Procedimiento de fabricación de reflectores parabólicos grandes para un aparato de concentración solar.

Un procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para unsistema de conversión solar calentando una lámina de vidrio (200) colocada sobre un molde (201),

haciendocombarse el vidrio en un molde bajo la fuerza de la gravedad, caracterizado porque se proporciona unprocedimiento que comprende las etapas de:

proporcionar un molde (201) que tiene una superficie con ranuras cóncavas adyacentes (220) que se intersecan encrestas (221) que forman una superficie de molde ondulada (218), de manera que el perfil de la superficie ondulada(222) define la forma que adoptará el vidrio (212) cuando una lámina de vidrio (200) se calienta y se comba duranteel proceso de modelado, y en el que la superficie de molde ondulada (218), el molde (201) tienen una superficiesustancialmente cóncava (204) y bordes laminados (203);

colocar la lámina de vidrio (200) encima del molde (201);

irradiar la superficie superior del vidrio (200) con energía radiante intensa para llevar rápidamente el vidrio (200) a latemperatura de fusión con lo que se obtiene una lámina de vidrio en combadura (214), en la que la combadura y elestiramiento del vidrio se consiguen rápidamente por gravedad, hasta que la lámina de vidrio reblandecido (212)entra en contacto con la línea de crestas (221), y se coloca entre ellas, y la lámina de vidrio reblandecido (212)adopta su forma general tal como se define por el perfil de superficie en el punto más alto de las crestas (221);laminar los bordes (219) del vidrio (212) para conformar el borde curvo (203) del molde (201);en cuanto se crea un contacto en el interior del molde (201), y el vidrio (212) toca ligeramente y descansa en lascrestas del molde (211), enfriar rápidamente el vidrio para evitar el hundimiento continuado entre las crestas (221); yreducir al mínimo la conducción térmica desde el molde (201) al vidrio (212) durante el ciclo térmico de modeladousando la superficie del molde ondulada (218) para limitar el área de contacto (221) entre el vidrio (212) y el molde(201), y recubrir la superficie del molde (201) con un recubrimiento de alta reflectancia.

Procedimiento de fabricación de reflectores parabólicos grandes para un aparato de concentración solar

Antecedentes de la invención El cambio climático se reconoce como un problema importante que ha recibido una atención considerable. Como consecuencia de la generación a nivel mundial de energía de combustibles fósiles, se acumulan grandes cantidades de gases de efecto invernadero en nuestra atmósfera. Muchos expertos consideran que si no se hace algo pronto 10 para retrasar o incluso revertir esta acumulación, nuestro clima y el mundo en el que vivimos sufrirán consecuencias catastróficas. Los expertos predicen que un aumento en las temperaturas globales de apenas unos grados derretirá el hielo polar, y tendrá como resultado un aumento suficiente en el nivel de los mares para situar muchas ciudades costeras bajo el agua. Algunos científicos predicen también la extinción de muchas especies de plantas y animales. A la vista de estos y otros efectos adversos importantes de la quema de combustibles fósiles para generar energía,

existe una necesidad importante de un procedimiento de fabricación económica de reflectores parabólicos de vidrio para su uso en un aparato que pueda generar energía de una manera rentable sin la adición significativa de gases de efecto invernadero importantes a la atmósfera.

La presente invención se dirige a un procedimiento de fabricación de reflectores parabólicos de vidrio a partir de láminas económicas de vidrio flotado de calidad suficiente de manera que dichos reflectores puedan usarse en un sistema de conversión solar para generación de electricidad a través de procedimientos fotovoltaicos o térmicos, o para convertir energía solar en energía química por reacciones térmicas o fotoquímicas.

