Sistema de concentración solar con motor stirling.

Un sistema de concentración solar con motor Stirling formado por un reflector principal (10) montado sobre una estructura de soporte (1),

un reflector secundario (14) situado en un foco de dicho reflector principal (10), un receptor (18) situado en un foco de dicho reflector secundario (14), en los que los rayos del sol, reflejados en el reflector principal (10), recaen sobre el reflector secundario (14) y desde este reflector secundario (14), se reflejan sobre al receptor (18); y un motor Stirling (5) situado cerca de dicho receptor (18), caracterizado por un sistema de refrigeración de dicho motor Stirling (5) formado por diversos elementos calorportadores (6, 8) montados en la cara de dicho reflector principal (10) situada a la sombra, y complementado todo ello por un fluido refrigerante (19) que circula entre dicho motor Stirling (5) y dichos elementos calorportadores (6, 8).

SISTEMA DE CONCENTRACiÓN SOLAR CON MOTOR STIRLlNG

ÁMBITO DE LA INVENCiÓN Esta invención está relacionada con la tecnología solar para discos Stirling en general.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN Los motores Stirling son muy eficientes a la hora de convertir la energía térmica en trabajo. Su capacidad de utilizar distintos tipos de combustible y de trabajar a temperaturas superiores a los 700 oC los ha transformado en convertidores de energía ideales para plantas termosolares. En vista de este potencial, se han desarrollado convertidores solares para discos Stirling en los que una estructura de discos parabólicos reflectivos concentra la radiación directa normal ("Direct Normal Irradiation" o DNI) recibida sobre el puerto de entrada de calor del motor Stirling (receptor) , situado en el centro del punto focal principal del disco. Este mismo motor Stirling transforma la energía térmica recibida en electricidad por medio del ciclo termomecánico Stirling. Existen principalmente dos familias básicas de motores Stirling: el diseño clásico es un motor cinemático que se basa en un eje rotatorio con una biela que controla la posición del pistón. El segundo diseño, más reciente y novedoso, es el motor Stirling de pistón libre ("Free Piston Stirling Engine" o FPSE) que se basa en el comportamiento resonante de pistón y desplazador en el ciclo para controlar la máquina. En ambos casos, el motor Stirling suele ser una máquina voluminosa y pesada que se debe complementar con la estructura de discos parabólicos antes mencionada. Como consecuencia de ello, las estructuras de discos son muy sólidas y se construyen de manera que puedan soportar todo el peso y las vibraciones, al tiempo que siguen con precisión el desplazamiento del sol a lo largo de su ciclo diurno. Además del calor concentrado que suministra al motor Stirling, el plato Stirling requiere también de un elemento de refrigeración ambiental capaz de dispersar el calor expulsado en cada ciclo. Tradicionalmente, el sistema de refrigeración utiliza una bomba que hace circular este fluido refrigerante por el motor y el radiador. Una turbina genera una corriente forzada de aire a través de los radiadores, con el fin de eliminar el calor del fluido refrigerante para que este pueda entrar en el motor a la mínima temperatura posible. Para compensar la expansión térmica del fluido, se utiliza un vaso de expansión. Normalmente, es el mismo motor Stirling el que suministra la energía al sistema de refrigeración. Esto significa que la potencia neta que se transfiere a la red no es igual a la potencia bruta generada por el motor Stirling, puesto que hay que deducir la electricidad "desperdiciada" en el sistema de refrigeración, que puede ascender al 5 % de toda la producida. Esta multiplicidad de componentes, cada uno de los cuales cuenta con sus propios elementos de coste y fiabilidad, ha hecho que a esta tecnología le cueste competir con otros sistemas de energía solar por concentración. Para que los sistemas de discos Stirling sean competitivos se debe avanzar en estos dos elementos, es decir, se deben optimizar tanto la posición del motor como el sistema de refrigeración.

