SISTEMA Y MÉTODO DE UNIÓN ARTICULADA DE ELEMENTOS REFLECTORES SOLARES A ESTRUCTURAS SOPORTE.

La presente invención se refiere a un sistema de unión articulada entre un elemento reflector empleado en un colector de concentración termosolar y su estructura soporte.

El sistema permite la unión entre el espejo reflector y la estructura soporte en todos sus puntos de anclaje sin que aparezca ningún tipo de esfuerzos debidos a desviaciones angulares sobre el reflector. Comprende un cuerpo principal de unión (2), destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio (14) destinado a recibir un elemento de fijación macho (3), y unos medios de junta adaptables que permiten el giro libre en el espacio de la unión entre el elemento reflector (13) y la estructura soporte. Los medios de junta adaptables comprenden un orificio pasante (15) destinado a dejar pasar a su través un vástago roscado (3) que dispone de un primer extremo para fijación en el orificio del cuerpo principal de unión (2) y un segundo extremo receptor de un tuerca o hembra roscada destinada a fijar de forma rígida todo el conjunto elemento reflector (13) y estructura soporte.

Campo técnico de la Invención

La presente invención se refiere a un sistema de unión articulada de elementos reflectores solares a estructuras soporte. Este sistema garantiza por un lado la inmovilidad espacial y temporal (continuidad y permanencia) durante la vida del elemento reflector frente a las fuerzas que actúan sobre el sistema, y al mismo tiempo, garantiza durante los procesos de fijación y anclaje de los elementos reflectores a la estructura soporte, un equilibrio elástico temporal que minimiza los esfuerzos sobre el elemento reflector manteniéndole en su posición relajada de equilibrio y por tanto conservando sus propiedades ópticas de concentración.

Este sistema de unión articulada es de aplicación a la unión de elementos reflectores a estructuras soporte dentro del ámbito de la generación de energía eléctrica por concentración a partir de la radiación solar.

Antecedentes de la Invención La tecnología en la que se enmarca la presente invención, conocida como tecnología termosolar de concentración, permite, gracias a las elevadas temperaturas obtenidas al concentrar la radiación solar, la obtención de vapor o aire calientes que se emplearán para la generación de electricidad siguiendo procesos convencionales.

De entre las diferentes variantes para generar electricidad por concentración de la radiación solar, la utilización del elemento de fijación objeto de la presente invención resulta especialmente ventajosa para la tecnología cilindro parabólica (CCP) .

En el contexto de esta invención, se denomina geometría tipo cilíndrico a aquella superficie que está formada por rectas paralelas y cuya intersección en cualquier punto de la superficie con un plano perpendicular a las mismas determina una curva constante. En el caso particular en que la citada sección defina una curva sustancialmente parabólica, diremos que tiene una geometría cilindro-parabólica.

La tecnología CCP utiliza colectores que captan la radiación solar mediante una serie de reflectores de sección cilindro-parabólica que concentra los rayos solares sobre un tubo receptor situado en la línea focal de los reflectores. A través de este tubo fluye el fluido de trabajo mientras se calienta, hasta finalmente transferir su calor a una caldera o un sistema de acumulación de potencia. Ambos, reflector y tubo receptor (también llamado tubo absorbedor) , van montados sobre una estructura metálica que aporta rigidez al sistema, y permite realizar el movimiento de seguimiento del sol alrededor de un eje de giro para optimizar la radiación incidente. Al conjunto formado por reflectores, tubo absorbedor, estructura soporte y sistema de seguimiento se le conoce como colector solar.

Los reflectores empleados en la captación de la radiación, deben presentar una alta precisión geométrica de concentración en su fabricación, la cual viene definida por la característica intrínseca del reflector denominada Factor de Interceptación. El Factor de Interceptación se define como la relación existente entre la energía que el reflector es capaz de reflejar sobre el tubo absorbedor y el total de energía que incide sobre el reflector, expresada en términos porcentuales.

Un colector de una central de concentración solar es un sistema de precisión, donde la estructura sobre la que se monta el sistema de captación, debe presentar una exactitud de posicionado suficiente para que, al realizar el montaje de reflectores y tubo absorbedor, la posición relativa entre ellos sea lo más próxima posible a la teórica, y por tanto, se mantenga el Factor de Interceptación con el que ha sido fabricado el reflector.

definido por el Factor de Interceptación del reflector, sino que se asume una pérdida de

interceptación inevitable una vez finalizado el proceso de montaje. Dicha pérdida de

interceptación será más o menos importante dependiendo de la precisión de fabricación

y montaje de la estructura metálica, de la calidad de la superficie del reflector y de la

5 calidad de la unión entre reflector y estructura. Esto obliga a procesos de fabricación y

ensamblado de la estructura metálica de elevado coste, que garanticen una precisión

mínima, y aún así, sigue siendo inevitable la pérdida de interceptación. Del mismo

modo, la unión entre reflector y estructura se convierte en un parámetro crítico en el

proceso de fabricación del reflector, exigiendo precisiones de montaje tan elevadas que

1 O rozan los límites de lo técnicamente factible y requieren costosos controles de calidad.

El componente funcional para la captación de la radiación solar en la generación de

energía termosolar es el colector. Debido al gran desarrollo experimentado por esta

industria a lo largo de los últimos años, se tienen gran variedad de diseños de colectores,

15 algunos ejemplos de los cuales se pueden ver en los documentos ES2274710A1,

ES2326303A1.

