Módulo de colector solar.

Módulo de colector solar de los usados en una planta de concentración de energía solar,

más concretamente, a las estructuras que se utilizan para mantener o soportar los espejos y los receptores encargados de concentrar la radiación solar.

Esta estructura cuenta con una serie de características que aumentan su eficiencia respecto a lo conocido: adición de aletas en forma de caja en los nodos para facilitar la conexión de las barras, utilización de conectores planos o huecos para fijar la barra al nodo, realizar estructura asimétrica con barras mucho más reforzadas que otras, que serán aquellas que soporten la carga, división del cordón longitudinal que recorre la estructura en segmentos discretizados y eliminación de aquellos que no realicen esfuerzo, desplazamiento de los nodos a ubicaciones más óptimas y creación de un nodo de larga longitud (cordón) al que se acoplan directamente las barras gracias a las aletas sin necesidad nodos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2009/000562.

Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MARCOTTE,Patrick, BIGGIO,Kenneth, MAY,Edmund Kenneth, MANNING,Kerry, BACKES,Rachel, NETTLAU,Janina, SOMMERS,Rick.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • E04B1/19 SECCION E — CONSTRUCCIONES FIJAS.E04 EDIFICIOS.E04B ESTRUCTURA GENERAL DE LOS EDIFICIOS; MUROS, p. ej. TABIQUES; TEJADOS; TECHOS; SUELOS; AISLAMIENTO Y OTRAS PROTECCIONES DE LOS EDIFICIOS (estructuras de marcos para vanos de puertas, ventanas o similares E06B 1/00). › E04B 1/00 Construcciones en general; Estructuras que no se limitan a los muros, p. ej. tabiques, pisos, techos, ni tejados (andamiajes, encofrados E04G; estructuras adaptadas únicamente a edificios para usos particulares, proyecto general de los edificios, p. ej. coordinación modular E04H; elementos particulares de los edificios, ver los grupos correspondientes a estos elementos). › Estructuras de esqueleto tridimensional.
  • F24J2/52 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › Disposición de los montajes o soportes.

Fragmento de la descripción:

MÓDULO DE COLECTOR SOLAR Sector técnico de la invención Esta invención se refiere a los módulos de colectores solares de los usados en una planta de concentración de energía solar, más concretamente, a las estructuras que se utilizan para mantener o soportar los espejos y los receptores encargados de concentrar la radiación solar.

Antecedentes de la invención En las plantas de colectores solares se emplean estructuras soporte para los espejos encargados de concentrar la radiación solar. En general, todos ellos poseen además un dispositivo que les permite orientarse en dirección al sol, denominado seguidor solar, el cual permite un seguimiento muy exacto del sol que conduce a la obtención de altos rendimientos. La invención que aquí se reivindica hace referencia a la estructura soporte del módulo, sin entrar a reivindicar el seguidor solar que luego se le podrá acoplar. Existe una gran cantidad de estado de la técnica referente a las estructuras soporte de módulos de colectores solares, como pueden ser las patentes US6414237, US5069540, ES2326303, ES2161589, CA1088828, EP0082068 y muchas otras. Pero quizá unos detalles más cercanos de los módulos de colectores solares que la invención describe se encuentran en la solicitud de modelo de utilidad española U1070880 que se presentó el 1 de julio de 2009 y titulada "Seguidor Solar de Concentración Térmica". En ella se describe una estructura de celosía que determina unos brazos mediante los que define una forma cilindro-parabólica para la colocación de los espejos. Cada uno de los brazos está formado por un conjunto de perfiles unidos, sobre los cuales va dispuesto en el borde frontal un perfil curvado según la curvatura de la formación cilindro-parabólica de colocación de los espejos componentes del concentrador térmico. Para esta estructura sólo se usa un tipo de piezas de amarre independientemente de la carga que soporten las mismas en la estructura y por lo tanto no teniendo en cuenta la diferencia de cargas soportadas en los diferentes puntos de la estructura. A la vista del estado de la técnica, la invención aquí reivindicada pretende divulgar una estructura que, aún a pesar de estar formada por una estructura reticular del tipo nudos y barras, tiene una serie de características que hacen que difiera substancialmente de las conocidas en el estado de la técnica, aportando una serie de ventajas, tanto de resistencia estructural, pues se consigue que soporte mayores cargas, como en el proceso de fabricación, pues se simplifica en gran medida, como en costes consiguiendo, para la misma respuesta mecánica un importante abaratamiento o para el mismo coste, mejores características técnicas.

