CAMPO VERTICAL DE HELIOSTATOS.

Campo vertical de helióstatos (1) que se caracteriza porque comprende una pluralidad de helióstatos (7) situados en un plano vertical (2,

22, 23) y que reflejan y concentran los rayos del sol (4) hacia un elemento receptor (5) situado próximo al plano vertical (2, 22, 23) y en oposición al mismo; y en donde dicha pluralidad de helióstatos (7) están anclados a una estructura (9, 10, 11, 12, 24, 25) solidariamente unida al plano vertical (2, 22, 23); estando, además, cada helióstato (7) dotado de un control local (17) configurado para el seguimiento solar para cada instante de tiempo en dos ejes: azimut (13, 15) y elevación (14, 16).

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CAMPO VERTICAL DE HELIÓSTATOS

5 La presente invención está referida a una nueva distribución del campo de helióstatos de un sistema solar térmico de concentración de receptor central, consistente en la disposición del campo de helióstatos en posición vertical. Su principal objetivo es la integración de este tipo de sistemas en entornos urbanos para la generación distribuida de energía eléctrica.

10 Estado de la técnica anterior

15 Los sistemas de aprovechamiento de la energía solar térmica de concentración, como es el caso de las centrales solares termoeléctricas y los sistemas solares usados para calor de proceso industrial, emplean grandes superficies compuestas de elementos reflectantes, como espejos, con los que concentran la radiación solar que incide en ellos sobre un elemento receptor o caldera solar. Los concentradores individuales que conforman la gran superficie reflectante se pueden clasificar en dos grupos principales: de foco lineal y de foco puntual:

20 25 -Son de foco puntual cuando los rayos procedentes del sol se reflejan y concentran sobre un punto (realmente es una esfera al no ser concentradores ideales) . En general, la superficie de los concentradores suele ser esférica o parabólica. -Son de foco lineal cuando concentran los rayos solares sobre una zona lineal (realmente en un volumen tubular al no ser ideales) . En este caso, la superficie del concentrador es parabólica con respecto a un solo eje y. Por otro lado, los sistemas solares termoeléctricos se dividen en cuatro tipos:

30 35 a) Sistemas helióstatos con receptor central o torre. El concentrador está formado por un conjunto de unidades denominados helióstatos que realizan el seguimiento solar en dos ejes (elevación y azimut) . Los helióstatos poseen uno o más espejos que redirigen la radiación solar hacia un punto común, el receptor, que suele posicionarse en lo alto de una torre. Son concentradores de foco puntual que tienen la particularidad de reflejar el haz luminoso hacia un punto fijo, por lo que su óptica es más compleja que en el resto de los sistemas termoeléctricos. Los propios espejos pueden ser curvados con el objeto de aumentar el grado de concentración de la radiación reflejada dirigida al receptor.

b) Sistemas de colectores cilindro-parabólicos.

Son concentradores de foco lineal con seguimiento en un solo eje. La superficie del concentrador, que posee forma cilindro-parabólica, refleja la radiación solar directa concentrándola sobre un tubo absorbente calentando un fluido que circula por su interior, transformando de esta forma la radiación solar en energía térmica, en forma de calor sensible y/o latente del fluido.

c) Sistemas de colectores lineales tipo Fresnel.

Son concentradores de foco lineal con seguimiento en un solo eje. Conceptualmente son una variante de los campos de concentradores cilindro-parabólicos con foco lineal, en los que se produce una segmentación del concentrador parabólico que permite compactar el campo. Operan con tubos absorbedores estáticos, siendo los reflectores los que realizan el seguimiento del sol en un único eje. d) Sistemas de discos Stirling. Son pequeñas unidades independientes con un reflector cuya superficie es una parábola de revolución alrededor de un eje, habitualmente conectado a un motor Stirling situado en el foco. Realizan el seguimiento en dos ejes y su foco es puntual.

En la actualidad, debido al problema energético que se plantea por la dependencia del petróleo y la generación centralizada de la energía, surge la necesidad de obtención de energía a través de fuentes renovables, además de favorecer la generación distribuida de la energía.