La eficacia de conversión fotovoltaica también puede mejorarse en luz altamente concentrada. Sin embargo, los sistemas anteriores para el uso de luz solar concentrada han dejado un espacio importante para la mejora. Es poco probable que los sistemas de energía solar tengan un impacto significativo en la reducción de los gases de efecto invernadero en la atmósfera hasta que la electricidad pueda generarse usando energía solar a un coste que sea competitivo con la electricidad generada por la quema de combustibles fósiles. El coste es crítico para sistemas de energía solar. De hecho, el coste no puede exagerarse, dado que es tan importante que el coste en solitario puede señalar la diferencia entre el éxito y el fracaso. En la medida en que la electricidad de generación solar cueste más que la electricidad generada por la quema de combustibles fósiles, existen pocas probabilidades de que la energía solar vaya a tener un impacto significativo en la reducción de los gases de efecto invernadero en nuestra atmósfera. Desde hace tiempo se siente la necesidad de un procedimiento de fabricación de un sistema de conversión solar que tenga un coste total del sistema bajo y que sea capaz de generar electricidad a un coste que sea competitivo con la electricidad generada por la quema de combustibles fósiles.

A partir del documento US-2004/0.107.731-A1 se conoce un procedimiento para formar vidrio o cerámicas de vidrio para la preparación de sustratos de espejos, en el que se prepara un cuerpo conformado a partir de una pieza de vidrio de borosilicato mediante combadura por la fuerza de la gravedad en un molde de cerámica de vidrio de queatita a temperaturas superiores a 600° C. El uso de un molde de cerámica de vidrio de queatita se necesitaba para ajustar el coeficiente de expansión térmica del vidrio de borosilicato, debido a la conducción térmica directa entre el molde y el vidrio. El molde de cerámica de vidrio de queatita estaba casi libre de poros, ya que los poros en la superficie del molde posiblemente producirían defectos perjudiciales en el sustrato del vidrio durante la combadura, y se requería una alta precisión para un espejo de rayos X.

Sin embargo, la fabricación de moldes de cerámica de vidrio de queatita es muy cara. Además, el uso de piezas de vidrio de borosilicato aumentaba los costes adicionalmente. Un molde de cerámica de vidrio de queatita tendría un coeficiente de expansión térmica diferente al de vidrio flotado a base de cal y sosa con bajo contenido en hierro, y no sería adecuado para preparar reflectores parabólicos a partir de láminas de vidrio flotado. Las piezas de vidrio de 50 borosilicato no serían deseables debido a su alto coste.

A partir del documento GB-770.097 se sabe básicamente que las envolturas de vidrio de los tubos de rayos catódicos pueden prepararse colocando una placa de vidrio en una matriz y calentándola hasta que la placa se combe debido a su peso. Se aplica un calor suficiente de manera que la placa adopte una forma similar a la parte 55 correspondiente de la matriz, mientras que el borde también puede adoptar en parte la forma de la matriz, con lo cual se ejerce una fuerza en el borde por medio de rodillos de manera que se proporciona al recipiente enteramente la forma de la matriz. El objeto es preparar un recipiente de vidrio curvado hacia el exterior con paredes perpendiculares que pueda unirse con la parte lateral cónica de un tubo de rayos catódicos para preparar un tubo de imagen para televisión en color.

La matriz empleada tiene forma convexa en lugar de cóncava, y el centro de la placa de vidrio debe ponerse en contacto con la matriz antes de que se produzca la combadura alrededor de los bordes de la placa de vidrio. Si la placa se precalienta suficientemente para hacer que se combe antes de que la placa se coloque en contacto con la matriz, la placa se combará en la dirección equivocada en el centro bajo la influencia de la gravedad que es la dirección opuesta a la deseada. Sin embargo, existe un riesgo de agrietamiento si la placa de vidrio en frío entra en contacto con una matriz caliente, lo que representa un problema en funcionamiento continuo. No se proporciona ningún medio para limitar el movimiento lateral de las esquinas de la placa de vidrio mientras se calienta la placa de vidrio.

El estado general de la técnica se muestra adicionalmente en los documentos JP-63-021.229-A, JP-58-194.751-A y WO-2005/042.420-A. Sin embargo, ninguno de estos documentos desvela un medio para limitar el movimiento lateral de las esquinas de una placa de vidrio mientras la placa de vidrio se calienta y se comba con el fin de forzar a que la lámina de vidrio se estire mientras se comba.