Descripción de la invención La invención consiste en una estructura que sirve de soporte para los espejos o los receptores de un módulo de concentración solar. La estructura comprende un entramado de barras realizado preferiblemente en aluminio, de manera que resista las agresiones climatológicas, teniendo en cuenta que toda su vida útil trabajará a la intemperie. Esas barras se conectan entre ellas mediante unos nodos o uniones rígidas, que no cuentan con ningún grado de libertad. Existen diferentes denominaciones para las barras que componen este tipo de estructuras en función de la posición que ocupen. Se denominan cordones aquellas barras que recorren la estructura de un extremo a otro longitudinalmente y diagonales aquellas que conectan un nodo con otro siguiendo una línea diagonal. Los puntales son las piezas que conforman los tramos finales de las barras, por donde se conectan a los nodos y que se diseñan para resistir presión. Suelen ser de geometría circular o semicircular. De forma general, esta estructura o armazón cuenta con una serie de características que la diferencian de las estructuras hasta ahora conocidas en el estado de la técnica. Estas características son:

• Nodos con aletas en forma de caja A los nodos utilizados para realizar las conexiones de las barras se les añaden unas aletas o lengüetas de sección rectangular (tipo caja) , diseñadas para poder conectar unas barras con otras. En el estado de la técnica los nodos sujetan las barras de la estructura entre pestañas paralelas opuestas o incluso, utilizan una única pestaña, lo que limita la resistencia de la estructura. La invención propuesta, con las aletas en forma de caja, reduce al mínimo el tamaño de la sección del nodo suponiendo un ahorro importante para el proceso de fabricación por extrusión; además permite la utilización de barras más grandes, más rígidas y más fuertes y consigue que los elementos de la aleta sean más fuertes y dimensionalmente más estables, tanto durante el proceso de fabricación como durante su uso. Las aletas cajeadas del nodo permiten varias alternativas para la conexión de los puntales de las barras a los nodos. El utilizar un tipo u otro de conexión dependerá de la carga que soporte la estructura, del tamaño de los puntales, del tamaño de los nodos y de las limitaciones de fabricación. La conexión de los puntales a los nodos podría tener un único elemento de unión, pero se suelen utilizar más para lograr una sujeción fija o rígida. Este hecho de tener múltiples elementos de unión incrementa la resistencia de la estructura permitiendo que el nodo soporte tanto las cargas axiales como los momentos. Una opción de diseño consiste en que las barras tengan conectores preinstalados en los puntales los cuales se unen al nodo directamente para montar la estructura. Un conector es un elemento estructural adicional unido a la barra y que tiene características tales como taladros que facilitan la conexión de la barra al nodo. Los conectores proporcionan una serie de ventajas, incluyendo que facilitan la transición entre la forma de la barra y la forma del nodo, al mismo tiempo que proporcionan a la estructura resistencia adicional. Diferentes alternativas del montaje de los puntales se describirán más adelante, en la realización preferente de la invención.

• Una estructura reforzada dentro de la estructura general. Los diseños convencionales de estructuras o armazones, están diseñados suponiendo que van a soportar cargas simétricas, a través de un montaje de transferencia de momentos. Se diseñan las estructuras pensando en distribuir las cargas tan uniformemente como sea posible entre sus barras. Esto hace que las barras tengan todas el mismo tamaño (lo que facilita conexiones con el nodo) al mismo tiempo que reduce al mínimo los requisitos de fuerza para barras individuales. Sin embargo una estructura se puede diseñar para que concentre la carga principal en una localización determinada, concretamente en uno de los vértices, de manera que transmita directamente la fuerza desde ese punto atravesando toda la estructura, hasta salir por otro de los vértices. Con esta realización, se obtienen unas barras mucho más reforzadas que otras, pues serán las que verdaderamente estén sometidas a esfuerzos.

• Asimetría de la estructura Como se ha dicho anteriormente, los diseños convencionales de este tipo de estructuras (y de hecho los diseños convencionales de tubos de torsión y de cerchas) se basan en la asunción fundamental de la entrada simétrica de la carga, a través de un eje de transferencia del esfuerzo de torsión y de una placa de torsión situados centrados en el plano del centro de la estructura. Esto da lugar a los habituales diseños de las estructuras que son, en su mayoría simétricos respecto del plano del centro.

En el apartado anterior ya se introdujo el hecho de variar está condición de simetría utilizando una serie de barras que resistiesen más carga que otras. Así pues, podemos contar con una estructura o armazón simétrico respecto a un plano del centro, pero asimétrico respecto a un plano longitudinal del centro, con unas barras mucho más grandes que otras para cumplir las condiciones asimétricas de carga. La ventaja principal de una estructura asimétrica de este tipo es la eficiencia del material. En el caso de tener una estructura que se diseñe para soportar las cargas por el borde, un lado tendrá la estructura más reforzada que el otro y este último incluso puede contar con menos barras. En cualquier caso, la estructura total puede cumplir requisitos de diseño con menos material.