RESUMEN DE LA INVENCiÓN El objeto de la presente invención es mejorar la tecnología de discos Stirling mediante un motor Stirling con un seguidor solar que, al emplear un reflector secundario en el punto focal principal, permitiría que se colocara el motor Stirling en la base del disco parabólico en lugar de sobre un brazo de apoyo en el centro del punto focal del reflector principal. La colocación y reorientación propuestas para el motor tienen varias ventajas: el traslado del centro de gravedad de la estructura de discos se traduce en una reducción de los costes de la misma y del motor de seguimiento asociado y además facilita las tareas de mantenimiento del motor, al encontrarse este más próximo al suelo. Además, permite que el lado del disco que queda en la sombra actúe como disipador de temperatura ambiente para el intercambiador de calor frío del motor, lo que se traduce en un motor Stirling más sólido y menos costoso. Sin embargo, el uso del lado del reflector principal que está a la sombra como sistema pasivo de refrigeración no se limita a estructuras que utilizan un reflector secundario, puesto que se puede utilizar también cuando el motor Stirling está en el foco de la óptica principal conectando el extremo frío del motor con este sistema de refrigeración por medio de unas tuberías flexibles. En una forma particular de la invención se presenta un sistema de concentración solar con motor Stirling que incluye un reflector principal montado sobre una estructura de soporte, un reflector secundario situado en un foco del reflector principal, un receptor situado en un foco del reflector secundario (sobre el que recaen los rayos del sol reflejados por el reflector principal, y se reflejan a su vez sobre el receptor) y un motor Stirling situado cerca del receptor, caracterizado por un sistema de refrigeración que incluye diversos elementos calorportadores sobre la cara situada a la sombra del reflector principal, en el que circula un fluido refrigerante entre el motor Stirling y los elementos calorportadores. En una forma particular de la invención, el motor Stirling se sitúa cerca de donde está montado el reflector principal en la estructura de soporte.

En una forma particular de la invención, el motor Stirling está unido al receptor. En una forma particular de la invención, el motor Stirling y el receptor forman un sistema integrado que se mueve por medio de un seguidor solar. En una forma particular de la invención, el motor Stirling está situado sobre la

estructura de soporte (que además lo sustenta) , alejado de la posición donde está montado el reflector principal sobre la estructura de soporte. En una forma particular de la invención, el extremo caliente del motor Stirling está conectado al receptor por medio de conducciones flexibles por las que circula un fluido portador de calor.

lOEn una forma particular de la invención, el fluido refrigerante se mueve por medio de una bomba. En una forma particular de la invención, los elementos calorportadores se sitúan simétricamente alrededor de un eje central del reflector principal. En una forma particular de la invención, se extienden unas aletas a partir de los elementos calorportadores. En una forma particular de la invención, los elementos calorportadores se unen al reflector principal por medio de unos conectores flexibles. En una forma particular de la invención, los conectores flexibles son rígidos transversalmente y flexibles longitudinalmente.

En una forma particular de la invención, los elementos calorportadores están conectados entre sí por medio de unos manguitos flexibles. En una forma particular de la invención, los elementos calorportadores incluyen bobinas modulares.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS PLANOS 25 La presente invención se comprenderá y apreciará mejor con la siguiente descripción detallada, estudiada en conjunto con los planos, en los que:

La figura 1 es una ilustración simplificada de un plato Stirling completo construido según la opción "a" descrita más adelante, donde el motor está unido al receptor y 30 ambos elementos se mueven junto con la estructura siguiendo al sol.

La figura 2 es una ilustración simplificada de un plato Stirling completo construido según la opción "b" descrita más adelante, donde el motor permanece en vertical con respecto al horizonte y su extremo caliente está conectado a un receptor móvil 35 (montado dentro de la estructura de seguimiento) por medio de unas tuberías flexibles.

La figura 3 es una ilustración simplificada del radiador modular descrito más adelante.

La figura 4 es una ilustración simplificada de una bobina modular, colocada detrás de la superficie reflectante.

La figura 5 es una ilustración simplificada de la conexión entre los módulos de refrigeración.

