Aparato para obtener electricidad a partir de energía solar.

Un aparato (1) para la obtención de electricidad a partir de energía solar que se compone de:

- medios de calentamiento (2) que comprenden al menos un colector solar para calentar un fluidotermovector

- al menos una máquina (3) que es conveniente para transformar la energía de dicho fluido termovector enenergía mecánica y que está asociada con los mencionados medios de calentamiento (2) mediante lainterposición de medios de conexión (4) a través los cuales fluye el citado fluido termovector hacia dichamaquina (3) que es del tipo Stirling y que incluye:

- dos cuerpos huecos sustancialmente cilíndricos (6a, 6b)

- dos pistones (5a, 5b) que se mueven y deslizan con movimiento rectilíneo alternativo dentro delos mencionados cuerpos huecos (6a, 6b) y en contacto con dicho fluido termovector y

- al menos un mecanismo rotativo empujador situado entre dichos pistones (5a, 5b) y al menos unelemento rotativo (9), y

-un mecanismo de transformación (10) asociado con dicha máquina (3) para transformar la mencionadaenergía mecánica en electricidad,

en el cual, dichos medios de conexión (4) comprenden:

- una primera tubería (12a) asociada con uno de los mencionados cuerpos huecos (6a),

- una segunda tubería (12b) asociada con el otro de dichos cuerpos huecos (6b),

- una tercera tubería (12c) entre dicha primera tubería (12a) y la mencionada segunda tubería (12b),caracterizado por el hecho de que los citados medios de conexión (4) incluyen además:

-una cuarta tubería (12d) a través de la cual el mencionado fluido termovector entra en dicho colector solar(2) que está conectado a la primera tubería (12a),

-una quinta tubería (12e) a través de la cual el mencionado fluido termovector sale de dicho colector solar(2) y que está conectada a la segunda tubería (12b) y

- un conjunto de válvulas (13) adecuadas para dirigir el fluido termovector desde dicho colector solar (2) adicha segunda tubería (12b) a través de dicha quinta tubería (12e), para dirigir el fluido termovector desdedicha segunda tubería (12b) a la citada primera tubería (12a) a través de la mencionada tercera tubería(12c) y para dirigir el fluido termovector desde dicha primera tubería (12a) dentro de dicho colector solar (2)a través de la citada cuarta tubería (12d).

Aparato para obtener electricidad a partir de energía solar.

Ámbito de la invención Esta invención se refiere a un aparato para obtener electricidad a partir de la energía solar.

Antecedentes de la invención La utilización de energía solar convertida en electricidad o calor es conocida, con el fin de reducir la utilización de energías no renovables.

Especialmente, es conocida la utilización de máquinas que explotan las propiedades termodinámicas de fluidos para 15 generar electricidad.

Estas máquinas, como por ejemplo, el tipo Stirling o el tipo Joule-Brayton con motor de aire caliente, funcionan utilizando un gas termovector a dos temperaturas diferentes, utilizando en particular, los cambios en el volumen de fluido para mover los mecanismos conectados a los generadores de energía.

El cambio en la temperatura del gas es inducido poniéndolo en contacto con una superficie caliente (o fría) que a su vez absorbe la energía de una superficie de una fuente de calor y luego, en contacto con una superficie fría (o caliente) , en la cual el gas produce la energía térmica absorbida previamente.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el punto caliente y el punto frío, mejor será la eficiencia del sistema.

El sol es la fuente del calor utilizado en el ámbito técnico referente a la invención. Por ejemplo, es conocida la asociación de maquinas Stirling con sistemas de espejos concentradores. Los espejos, a menudo asociados con superficies en forma de disco, reciben la luz del sol y la reflejan en un punto de enfoque a lo largo del eje del disco. Una de estas máquinas está situada en el punto de enfoque y en concreto la parte de la maquina que se destina a calentar el fluido vector.

La energía producida por la irradiación es convertida en energía térmica y transferida al fluido termovector,

generalmente un gas, que a su vez hace funcionar uno o más pistones cuyo movimiento genera una corriente dentro de un generador. El sistema de espejo, aunque muy eficiente, tiene, no obstante, una serie de inconvenientes.

De hecho, debe ser instalada una estructura suficientemente resistente para soportar un disco, el cual requiere mucho espacio para suministrar una adecuada cantidad de energía, lo que restringe la utilización de esta tecnología a espacios abiertos.

Aún más, debido a su forma, el disco debe recibir siempre los rayos solares paralelos con respecto a su eje, lo que requiere un sistema de movimiento de espejos y motor que hace que la instalación de un aparato de este tipo sea aún más compleja. Otro inconveniente es que la instalación de un disco grande puede representar un riesgo, en el

caso de fuerte viento, que incluso puede desarraigar todo el sistema con riesgo de herir a personas o dañar objetos en la vecindad.

