Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar que comprende una hoja de vidrio tratada térmicamente monolítica curvada no flexionada mecánicamente autoportante (2) y medios de reflexión depositados en la hoja de vidrio

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un elemento reflector para su uso en un reflector de calor solar o similar, a un reflector de calor solar que comprende al menos uno de esos elementos reflectores, a una instalación reflectante de calor que comprende al menos uno de esos reflectores solares, y a un método de fabricación del elemento reflector.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Las sociedades tecnológicamente avanzadas dependen cada vez más de la energía. A medida que aumentan las poblaciones y niveles de vida, la demanda de energía crece y esta tendencia continuará en el futuro. Por consiguiente, la capacidad de una nación para satisfacer su necesidad de energía juega un papel crucial en su productividad a nivel económico y en la calidad de vida de sus habitantes. Los combustibles fósiles son actualmente los recursos energéticos más utilizados. La dependencia de estos combustibles agotables no renovables aumenta la preocupación medioambiental y es una fuente de conflictos regionales y globales.

A medida que crece la necesidad de energía y se reducen las reservas de combustibles fósiles, los gobiernos de todo el mundo están enfrentándose al reto de establecer iniciativas para desarrollar tecnologías de energía renovable eficaces para el uso y producción de energía obtenida a partir de fuentes naturales tales como el viento, la luz solar, mareas, ondas o calor geotérmico.

La luz solar se ve como la más prometedora entre los recursos energéticos renovables, puesto que es limpia, fiable, respetuosa con el medio ambiente, inagotable y gratis. Sin embargo, con el fin de cumplir con las necesidades energéticas crecientes en el mundo, es esencial un desarrollo adicional, tanto en investigación como en aplicaciones, de tecnologías para recoger, acumular y aprovechar la energía solar, de manera que se reduzcan los costes y se mejore la eficacia, haciendo esta energía competitiva en todo el mundo.

Puede generarse electricidad a partir del sol de varias maneras. Los sistemas fotovoltaicos, también conocidos como sistemas PV (Photovoltaic), se han desarrollado principalmente para aplicaciones de pequeño y medio tamaño debido al alto precio de las células fotovoltaicas aunque recientemente se han construido nuevas plantas PV multimegavatio. Para la generación a gran escala, han sido más comunes las plantas de energía solar térmica de concentración. Estos sistemas comprenden colectores solares que utilizan lentes o espejos para concentrar una gran área de luz solar en un receptor, a través del cual fluye un fluido de trabajo, que se calienta antes de transferir su calor a una caldera o sistema de generación de potencia.

Los colectores solares son conocidos en la técnica. Normalmente incluyen al menos un espejo que refleja luz incidente a una ubicación focal tal como un punto o línea focal. Un colector solar puede incluir uno o más espejos que reflejan la luz solar incidente y enfocan la luz a una ubicación común. Un colector económico consiste en un reflector parabólico lineal que concentra la luz en un receptor situado a lo largo de la línea focal del reflector. Un líquido (por ejemplo, agua, aceite, o cualquier otro líquido térmico adecuado) que va a calentarse, puede situarse en el punto focal del espejo de modo que la luz solar reflejada caliente el líquido y la energía pueda recogerse del calor

o vapor acumulado por el líquido.

Un método convencional para producir un reflector parabólico consiste en doblado en caliente. Un sustrato de vidrio se dobla sobre un molde de forma aproximadamente parabólica utilizando altas temperaturas y una vez enfriado lentamente, se aplica un recubrimiento reflectante o bien en el lado cóncavo o bien en el convexo del sustrato de vidrio doblado. Un inconveniente de un reflector parabólico producido de esta manera es que el doblado en caliente puede provocar algunas deformaciones que llevan a deficiencias ópticas y pérdida de reflexión de energía solar. Otros inconvenientes son la baja tasa de producción de vidrio doblado conseguida cuando se utiliza esta metodología de fabricación y la baja resistencia de las hojas de vidrio a las cargas de viento y los impactos accidentales contra las mismas.