La figura 6 es una ilustración simplificada de un mecanismo que une los módulos de refrigeración con el reflector principal por medio de bisagras o perfiles en L.

La figura 7 es una ilustración simplificada de la posición de los módulos de refrigeración en la superficie del reflector principal situada a la sombra.

La figura 8 es una ilustración simplificada del uso del lado del reflector principal situado a la sombra como sistema pasivo de refrigeración, donde el motor Stirling se encuentra en el foco del reflector principal.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LAS FORMAS PARTICULARES Se hace referencia ahora a las figura 1 y 2, que ilustran un sistema con un motor Stirling (5) con un seguidor solar (12) , un reflector principal (10) , un reflector secundario (14) Y un receptor (18)...

1. Un sistema de concentración solar con motor Stirling formado por: un reflector principal (10) montado sobre una estructura de soporte (1) , un reflector secundario (14) situado en un foco de dicho reflector principal (10) , un receptor (18) situado en un foco de dicho reflector secundario (14) , en los que los rayos del sol se reflejan desde el reflector principal (10) al reflector secundario (14) y desde este reflector secundario (14) al receptor (18) ; y un motor Stirling (5) situado cerca de dicho receptor (18) , caracterizado por un sistema de refrigeración de dicho motor Stirling (5) formado por diversos elementos calorportadores (6, 8) montados en la cara de dicho reflector principal (10) situada a la sombra, y complementado todo ello por un fluido refrigerante (19) que circula entre dicho motor Stirling (5) y dichos elementos calorportadores (6, 8) .

2. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde el motor Stirling (5) está situado cerca de donde dicho reflector principal (10) está montado sobre dicha estructura de soporte (1) .

3. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dicho motor Stirling (5) está unido a dicho receptor (18) .

4. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dicho motor Stirling (5) y dicho receptor (18) forman un sistema integrado que se mueve por medio de un seguidor solar (12) .

5. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 2, donde el motor Stirling (5) está situado sobre dicha estructura de soporte (1) , que lo sustenta, y lejos de donde dicho reflector principal (10) está montado sobre dicha estructura de soporte (1) .

6. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde el extremo caliente de dicho motor Stirling (5) está unido a dicho receptor (18) por medio de unas conducciones flexibles (2) por las que circula un fluido calorportador.

7. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, formado además por una bomba (17) que mueve dicho fluido refrigerante (19) .

8. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dichos elementos calorportadores (6, 8) están dispuestos de manera simétrica alrededor del eje central de dicho reflector principal (10) .

9. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde se extienden unas aletas (16) a partir de dichos elementos calorportadores (6, 8) .

10. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dichos elementos calorportadores (6, 8) están unidos a dicho reflector principal (10) por medio de unos conectores flexibles (3) .

11. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 10, donde 5

dichos conectores flexibles (3) son rígidos en su dirección transversal y flexibles en la longitudinal.

12. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dichos elementos calorportadores (6, 8) están unidos entre sí por medio de unos manguitos flexibles (4) .

13. El sistema de concentración solar con motor Stirling de la reivindicación 1, donde dichos elementos calorportadores (6) comprenden unas bobinas modulares (6) .

14. Un sistema de concentración solar con motor Stirling formado por: un reflector principal (10) montado sobre una estructura de soporte (1) , un receptor (18) situado en un foco de dicho reflector principal (10) , en el que los rayos

del sol se reflejan desde el reflector principal (10) al receptor (18) ; Y un motor Stirling (5) situado cerca de dicho receptor (18) , caracterizado por un sistema de refrigeración de dicho motor Stirling (5) formado por diversos elementos calorportadores (6, 8) montados en la cara de dicho reflector principal (10) situada a la sombra, y complementado todo ello por un fluido refrigerante (19) que circula entre dicho motor Stirling (5) y dichos elementos calorportadores (6, 8) .

FIG.1

FIG.2

FIG.4

FIG.3

3

FIG.6

FIG.5

BOMBA

FIG.7

lORa FIG.8