Otro inconveniente adicional es que el sistema de espejos es muy caro, haciendo la explotación de la energía solar menos ventajosa con respecto a fuentes de energía no renovables.

Un sistema similar está divulgado por el documento de patente US 5.735.123.

La explotación de la energía solar es también conocida para obtener electricidad mediante el uso de colectores solares o paneles solares térmicos, a través de los que corre un líquido fluido termovector.

En particular, la temperatura de los líquidos es aumentada por irradiación hasta que hierve y la energía del vapor así obtenida se transfiere a turbinas vinculadas a un generador.

Esta solución también tiene una serie de inconvenientes, porque la eficiencia del proceso de transferencia de la energía es muy baja, convirtiendo en no muy económicamente viable la instalación de un aparato colector solar vinculado a turbinas.

Otros sistemas son divulgados por los documentos de patente US 4.414.814 y DE 20 2005 017622.

Objetivo de de la invención El objetivo principal de esta invención es proporcionar un aparato especial para la obtención de electricidad a partir de la energía solar que tenga alta eficacia y al mismo tiempo no esté restringido por los límites relativos a los sistemas de gran tamaño.

Otro objetivo de esta invención es conseguir un aparato que requiera menos espacio y de coste de instalación inferior, permitiendo una mayor difusión de los dispositivos para explotar energías alternativas; de hecho, es posible aprovechar diferentes superficies de apoyo, tales como techos, terrazas, paredes verticales, parcelas, etc.

El último, pero no menos importante objetivo de esta invención, es actualizar la eficacia térmica del sistema mediante la reducción de los intercambios de calor entre superficies de temperatura diferentes.

Dentro de ese objetivo técnico, otro objetivo de esta invención es satisfacer los objetivos anteriores con una estructura simple que sea relativamente fácil y práctica de realizar, segura de utilización y que funcione con eficacia, así como también de coste relativamente bajo.

Mediante este aparato se consiguen todos los objetivos anteriores, especialmente para la obtención de electricidad a partir de energía solar, según la reivindicación 1

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas adicionales de esta invención se mostrarán más evidentes gracias a la descripción detallada de una preferente, pero no única, realización, de un aparato especial para la obtención de electricidad a partir de energía solar, ilustrado de forma indicativa, a modo de ejemplo no limitante, en los dibujos adjuntos, donde:

La Figura 1 es una vista esquemática de un aparato según la invención en una primera realización;

La Figura 2 es una vista esquemática de un aparato que no forma parte de la presente invención.

Realizaciones de la invención Con referencia especial a estas figuras, se ha designado como 1 un aparato especialmente diseñado para obtener electricidad a partir de la energía solar.

El aparato 1 consta de medios de calentamiento para calentar un fluido termovector que consiste en un colector solar 2 a través del cual fluye un fluido termovector; el colector solar 2 puede ser del tipo tubería, del tipo de tubería de vacío, plano o de cualquier otra forma.

El fluido termovector es un gas seleccionado entre aire, nitrógeno, helio o mezclas gaseosas elegidas con el propósito de mejorar la eficiencia termodinámica del aparato 1.

El colector solar 2 está, de forma ventajosa, asociado con una máquina 3 de tipo alternativo, mediante medios de conexión 4 a través de los cuales fluye el fluido termovector.

La máquina 3 es del tipo alternativo en el sentido que comprende al menos un pistón 5a y 5b que se mueven con movimiento rectilíneo alternativo dentro de un cuerpo hueco cilíndrico 6a y 6b; deslizándose herméticamente entre el pistón 5a y 5b y el respectivo cuerpo hueco 6a y 6b.

La máquina 3 de la figura 1 es un motor del tipo Stirling, mientras que la máquina 3 de la figura 2 es un motor del tipo Joule-Brayton.

La máquina 3 es, por tanto, del tipo capaz de convertir la energía contenida en un fluido gaseoso en forma de calor, en una energía mecánica útil por medio de uno o más pistones 5a y 5b, en concreto mediante la explotación de ciclos termodinámicos definidos como Stirling, Joule-Brayton o Brayton.

El fluido termovector está en contacto con la cabeza del pistón 5a y 5b y con la pared del cuerpo hueco 6a y 6b, comprendida entre la cabeza de los pistones 5a y 5b y el extremo final de carrera del cuerpo hueco 6a y 6b. De manera ventajosa, el contacto directo entre el fluido termovector y el pistón 5a y 5b permite eliminar la superficie de intercambio de calor del cuerpo hueco 6a y 6b requerida en los motores termodinámicos tradicionales, aumentando la eficiencia de la maquina 3.

La parte posterior del pistón 5a y 5b está asociada con un mecanismo rotativo empujador que se compone de un vástago de conexión tipo biela 7a y 7b y una manivela 8a, 8b, 8c; la manivela 8a, 8b, 8c está, a su vez, asociada con un elemento rotativo 9 que consiste en un eje de transmisión.

