es hexagonal y un tercer concentrador secundario (4) comprende una base anterior (5) pentagonal.

6. Planta solar que comprende:

- una torre (6) , - un campo de heliostatos (30) orientados hacia dicha torre (6) , caracterizada por que la torre (6) comprende el receptor solar abovedado descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

7. Planta solar, según la reivindicación 6, caracterizada por que la torre (6) comprende:

- al menos una hendidura (7) con forma abovedada localizada en su parte superior, y

- una estructura soporte (8) del receptor solar abovedado con forma abovedada localizada en el interior de dicha hendidura (7) .

8. Planta solar, según la reivindicación 7, caracterizada por que la estructura soporte (8) 5 comprende una estructura reticular de barras interconectadas en nudos formando triángulos (9) .

9. Planta solar, según la reivindicación 8, caracterizada por que la cavidad (2) de cada unidad de receptor solar (1) está localizada entre las tres barras de cada triángulo (9) de la estructura soporte (8) y por que la estructura soporte (8) comprende al menos un elemento de unión (10) que se extiende entre la cavidad (2) y un punto del triángulo (9) .