Hasta la fecha, se han desarrollado diferentes trabajos que buscan el empleo de sistemas solares de concentración integrados en ambientes urbanos para la consecución de los fines anteriormente mencionados. En referencia a los paneles fotovoltaicos con concentradores solares se han presentados trabajos como los de: -Gajbert, H. et al. “Optimisation of reflector and module geometries for stationar y , low-concentrating, façade-integrated photovoltaic systems”, Solar Energy materials and Solar Cells, 91, 1788-1799 (2007) ; y

-Mallick, T.K. et al. “The design and experimental characterization of an asymmetric 30 compound parabolic photovoltaic concentrator for building façade integration in the UK”, Solar Energy 77, 319-327 (2004) .

Igualmente se han realizado trabajos relativos a la integración de paneles solares térmicos en edificios, si bien no plantean el uso de sistemas de concentración solar, como los de: 35 -Li, Z. et al. “Application and development of solar energy in building industr y and its prospects in China”, Energy Policy 35, 4121-4127 (2007) ;

-Probst, MC. Et al, “Towards an improved architectural quality of building integrated solar thermal systems (BIST) ”, Solar Energy 81, 1104-1116 (2007) .

Recientemente se han propuesto algunos sistemas de concentradores solares para aplicaciones 5 térmicas haciendo uso de lentes y reflectores tipo Fresnel para su integración en fachadas de edificios para la obtención de energía a partir de la radiación solar, como en -Chemisana, D., ”Building Integrated Concentrating Photovoltaics: A review”, Renewable and Suistanable Energy Reviews 15, 603-611 (2011) ; -Chemisana, D., ”Building Integration of Concentrating systems for solar cooling 10 applications”, 2nd European Conference on Polygeneration (2011) .

El presente invento hace referencia únicamente a sistemas del tipo a) es decir, a sistemas en los que el campo de concentradores está formado por helióstatos que realizan el seguimiento solar en dos ejes y cuyo foco es puntual. La diferencia más importante entre los sistemas de receptor central planteados hasta la fecha y el sistema que preconiza la presente invención en el planteamiento es la distribución vertical del campo de helióstatos, que además facilitan la integración de estos sistemas en edificios y ambientes urbanos.

La patente ES2322748 (Blanca Lleó Asociados, SL) recoge el concepto de verticalidad en el

empleo de lamas que incorporan elementos generadores de energía (células fotovoltaicas) aplicados a fachadas de edificios. La patente EP 1 698 754 plantea una posibilidad constructiva similar basada en lamas, las cuales puede incorporar células fotovoltaicas o captadores térmicos para aplicaciones a baja temperatura. Dichos sistemas no son aplicables a la innovación propuesta que requiere realizar el seguimiento del sol en dos ejes, azimut y

elevación, con el fin de aprovechar al máximo la superficie de captación de la componente solar directa. Aunque en la primera patente, los inventores asocian a las lamas cuatro funciones: seguridad, protección solar, captación solar fotovoltaica y aportación de una solución estética; en ninguna de las dos patentes se contempla el uso de las lamas como elemento reflectante para redirigir la radiación solar hacia un segundo elemento. Por último, la generación eléctrica se realiza en las propias lamas por medio de elementos fotovoltaicos.

Las patentes WO2010/013269 y WO2010/026437 describen dos colectores solares para su implementación en fachadas verticales. En el segundo caso, el colector, que realiza el aprovechamiento de la energía solar concentrada en forma de electricidad o calor, es un elemento estático e individual integrado en la fachada del edificio. Ambas patentes adolecen de la falta de libertad a la hora de realizar un seguimiento en dos ejes.

La patente ES2330986 (Díaz Magro, Tomás) propone un sistema reticular situado en la fachada de un edificio. El inventor propone que los elementos que componen el sistema reticular o placas puedan ser empleados como soporte de paneles captadores de energía solar. Sin embargo, no se proponen soluciones constructivas para el empleo de la invención en concentración solar, ni para la orientación de las placas con el objeto de realizar el seguimiento solar.

La patente ES2346026 describe un sistema de paneles solares móviles que aprovecha las aristas del edificio para disponer en ella los paneles de giro. La aplicación se dirige a la utilización de elementos para la generación directa de electricidad y/o calor, sin referirse a elementos reflectantes empleados en plantas o sistemas de generación termoeléctrico. La solución propuesta no es adaptable en sistemas de concentración solar de tipo receptor central, salvo una adecuación de la fachada durante el diseño de ésta.

La patente WO 2006/049560 describe un dispositivo compuesto por colectores de radiación solar mecánicamente enlazados que permite el movimiento conjunto de todos ellos...

