Sistema de campo colector solar (A) utilizado para concentrar la luz solar en un foco y convertirla en otra forma de energía,

tal como térmica y eléctrica, y que incluye múltiples reflectores parabólicos (1); círculos de soporte (3), cuyo centro coincide con el foco del reflector parabólico (1) y que se utilizan para soportar el reflector (1) y se encuentran situados entre los reflectores parabólicos (1) uno tras otro; unos mecanismos centrales (2) situados en el centro de los círculos (3); vientos de alambre (4) que conectan el círculo (3) y el mecanismo central (2) entre sí; unidades laterales de soporte (5, 5'') que sostienen los círculos de soporte (3) por sus superficies exteriores; materiales ligeros de relleno (6) que sujetan los reflectores (1) por su parte inferior; tubos absorbedores térmicos (11) que atraviesan el eje central de los círculos (3) y donde dicho sistema se hace girar alrededor del eje central de los círculos (3) y de esta forma, los reflectores parabólicos (1) también están orientados hacia el sol girando alrededor del eje de rotación que constituye su foco con lo que, los rayos paralelos procedentes del sol se concentran en los tubos absorbedores térmicos (11) que se encuentran situados en el foco de los reflectores (1), caracterizado porque para asegurar que los círculos (3) giran alrededor de sus centros al mismo tiempo que están en contacto con las unidades laterales de soporte (5, 5'') y de este modo, los reflectores (1) integrados en los círculos (3) están orientados al sol, se utilizan múltiples motores que funcionan de forma sincronizada entre sí, unidades reductoras que utilizan el movimiento que se produce en este motor para aumentar el par, y mecanismos de movimiento que hacen girar los reflectores parabólicos (1) con estas unidades reductoras, y estos mecanismos de movimiento se encuentran situados cerca de los círculos de soporte (3)

Sistemas de colector solar parabólico con medios de seguimiento giratorio.

Campo técnico

La presente invención se refiere a los desarrollos de colectores solares parabólicos, que concentran la luz solar en un foco y la convierten en otras formas de energía, tales como térmica y eléctrica.

Técnica anterior

En la actualidad, los colectores parabólicos (sistemas de colectores solares parabólicos) se utilizan para captar la energía solar para obtener electricidad y calor a partir de la misma. Estos sistemas comprenden largos reflectores cilindro-parabólicos, tuberías absorbedoras térmicas, situadas en el foco de los receptores, en las que se recogen los rayos procedentes del reflector y que contienen un fluido, y un mecanismo de giro, que orienta los reflectores hacia el punto donde se encuentra el sol. Los rayos incidentes en los reflectores orientados hacia el sol son reflejados y recogidos en el tubo absorbedor térmico que se encuentra en el foco del receptor. El tubo absorbedor térmico está equipado con dos tubos concéntricos entre los que se ha hecho el vacío. Un fluido, que se encarga de la transferencia térmica, se hace pasar a través del tubo interior. El tubo exterior está fabricado en vidrio. Al concentrar los rayos procedentes de los reflectores en el tubo absorbedor térmico, este tubo alcanza temperaturas muy elevadas; por lo tanto, el fluido situado en el tubo interior puede calentarse. La energía calorífica puede convertirse en energía eléctrica, cuando así se desea, mediante dicho fluido, que alcanza unas elevadas temperaturas. No obstante, debido a que los tubos receptores térmicos utilizados en estos sistemas tienen muchos metros de longitud, dichos tubos receptores térmicos siguen al sol junto con los reflectores, estando fabricados sus componentes exteriores con vidrio, haciendo estos factores que aumente la posibilidad de que se rompan durante su funcionamiento. Además, las fuerzas estáticas y dinámicas generadas por el viento pueden hacer que se rompan los tubos y los reflectores. Para disminuir las roturas de los reflectores parabólicos, se forma una estructura de armazón en la que se apoyan los reflectores por sus lados convexos. No obstante, esta estructura sólo reduce la frecuencia de las roturas, y no constituye una solución completa contra rotura. Las vibraciones generadas como resultado del movimiento efectuado por el sistema para orientarse hacia el sol también pueden hacer que los tubos de cristal se rompan. Los sistemas de colectores solares cilindro-parabólicos construidos en California (EE.UU.) por LUZ pueden considerarse como ejemplos de estos sistemas. En dicho sistema de LUZ, los reflectores parabólicos tienen muchos metros de longitud y los tubos absorbedores térmicos que se encuentran en su foco se hacen girar conjuntamente. El problema más importante de este sistema es que los tubos absorbedores térmicos fabricados con un material frágil son móviles. Dado que los tubos absorbedores térmicos son móviles, están sometidos a una mayor carga de torsión, utilizándose mangueras flexibles en las conexiones de los puntos de inicio y fin de los reflectores parabólicos con los tubos fijos. Los tubos térmicos absorbedores que se encuentran sometidos a las cargas de torsión tienen una mayor posibilidad de rotura. Por otra parte, se comprende que la conexión mediante una manguera flexible no resulta un sistema seguro, ya que la temperatura del fluido que se transfiere dentro del tubo absorbedor térmico es de 300 a 500ºC. Además, mediante las observaciones realizadas in situ se ha llegado a la conclusión de que la estructura de armazón en la que se apoyan los espejos parabólicos también presenta debilidad frente a torsión y las cargas instantáneas que se producen a causa de la unidad motriz del sistema y del viento. Debido a estas cargas, los reflectores parabólicos se rompen con frecuencia, lo que hace aumentar los costes de explotación.