• Cordón dividido en segmentos individuales Otra de las características que presentan las estructuras de la invención, es el hecho de dividir los cordones (las grandes barras longitudinales que recorren la estructura de un extremo al otro) en elementos individuales menores, es decir, en lugar de tener un gran cordón de una sola pieza que recorre toda la estructura, se divide en una serie de segmentos individuales menores. Estos elementos individuales se fabrican más fácilmente...

 


Reivindicaciones:

1. Módulo de colector solar que sirve de soporte de espejos u otros medios de concentración solar, de los formados por una estructura de barras preferiblemente tubulares y de cualquier geometría (sección circular, semicircular, en ''1'' ... ) , siendo la estructura asimétrica, con unas barras más resistentes que otras para cumplir las condiciones asimétricas de carga y caracterizado porque para la conexión de las barras a los nodos o directamente al cordón que atraviesa longitudinalmente de lado a lado la estructura, se instalan unas aletas de sección rectangular, estando dichas aletas formadas por dos paredes laterales y una pared que une las paredes laterales por su extremo libre (el que no está fijado al nodo o al cordón) de tal forma que dichas tres paredes, junto con la porción del nodo o cordón en el que se instala la aleta, provee de una cavidad interior a dicha aleta.

2. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque las aletas (202) se refuerzan internamente dependiendo del tamaño de los miembros a conectar y de la geometría deseada para la estructura.

3. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque las aletas tienen las paredes laterales paralelas.

4. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque las aletas tienen las paredes laterales no paralelas.

5. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre los nodos o el cordón y las barras se realiza porque los nodos o el cordón y los puntales (parte final de las barras) se encuentran entallados con caras planas y los lados del puntal cuentan con unos agujeros que encajan en la aleta en forma de caja (502) del nodo (503) o el cordón (2001) .

6. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre los nodos o el cordón y las barras se realiza fijando una o más placas planas (601) a las barras de la estructura (602) utilizando elementos de unión como remaches, tornillos, soldadura u otros medios; las placas planas

(601) son provistas de agujeros (603) u otros medios compatibles con la aleta

(604) del nodo (605) o el cordón (2001) , permitiendo la conexión entre las barras y la aleta.

7. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre los nodos o el cordón y las barras se realiza fijando uno o más conectores tubulares huecos (701) a las barras (702) conectándolos a las ale

tas de los nodos o del cordón, siendo los conectores (701) barras rectangulares que se han cortado con una sierra de inglete al ángulo deseado.

8. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre los nodos o el cordón y las barras de gran longitud se realiza uniendo interior o exteriormente a la barra (802) una o más placas (801) dobladas que conectan con las aletas del nodo (803) o el cordón (2001) .

9. Módulo de colector solar según reivindicación 8 caracterizado porque las placas dobladas (801) son de metal estampado.

10. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre las aletas de los nodos y las barras se realiza utilizando un conector de tipo cordón (901) que es una pieza estampada y redondeada que se une a la barra (902) .

11. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque la conexión entre los nodos o el cordón y las barras se realiza introduciendo la barra en un conector (1001) en forma de espiral tubular que consiste en una serie de bandas o correas (1002) que se forman alternativamente en lados opuestos de una porción plana (1003) que tiene varios agujeros (1004) , y uniéndola a las aletas del nodo o cordón utilizando elementos de unión (tornillos, remaches ... ) en los agujeros (1004) .

12. Módulo de colector solar según reivindicación 11 caracterizado porque el conector (1001) se puede fabricar por estampación de una pieza única de metal.

13. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque el cordón o barra longitudinal que recorre toda la estructura de extremo a extremo, se divide en elementos individuales del cordón o cordones menores, de diferente sección dimensionados de forma apropiada a la carga que vayan a soportar.

14. Módulo de colector solar según reivindicación 13 caracterizado porque los ejes de los elementos individuales del cordón se encuentran desalineados con respecto al eje longitudinal de la estructura.

15. Módulo de colector solar según reivindicación 14 caracterizado porque los nodos dejan de ser colineales.

16. Módulo de colector solar según reivindicación 1 caracterizado porque ciertos miembros de la estructura se eliminan completamente por no soportar cargas.

17. Módulo de colector solar según reivindicaciones 1 caracterizado porque si lo que va a soportar la estructura es un espejo curvado existen una serie de elementos espaciadores que actúan como puente entre la estructura de geome

tría plana y los espejos, de geometría parabólica, situándose estos espaciadores en los extremos del colector, donde la diferencia de alturas entre ambos es mayor.


 

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