Un método alternativo para producir un reflector parabólico se describe en los documentos WO 2007/108837 y WO2007/108861. Dicho método comprende formar un recubrimiento reflectante sobre un sustrato de vidrio plano, utilizando un elemento de molde para doblar en frío el sustrato de vidrio y aplicar un elemento de armazón al sustrato de vidrio doblado en frío para mantener mecánicamente el sustrato de vidrio doblado en frío en una forma doblada. Por elemento de armazón se entiende cualquier elemento sólido que se aplica al sustrato de vidrio doblado con el fin de mantener en el mismo su forma doblada y sin cuyo elemento el sustrato de vidrio recuperaría su forma plana inicial. Por ejemplo un armazón, un vidrio predoblado adicional o una lámina de metal, o un elemento termoplástico. El método expuesto en dichos documentos presenta algunas limitaciones e inconvenientes, entre los cuales:

- El sustrato de vidrio debe necesariamente ser suficientemente flexible para doblarse en frío, proporcionándose normalmente dicha flexibilidad haciendo un sustrato de vidrio relativamente delgado.

- Tal como se mencionó anteriormente, los reflectores parabólicos producidos mediante este método necesitan mantenerse en su forma doblada mediante un elemento de armazón, de otro modo recuperarían su forma plana.

El documento US4337997 describe un reflector de energía alternativo y un método para producir el mismo. En ese caso se incluye un sustrato de vidrio flexible en un laminado con una chapa de metal y el laminado se somete a fuerzas de flexión, provocando su flexión dentro del límite elástico de la chapa de metal. El espesor relativo de las chapas de metal y vidrio y los medios de doblado entre los mismos necesitan elegirse adecuadamente, de modo que la chapa de vidrio esté sometida a esfuerzo de tracción cuando se flexiona el laminado.

En el documento JP57198403 se da a conocer un reflector curvado que incluye un espejo que comprende un vidrio templado químicamente a modo de placa delgada, un recubrimiento reflectante y un recubrimiento protector, cuyo espejo se curva mecánicamente a lo largo de la superficie de un elemento rígido a temperatura ambiente.

El templado químico endurece el vidrio poniendo la superficie del vidrio a compresión, debido a un intercambio de iones. En un proceso de templado químico se sumerge una pieza de vidrio en un baño de sal fundida a una temperatura prescrita. El calor provoca que los iones más pequeños abandonen la superficie del vidrio y los iones más grandes presentes en la sal fundida entren en la misma. Una vez que se extrae la pieza de vidrio del baño y se enfría, se contrae. Los iones más grandes que están presentes ahora en la superficie del vidrio se agolpan entre sí. Esto crea una superficie comprimida, lo que da como resultado un vidrio más resistente con una resistencia aumentada a la rotura. Este método de templado químico lleva tiempo, tiene baja tasa de fabricación y es muy caro.

El vidrio recocido normal, sin tratamiento especial, se utiliza ampliamente en el campo técnico de la invención. Sin embargo, este vidrio puede volverse frágil cuando se expone a cargas de viento, impacto de sólidos al aire libre y cuando está dotado de orificios no puede soportar los esfuerzos de montaje o fijación necesarios.

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un reflector mejorado para un colector de calor solar, que solucione los inconvenientes mencionados anteriormente presentes en los reflectores comprendidos en la técnica anterior, es decir, un reflector con las propiedades ópticas apropiadas, resistente y que no requiera el uso de un elemento de armazón para mantener su forma curvada. Un segundo objeto de la presente invención es proporcionar un método eficaz para producir un reflector de este tipo, que sea económico, sencillo y reproducible.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Estos y otros objetos de la invención se consiguen mediante un elemento reflector para un reflector de calor solar según la reivindicación 1 independiente, un reflector de calor solar según la reivindicación 11 independiente, una instalación reflectante de calor solar según la reivindicación 12 independiente y un método para producir un elemento reflector... [Seguir leyendo]

1. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar que comprende una hoja de vidrio tratada térmicamente monolítica curvada no flexionada mecánicamente autoportante (2) y medios de reflexión depositados en la hoja de vidrio.

2. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de tratamiento térmico consiste en termoendurecimiento.

3. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de tratamiento térmico consiste en templado térmico.

4. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es sustancialmente parabólico.

5. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está dotado de al menos un orificio (3) para un elemento de fijación para fijar el elemento reflector (1) a una estructura de soporte.

6. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la hoja de vidrio (2) es igual o inferior a 5 mm.

7. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su reflectancia de energía (RE %) es superior al 92% en el espectro solar que comprende de 270 a 2500 nm, con un valor de masa de aire de 1,5.

8. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su reflectancia de luz (RLD65 %) es superior al 94% en el espectro solar que comprende de 270 a 2500 nm, con un valor de masa de aire de 1,5.

9. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando la hoja de vidrio (2) está termoendurecida, ambos lados de superficie del elemento reflector presentan una capa a compresión con intensidad en un intervalo entre aproximadamente 20 MPa y aproximadamente 69 MPa.

10. Elemento reflector (1) para un reflector de calor solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando la hoja de vidrio está templada por calor térmicamente, ambos lados de superficie del elemento reflector presentan una capa a compresión con intensidad por encima de 70 MPa.

11. Reflector de calor solar que comprende al menos un elemento reflector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Instalación reflectante de calor solar que comprende al menos un reflector de calor solar según la reivindicación 11.

13. Método para producir el elemento reflector (1) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende

las etapas de

i) cortar un vidrio recocido, rectificar los bordes de la hoja de vidrio cortada,

ii) lavar la hoja de vidrio,

iii) cargar la hoja de vidrio en un horno de curvado para su doblado hasta la forma curvada

deseada,

iv) tratamiento térmico de la hoja de vidrio calentando y enfriando rápidamente con el fin de

aumentar su resistencia, v) enfriar la hoja de vidrio hasta temperatura de manipulación normal, y vi) aplicación de un recubrimiento reflectante (10) y capas protectoras (11 a 14).

14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento térmico es termoendurecimiento.

15. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento térmico es templado térmico.

16. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque el horno de curvado dobla la hoja de vidrio hasta una forma sustancialmente parabólica.

17. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa i) de rectificado de bordes comprende la operación de perforar orificios (3) en la hoja de vidrio.

18. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa vi) de aplicación de un recubrimiento

reflectante (10) y de capas protectoras (11 a 14) comprende las siguientes etapas: a) preparación de la hoja de vidrio eliminando todas las impurezas y defectos de superficie menores sobre el lado del vidrio que va a recubrirse, puliendo y calentando además hasta una temperatura de aproximadamente 25ºC, b) deposición de una capa de plata metálica (10) c) dejar pasar un tiempo de reacción y aplicación de una capa anticorrosión y antioxidante hecha de cobre metálico (11), d) dejar pasar un tiempo de reacción, aclarado con agua, secar por aire e introducir en un túnel de calentamiento para el secado final de revestimientos metálicos (10, 11), e) aplicación de una capa de pintura “de revestimiento de base” (12), curado en un horno de curado infrarrojo y enfriamiento para reducir la temperatura de la hoja de vidrio antes de la siguiente etapa, f) aplicación de una segunda capa de pintura o pintura “intermedia” (13), curado en un horno de curado infrarrojo y enfriamiento para reducir la temperatura de la hoja de vidrio antes de la siguiente etapa, y g) aplicación de una tercera capa de pintura o revestimiento “superior” (14), curado en un horno de curado infrarrojo y enfriamiento para reducir la temperatura de la hoja de vidrio.

19. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa b) de deposición de una capa de plata metálica (10) se realiza a partir de dos disoluciones, una primera disolución de nitrato de plata y una segunda disolución de un reductor, pulverizándose ambas disoluciones independientemente y mezclándose sobre la parte superior de la superficie de la hoja de vidrio (2).

20. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque la capa de plata metálica (10) presenta un espesor mínimo de 0,7 g/m2.

21. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa c) de deposición de una capa de cobre metálico (11) se realiza a partir de dos disoluciones, una primera disolución de sulfato de cobre y una segunda disolución de una suspensión de polvo de hierro, pulverizándose ambas disoluciones independientemente y mezclándose sobre la parte superior de la capa (10).

22. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque la capa de cobre (etapa c)) presenta un espesor mínimo de 0,3 g/m2.

23. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque el espesor de película seca para el revestimiento de base (12) está en un intervalo entre aproximadamente 20 y 45 micrones, el espesor de película seca para la pintura intermedia (13) está en un intervalo entre aproximadamente 25 y 55 micrones, y el espesor de película seca para el revestimiento superior (14) está en un intervalo entre aproximadamente 25 y 55 micrones.

24. Método según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, caracterizado porque el recubrimiento reflectante y las capas de protección se aplican al lado convexo de la hoja de vidrio (2).