Debido a los problemas surgidos con el anterior sistema de LUZ, se ha iniciado el llamado proyecto EUROTROUGH, respaldado por la Unión Europea. Dentro del ámbito de este proyecto, la parte inferior de los reflectores parabólicos se apoya en una estructura de armazón que puede resistir mejor las cargas de torsión e instantáneas, y existen unos tubos móviles no flexibles acoplados a la unión giratoria en los puntos de conexión de los tubos térmicos absorbedores con los tubos fijos. Aunque el sistema de armazón que se ha desarrollado con EUROTROUGH es más seguro que el sistema de LUZ, no elimina estrictamente el problema de la rotura de los reflectores parabólicos y de los tubos absorbedores térmicos. Gracias a las observaciones realizadas in situ se ha llegado a la conclusión de que la posibilidad de rotura de los tubos absorbedores térmicos sólo disminuye modestamente, ya que en este sistema también son móviles. Además, también se ha llegado a la conclusión tras las observaciones in situ de que se suelen producir fugas del fluido caliente con estas conexiones de los tubos térmicos absorbedores que comprenden puntos de conexión conjuntos giratorios.

Otro problema observado con LUZ y EUROTROUGH es que los pistones hidráulicos de ambos sistemas no pueden desplazarse con la sensibilidad necesaria para seguir la trayectoria del sol. Resulta enormemente difícil y genera un problema de ajuste a la hora de conseguir un control de velocidad sensible con las unidades de pistón hidráulico y efectuar operaciones simultáneas de múltiples unidades de pistón utilizadas para múltiples reflectores parabólicos. Adicionalmente, con ambos sistemas, durante el seguimiento de la trayectoria del sol, el desplazamiento continuo del centro de gravedad hace que el funcionamiento de estos sistemas produzca un mayor consumo de energía.