Un objetivo central de la presente invención implica proporcionar un procedimiento de fabricación y un aparato para generar electricidad u otras formas de energía solar a bajo coste. El coste es de importancia crítica, pues de lo contrario es improbable que los sistemas de conversión solar desplacen a un porcentaje elevado de plantas de generación eléctrica convencionales que generan electricidad con la quema de combustibles fósiles. La presente invención incluye un procedimiento de fabricación que facilita un coste total del sistema bajo para conversión solar.

Con el fin de tener un impacto discernible en la minimización del cambio climático provocado por gases de efecto invernadero en nuestra atmósfera, se necesita un procedimiento de fabricación para hacer económicamente reflectores de vidrio destinados a su uso en un sistema de conversión solar que puedan suministrar radiación solar 25 altamente concentrada a unidades de conversión de alta eficacia al mínimo coste por unidad de potencia. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de fabricación que permite el uso de vidrio flotado a bajo coste para tales reflectores de vidrio. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de fabricación que es capaz de tasas de producción rápidas y de alta velocidad. La presente invención incluye un procedimiento económico de fabricación que es capaz de producir reflectores de vidrio hechos de vidrio flotado a bajo coste y a una velocidad suficientemente rápida para dar cabida a la salida completa de una línea de producción de fábrica de vidrio flotado convencional en un procedimiento de fabricación continuo.

El coste de los sistemas de conversión solar que usan reflectores en forma de disco se reduce al mínimo mediante el uso de materiales económicos, como vidrio flotado. Los reflectores individuales en forma de disco adoptan la forma de un monolito de vidrio grande, en oposición a una matriz de segmentos discretos en tope. La construcción monolítica simplifica la fabricación e integración de reflectores de vidrio, y reduce al mínimo el número de puntos de soporte por área unidad para un grosor de vidrio y una masa por unidad de área (densidad de superficie) dados.

La presente descripción incluye... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar calentando una lámina de vidrio (200) colocada sobre un molde (201) , haciendo combarse el vidrio en un molde bajo la fuerza de la gravedad, caracterizado porque se proporciona un procedimiento que comprende las etapas de:

proporcionar un molde (201) que tiene una superficie con ranuras cóncavas adyacentes (220) que se intersecan en crestas (221) que forman una superficie de molde ondulada (218) , de manera que el perfil de la superficie ondulada (222) define la forma que adoptará el vidrio (212) cuando una lámina de vidrio (200) se calienta y se comba durante el proceso de modelado, y en el que la superficie de molde ondulada (218) , el molde (201) tienen una superficie sustancialmente cóncava (204) y bordes laminados (203) ;

colocar la lámina de vidrio (200) encima del molde (201) ;

irradiar la superficie superior del vidrio (200) con energía radiante intensa para llevar rápidamente el vidrio (200) a la temperatura de fusión con lo que se obtiene una lámina de vidrio en combadura (214) , en la que la combadura y el estiramiento del vidrio se consiguen rápidamente por gravedad, hasta que la lámina de vidrio reblandecido (212) entra en contacto con la línea de crestas (221) , y se coloca entre ellas, y la lámina de vidrio reblandecido (212)

adopta su forma general tal como se define por el perfil de superficie en el punto más alto de las crestas (221) ;

laminar los bordes (219) del vidrio (212) para conformar el borde curvo (203) del molde (201) ;

en cuanto se crea un contacto en el interior del molde (201) , y el vidrio (212) toca ligeramente y descansa en las 25 crestas del molde (211) , enfriar rápidamente el vidrio para evitar el hundimiento continuado entre las crestas (221) ; y

reducir al mínimo la conducción térmica desde el molde (201) al vidrio (212) durante el ciclo térmico de modelado usando la superficie del molde ondulada (218) para limitar el área de contacto (221) entre el vidrio (212) y el molde (201) , y recubrir la superficie del molde (201) con un recubrimiento de alta reflectancia.

2. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 1, seguido por una etapa consistente en:

usar un procedimiento de plateado en el reverso para fabricar los reflectores de vidrio (1) . 35

3. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 1, caracterizado además por la etapa consistente en:

limitar las esquinas de la lámina de vidrio flotado durante el calentamiento para asegurar que cuando la lámina de 40 vidrio (214) se reblandece y se comba, el vidrio (214) se estirará, y evitar la tendencia a arrugarse durante la combadura.

4. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 1, caracterizado además por la etapa consistente en:

acelerar el modelado de la lámina de vidrio en combadura (214) en una forma de plato (212) reduciendo la presión del aire por debajo del molde (201) .

5. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un 50 sistema de conversión solar según la reivindicación 4, caracterizado además por la etapa consistente en:

limitar las esquinas de la lámina de vidrio flotado durante el calentamiento para asegurar que cuando la lámina de vidrio (214) se reblandece y se comba, el vidrio (214) se estirará, y evitar la tendencia a arrugarse durante la combadura.

6. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 1, caracterizado además por la etapa consistente en:

retirar el vidrio (212) del molde (201) una vez que el vidrio (212) se ha enfriado suficientemente para enrigidecerse lo suficiente para su manipulación a corto plazo.

7. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 6, caracterizado además por la etapa consistente en:

llevar la cara del molde al equilibrio térmico y hacerle recuperar la temperatura de inicio mediante convección por aire forzado antes de que el molde (201) se use para modelar la siguiente lámina de vidrio (200) .

8. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un 10 sistema de conversión solar según la reivindicación 1, caracterizado además por la etapa consistente en:

recoger la contaminación de pequeñas partículas en los valles cóncavos (220) entre las crestas (221) en la superficie del molde (201) .

9. El procedimiento continuo automatizado para fabricar reflectores monolíticos cóncavos (1) para un sistema de conversión solar según la reivindicación 3, caracterizado además por la etapa consistente en:

recoger la contaminación de pequeñas partículas en los valles cóncavos (220) entre las crestas (221) en la superficie del molde (201) . 20

10. Un molde (201) usado en un proceso continuo automatizado de fabricación de un reflector monolítico cóncavo (1) calentando una lámina de vidrio (200) colocada encima del molde (201) con energía radiante intensa que incide en la superficie superior del vidrio (200) y lleva rápidamente el vidrio a una temperatura de fusión que produce como resultado una lámina de vidrio en combadura (214) , haciendo combarse la lámina de vidrio (200) en el

molde (201) usando la fuerza gravitatoria para impulsar el modelado de la lámina de vidrio (200) en la forma (212) del molde (201) , y en el que el vidrio (212) se enfría rápidamente por convección y por radiación del calor hacia el exterior, caracterizado porque:

el molde (201) tiene una superficie sustancialmente cóncava (204) , teniendo la superficie del molde ranuras cóncavas adyacentes (220) que se intersecan con crestas (221) que forman una superficie de molde ondulada (218) , de manera que el perfil de la superficie de las crestas (222) define la forma que adoptará el vidrio (212) cuando una lámina de vidrio (200) se calienta y se comba durante el proceso de modelado, y en el que la superficie de molde ondulada (218) reduce al mínimo la conducción térmica directa desde el molde (201) al vidrio (212) durante el ciclo térmico de modelado, al ser tan pequeña el área de la línea de contacto (221) ; y,

la superficie de molde lobulada (218) tiene además regiones (220) en valles cóncavos (220) entre las crestas (221) que pueden recoger la contaminación de pequeñas partículas, manteniendo las pequeñas partículas evacuadas hacia las crestas (221) durante el hundimiento y reduciendo así la formación de vesículas en el vidrio (212) que en caso contrario podrían originarse por las partículas salientes de la superficie (220) del molde (201) , en el que el perfil

de superficie acanalado (218) del molde (201) reduce al mínimo los daños en el reverso de la superficie especular del vidrio (212) por contacto con la superficie del molde.

11. El molde según la reivindicación 10, caracterizado además porque:

el molde (201) está recubierto para conseguir alta reflectividad para la radiación térmica transmitida y emitida por el vidrio (212) .

12. El molde según la reivindicación 11, caracterizado además porque:

el molde (201) está recubierto con cromo.

13. El molde según la reivindicación 11, caracterizado además porque:

14. El molde según la reivindicación 11, caracterizado además porque:

el molde (201) está recubierto con níquel. 55

el molde (201) está recubierto con una aleación de níquel-cromo.