1. Campo vertical de helióstatos (1) que se caracteriza porque comprende una pluralidad de helióstatos (7) situados en un plano vertical (2, 22, 23) y que reflejan y 5 concentran los rayos del sol (4) hacia un elemento receptor (5) situado próximo al plano vertical (2, 22, 23) y en oposición al mismo; y en donde dicha pluralidad de helióstatos (7) están anclados a una estructura (9, 10, 11, 12, 24, 25) solidariamente unida al plano vertical (2, 22, 23) ; estando, además, cada helióstato (7) dotado de un control local (17) configurado para el seguimiento solar para cada instante de tiempo en dos ejes: azimut (13, 15) y elevación (14, 16) .

2. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el plano vertical queda definido por la fachada (2) de un primer edificio (3) .

1.

3. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 2 en donde la fachada (2) está provista de unos voladizos (8) dispuestos longitudinalmente, de tal forma que estos elementos sirven de apoyo a una pluralidad de perfiles de acero (9) sobre los que van soportados los heliostatos (7) ; estando dichos perfiles (9) situados verticalmente e instalados entre dos voladizos (8) situados uno encima del otro, quedando en los perfiles verticales (9) una pluralidad de cartelas (11) , soldadas o atornilladas a dichos perfiles (9) , que sirven de apoyo para un pedestal (12) del helióstato (7) , que se encuentra atornillado en su base a dicha cartela (11) .

4. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 a 3 en donde 25 además comprende una pluralidad de perfiles horizontales (10) solidariamente unidos a los perfiles verticales (9) .

5. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 2 en donde la estructura de sustentación de los helióstatos comprende una pluralidad de perfiles verticales (9) que se sustentan directamente sobre el suelo o sobre el tejado de un edificio inferior (18) , anclándose igualmente sobre el tejado (19) del propio edificio (3) ; y donde el pedestal (12) de cada helióstato (7) se encuentra atornillado sobre una cartela (11) que a su vez se encuentra soldada o atornillada al perfil vertical (9) .

3.

6. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en donde el receptor (5) se encuentra localizado en un segundo edificio (6) , en un emplazamiento sobre el tejado (20) de dicho segundo edificio (6) y, si es necesaria una mayor altura, se emplaza sobre una torre (21) instalada en dicho segundo edificio (6) .

7. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el 5 plano vertical queda definido por el espacio entre dos edificios (22, 23) .

8. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 7 en donde la estructura de sustentación de los helióstatos (7) comprende una viga (24) que va de lado a lado de los edificios (22, 23) ; y donde desde la viga horizontal (24) penden una pluralidad de perfiles verticales (9) sobre los que van instalados los helióstatos (7) .

9. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1, 7 y 8 en donde para aumentar la resistencia de la estructura se añade otro elemento estructural en forma de arco (25) localizado en la parte inferior de los edificios (22, 23) sobre los que se apoyan los perfiles verticales (9) y que sirve como sustentación a éstos.

10. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 7 a 9, en donde el arco (25) delimita el final del campo vertical de helióstatos (1) .

2.

11. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 7 a 10 en donde para la localización del receptor (5) se dispone una segunda viga horizontal (26) situada entre los edificios (22, 23) a una determinada altura y a cierta distancia de la primera viga horizontal (24) , disponiéndose el receptor (5) sobre dicha segunda viga horizontal (26) .

2.

12. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 y 7 a 11 en donde se dispone una pluralidad de vigas horizontales (27) que van de lado a lado de los edificios (22, 23) y que sirven de sustentación a los perfiles verticales (9) .

13. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en donde el receptor (5) es uno seleccionado entre un motor térmico (Stirling, Ericsson) , una microturbina, una o varias células fotovoltaicas de concentración o una combinación de los mismos.

14. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en donde helióstatos comprenden un sistema de seguimiento colectivo que comprende un motor (28) que hace girar un eje (29) al que va asociada una cadena o correa dentada (30) que transmite el movimiento de dicho motor a una pluralidad de ejes (31, 32) que llevan asociados otras cadenas o correas de transmisión (33) y que finalmente transmiten el giro a los accionamientos (15, 16) de los helióstatos (7) , permitiendo así su giro y, por consiguiente, su orientación.

15. Campo vertical de helióstatos (1) de acuerdo con las reivindicación 15 anteriores en donde el motor (28) se utiliza para mover un conjunto de ejes verticales (32) para conseguir la orientación en azimut de los helióstatos (7) mientras que se emplean ejes horizontales (31) para conseguir la orientación en elevación de los helióstatos (7) .