En un sistema revelado por la patente US4559926, los reflectores cilindro parabólicos reflejan la luz solar al tubo absorbedor, permitiendo de este modo que el fluido que se encuentra en el tubo se caliente. En este sistema, el tubo receptor se mantiene constante y situado en el foco de los receptores parabólicos. Los elementos circulares de soporte se encuentran situados en ambos extremos de los reflectores parabólicos, y el centro de dichos elementos de soporte coincide con el foco de los reflectores. Los elementos de soporte circulares se hacen girar alrededor de los ejes centrales para que el sistema siga la trayectoria solar, permitiendo de este modo que los reflectores parabólicos giren alrededor del tubo absorbedor fijo situado en su foco. En este sistema, al mantener fijos los tubos absorbedores, se reducen los problemas de rotura derivados de la deformación. No obstante, en este sistema, el aportar el movimiento de todos los reflectores parabólicos mediante una sola unidad motriz hace que todo el sistema se detenga en caso de producirse un fallo en la unidad motriz. Además, se ha hecho hincapié en el giro sincronizado de todos los reflectores parabólicos con un solo motor, pero en este caso, no es posible hacer que giren con la misma sensibilidad entre sí. La principal razón consiste en que se intenta que todos los reflectores se desplacen a través de elementos del mecanismo como correas, cadenas y engranaje, conectados a un único motor del sistema. Debido a esta utilización de componentes mecánicos, se dará una diferencia de rotación entre el reflector más cercano y el reflector más alejado del motor. Esta diferencia se debe a los espacios de funcionamiento entre los componentes mecánicos que van añadiéndose uno tras otro. Por otra parte, resulta un proceso muy difícil y costoso elaborar los reflectores parabólicos íntegramente, pudiendo producirse una rotura en los reflectores que exija el cambio de todos los reflectores. La colocación de los elementos circulares de soporte utilizados en este sistema sobre las ruedas que se encuentran cerca de sí, también provoca un problema de equilibrio en el sistema, y hace que los reflectores se vean más afectados por la carga del viento.

En un sistema descrito en la patente US4432343, un reflector con estructura parabólica se apoya en un perfil cilíndrico que pasa por debajo del mismo y una estructura circular situada en sus bordes. En medio se encuentra un tubo absorbedor térmico colocado de forma que pase desde el centro del semicírculo situado en los bordes del mismo. El reflector está colocado sobre las ruedas de apoyo que se encuentran enfrentadas, y gira mediante el motor principal. Las ruedas, que están situadas demasiado próximas entre sí, y su colocación en la parte más baja de los reflectores hace que estos se vean más afectados por la carga del viento. Además, todos los paneles reflectantes giran mediante un único motor similar...

1. Sistema de campo colector solar (A) utilizado para concentrar la luz solar en un foco y convertirla en otra forma de energía, tal como térmica y eléctrica, y que incluye múltiples reflectores parabólicos (1); círculos de soporte (3), cuyo centro coincide con el foco del reflector parabólico (1) y que se utilizan para soportar el reflector (1) y se encuentran situados entre los reflectores parabólicos (1) uno tras otro; unos mecanismos centrales (2) situados en el centro de los círculos (3); vientos de alambre (4) que conectan el círculo (3) y el mecanismo central (2) entre sí; unidades laterales de soporte (5, 5') que sostienen los círculos de soporte (3) por sus superficies exteriores; materiales ligeros de relleno (6) que sujetan los reflectores (1) por su parte inferior; tubos absorbedores térmicos (11) que atraviesan el eje central de los círculos (3) y donde dicho sistema se hace girar alrededor del eje central de los círculos (3) y de esta forma, los reflectores parabólicos (1) también están orientados hacia el sol girando alrededor del eje de rotación que constituye su foco con lo que, los rayos paralelos procedentes del sol se concentran en los tubos absorbedores térmicos (11) que se encuentran situados en el foco de los reflectores (1), caracterizado porque para asegurar que los círculos (3) giran alrededor de sus centros al mismo tiempo que están en contacto con las unidades laterales de soporte (5, 5') y de este modo, los reflectores (1) integrados en los círculos (3) están orientados al sol, se utilizan múltiples motores que funcionan de forma sincronizada entre sí, unidades reductoras que utilizan el movimiento que se produce en este motor para aumentar el par, y mecanismos de movimiento que hacen girar los reflectores parabólicos (1) con estas unidades reductoras, y estos mecanismos de movimiento se encuentran situados cerca de los círculos de soporte (3).

2. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que también se incluyen ruedas de giro libre (7, 7') en las unidades laterales de soporte (5, 5') donde hacen contacto con los círculos (3).

3. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos grupos de ruedas (7, 7') situados en las unidades laterales de soporte en el lugar de contacto con los círculos (3) son los componentes del mecanismo que se encargan del desplazamiento de los círculos (3).

4. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se utiliza una tapa protectora (8) para proteger las unidades laterales de soporte (5, 5') y las ruedas (7, 7') de los factores externos.

5. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que para aumentar su resistencia frente a carga inducida por el viento y tener una estructura que consuma menos energía, se utilizan unas tapas inferiores (10) que soportan los reflectores (1) que se encuentran situados en la parte inferior de los reflectores parabólicos (1) y un material ligero de relleno (6) con el que se llena el espacio situado entre las tapas inferiores y los reflectores (1).

6. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las tapas inferiores (10) tienen una sección transversal circular.

7. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que se utilizan perfiles de soporte (9) para conectar entre sí todos los círculos de soporte (3) y a la estructura integrada compuesta por el reflector (1), la tapa inferior (10) y el material de relleno ligero (6).

8. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho mecanismo central (2) incluye adicionalmente un círculo interior (12) al que se conecta un extremo de cada viento de alambre, mientras que el otro extremo se conecta a los círculos de soporte (3), un cojinete a bolas o cilíndrico (13) que se encuentra situado en el centro del círculo interior (12), una carcasa (14) en la cual se sitúa el anillo interno del cojinete (13) y un tubo absorbedor térmico (11) que se encuentra situado en una posición fija en esta carcasa.

9. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos reflectores parabólicos (1) se utilizan como longitudinales y formados por múltiples elementos, en lugar de estar compuestos por un solo elemento, para impedir que se dañen todos ellos en caso de rotura causada por factores externos, y permitiendo cambiar con facilidad los reflectores rotos.

10. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la anchura de los bordes de los reflectores parabólicos (1) formados por múltiples piezas y que se encuentran más cerca del centro de la parábola va aumentando a medida que se acerca al lateral de la parábola.

11. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las superficies de dichos reflectores parabólicos formados por múltiples piezas y que están orientados hacia los tubos absorbedores térmicos se fabrican planos, y dichos reflectores se sitúan en las superficies cóncavas de un colector solar parabólico, de forma que reflejen la luz que incide en sus superficies planas al tubo absorbedor térmico.

12. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las superficies de dichos reflectores parabólicos formados por múltiples piezas y que están orientados hacia los tubos absorbedores térmicos adoptan cada uno la forma de una sección transversal parabólica, y cuando dichos reflectores con sección transversal parabólica se sitúan uno tras otro en la superficie cóncava de un colector solar parabólico, se obtiene un sistema de reflector parabólico formado por múltiples piezas, en el que el punto focal de cada una de ellas es el tubo absorbedor térmico.

13. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 1, que adicionalmente incluye un colector hiperbólico (18) que se utiliza alrededor del tubo absorbedor térmico para concentrar los rayos que inciden angularmente, así como los rayos paralelos procedentes de los reflectores parabólicos.

14. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 13, en el que para asegurar un funcionamiento más eficaz del sistema de colector solar (A) reflejando los rayos que inciden paralela y angularmente procedentes del reflector parabólico y de la superficie interior del colector hiperbólico (18) y concentrándolos en el tubo absorbedor térmico (11'') con una elevada conductividad térmica que no incluye un tubo de vidrio en su parte exterior, la parte inferior de dicho colector hiperbólico (18) tiene una sección transversal circular, de forma que en cierto modo rodea el tubo absorbedor térmico (11'') y sus brazos, que se extienden a ambos lados, tienen forma de hipérbola.

15. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 13, en el que para asegurar un funcionamiento más eficaz del sistema de colector solar (A), aumentando la eficacia reflejando los rayos procedentes de la superficie interna del colector hiperbólico (18) y concentrándolos en el tubo absorbedor térmico (11'), la parte inferior de dicho colector hiperbólico (18) tiene una sección transversal circular, de forma que en cierto modo rodea el tubo absorbedor térmico (11') y sus brazos, que se extienden a ambos lados, tienen forma de hipérbola, y para calentar con mayor rapidez el fluido que pasa a través del tubo absorbedor térmico (11') realizado en vidrio, se utilizan en su interior aletas térmicas (19) con una elevada conductividad térmica.

16. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dichas aletas térmicas (19) tienen forma de barra.

17. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dichas aletas térmicas (19) tienen forma de placa.

18. Sistema de campo colector solar (A) de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 a 15, en el que se dispone de un segundo tubo de vidrio en las áreas exteriores de los tubos absorbedores térmicos (11'', 11') de forma que se haga el vacío en el espacio situado entre ellos.