En las realizaciones especiales que se muestran en las ilustraciones, las máquinas 3 comprenden cada una dos pistones 5a y 5b deslizándose en los cuerpos huecos respectivos 6a y 6b y conectados a una biela 7a y 7b; además, los dos pistones 5a y 5b, pueden ser cinéticamente acoplados mediante el mecanismo de empuje y el elemento rotativo 9.

El eje 9 opera un mecanismo de transformación 10 para convertir la energía mecánica en electricidad y consiste en un generador de energía y/o de corriente.

De forma ventajosa, el elemento rotativo 9 está asociado con una masa inercial rotatoria 11, necesaria... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (1) para la obtención de electricidad a partir de energía solar que se compone de:

- medios de calentamiento (2) que comprenden al menos un colector solar para calentar un fluido termovector

- al menos una máquina (3) que es conveniente para transformar la energía de dicho fluido termovector en energía mecánica y que está asociada con los mencionados medios de calentamiento (2) mediante la interposición de medios de conexión (4) a través los cuales fluye el citado fluido termovector hacia dicha maquina (3) que es del tipo Stirling y que incluye:

- dos cuerpos huecos sustancialmente cilíndricos (6a, 6b)

- dos pistones (5a, 5b) que se mueven y deslizan con movimiento rectilíneo alternativo dentro de los mencionados cuerpos huecos (6a, 6b) y en contacto con dicho fluido termovector y

- al menos un mecanismo rotativo empujador situado entre dichos pistones (5a, 5b) y al menos un elemento rotativo (9) , y

-un mecanismo de transformación (10) asociado con dicha máquina (3) para transformar la mencionada energía mecánica en electricidad,

en el cual, dichos medios de conexión (4) comprenden:

- una primera tubería (12a) asociada con uno de los mencionados cuerpos huecos (6a) ,

- una segunda tubería (12b) asociada con el otro de dichos cuerpos huecos (6b) ,

- una tercera tubería (12c) entre dicha primera tubería (12a) y la mencionada segunda tubería (12b) , caracterizado por el hecho de que los citados medios de conexión (4) incluyen además: -una cuarta tubería (12d) a través de la cual el mencionado fluido termovector entra en dicho colector solar

(2) que está conectado a la primera tubería (12a) , -una quinta tubería (12e) a través de la cual el mencionado fluido termovector sale de dicho colector solar

(2) y que está conectada a la segunda tubería (12b) y

- un conjunto de válvulas (13) adecuadas para dirigir el fluido termovector desde dicho colector solar (2) a dicha segunda tubería (12b) a través de dicha quinta tubería (12e) , para dirigir el fluido termovector desde dicha segunda tubería (12b) a la citada primera tubería (12a) a través de la mencionada tercera tubería (12c) y para dirigir el fluido termovector desde dicha primera tubería (12a) dentro de dicho colector solar (2) a través de la citada cuarta tubería (12d) .

2. Un aparato (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho mecanismo rotativo empujador incluye al menos una biela (7a, 7b) asociada con los mencionados pistones (5a, 5b) y por lo menos una manivela (8a) asociada con dicha biela (7a, 7b) y con el citado elemento rotativo (9) .

3. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que dichos pistones (5a, 5b) pueden estar acoplados cinéticamente.

4. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de ese dicho elemento rotativo (9) consta de un eje asociado con el mencionado mecanismo de transformación (10) .

5. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que dicha maquina (3) se compone de una masa inercial rotatoria (11) asociada a dicho elemento rotativo (9) .

6. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que dicho mecanismo de transformación (10) es un generador de energía/corriente.

7. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que los mencionados cuerpos huecos (6a, 6b) se asocian uno con el otro de manera sustancialmente transversal.

8. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el mencionado conjunto de válvulas (13) lo compone al menos una válvula de control situada en al menos una, entre dicha tercera tubería (12c) , dicha cuarta tubería, (12d) y dicha quinta tubería (12e) .

9. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que al menos uno de dichos cuerpos huecos (6a, 6b) se asocia con un sistema de refrigeración (14) de dicho fluido termovector.

10. Un aparato (1) según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicho sistema de enfriamiento (14) está situado alrededor del cuerpo hueco (6a) y está asociado con la citada primera tubería (12a) .

11. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que incluye una fuente de calor (16) asociada bajo demanda cerca de por lo menos uno de dichos cuerpos huecos (6b) .

12. Un aparato (1) según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que dichos medios de conexión (4) incluyen al menos un intercambiador de calor (17) situado entre la mencionada maquina (3) y dicho colector solar (2) .

13. Un aparato (1) según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que dicho intercambiador de calor (17) está situado a lo largo de dicho primera tubería (12a) .