En plantas comerciales actualmente en construcción y operación basadas en tecnología

CCP, el tipo de colector utilizado, aunque con distintas variantes, presenta las mismas

20 características básicas. La longitud de uso común de cada colector varía entre 100 y 150

metros. A su vez, cada colector se subdivide en módulos de generalmente de 12m de

longitud, que constituyen la unidad constructiva durante el montaje. Cada módulo,

consta de los siguientes elementos básicos:

25 El reflector cilindro parabólico: La radiación solar incide directamente en el

reflector que la refleja y concentra en la línea focal de la parábola extruida.

Existen diversas variantes de reflectores con distintos materiales, como

plásticos, vidrios, metales ... Sin embargo, hasta ahora, los reflectores que han

demostrado su validez y que se están utilizando comercialmente en los campos

30 solares utilizan un sustrato de vidrio. Una configuración típica de un reflector

solar parábolico, es un vidrio monolítico o laminar, con o sin tratamiento

torno a 1700 mm por 1600 mm. Generalmente cada módulo lleva montados 28 reflectores dispuestos a lo largo 7 secciones cilindro-parabólicas, de forma que cada sección consta de cuatro reflectores individuales. Tubo absorbedor: Recibe la radiación concentrada de los reflectores que transfiere en forma de energía calorífica a un fluido que circula por su interior. Estructura mecánica de soporte: Sirve de soporte al resto de los componentes, asegurando la posición relativa entre ellos y aportando rigidez al sistema. Sistema de seguimiento: Mecanismo que hace girar al conjunto alrededor de un único eje, de forma que se optimice la radiación solar incidente sobre el área de apertura de los reflectores.

La estructura metálica debe ser capaz de aguantar los esfuerzos en el transporte y montaje así como las solicitaciones en operación, tales como cargas de viento, térmicas ... A su vez, debe permitir la unión adecuada y con la precisión suficiente de todos los distintos componentes que garantice el rendimiento óptico del conjunto. Existen múltiples variantes en el diseño de estructuras. No obstante, el diseño que ha alcanzado mayor implantación en la actualidad y para el cual resulta más ventajosa la presente invención, es el denominado "estructura de cuerpo central y brazos". Esta estructura, comprende un cuerpo central, también llamado caja o tubo de torsión, dispuesto paralelamente al eje del tubo absorbedor, al que se fijan perpendicularmente un conjunto de brazos, normalmente con estructura metálica de celosía en voladizo. Sobre estos brazos se fijarán posteriormente los reflectores en un número determinado de uniones rígidas, de forma general al menos cuatro por reflector. Ejemplos de este tipo de estructura lo constituyen los documentos anteriormente mencionados ES2274710A1, ES2326303Al.

l. Sistema de unión articulada (1, 1 ', 1 ") de elementos reflectores solares a estructuras soporte que comprende,

un cuerpo principal de unión (2, 2', 2' ') , destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar, que comprende un orificio (14, 14', 14' ') destinado a recibir un elemento de fijación macho (3, 3', 3'') ,

al menos unos medios de junta adaptables que permiten el giro libre en el espacio de la unión entre el elemento reflector (13) y la estructura soporte,

en donde los al menos unos medios de junta adaptables comprenden un orificio pasante destinado a dejar pasar a su través el elemento de fijación macho (3, 3 ', 3' ') , disponiendo el elemento de fijación macho (3, 3 ', 3") de un primer extremo para alojamiento en el orificio (14) del cuerpo principal de unión (2, 2') y un segundo extremo receptor de un elemento de fijación hembra (5, 5') destinado a fijar de forma rígida todo el conjunto elemento reflector (13) y estructura soporte.

2. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2) comprende dos alojamientos esféricos (6, 7) ,

conectados por el orificio (14) , y con un centro común de rotación en el espacio, el sistema (1) comprende una arandela esférica (4) con un orificio pasante (15) ,

y

el elemento de fijación macho (3) comprende una cabeza esférica (9) en donde, la arandela esférica ( 4) descansa sobre el alojamiento esférico (7) del cuerpo

principal de unión (2) , la cabeza esférica (9) del elemento de fijación macho (3) descansa sobre el alojamiento esférico (6) del cuerpo principal de unión (2) , y

el orificio pasante (14) tiene un diámetro sustancialmente mayor que el del elemento de fijación macho (3) que permite el giro de dicho elemento de fijación (3) alrededor de cualquier eje en el espacio que pase por el punto fijo de giro de los alojamientos esféricos (6) y (7) del cuerpo principal de unión (2) .

3. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 2 caracterizado porque el diámetro del orificio pasante (14) permite el giro del elemento de fijación macho (3) en un ángulo de valor máximo 3°, preferentemente 2°.

4. Sistema de unión articulada (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3 caracterizado porque comprende una arandela (12) dispuesta entre la estructura soporte (10) y el elemento de fijación hembra (5) .

5. Sistema de unión articulada (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 caracterizado porque comprende un film (8) de protección aplicado sobre la zona del cuerpo principal de unión (2) , destinado a fijarse sobre la cara del elemento reflector

(13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar.

6. Sistema de unión articulada (1') según la reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2') comprende un alojamiento (19) en el que se ubica una hembra (17) dotada de un orificio roscado (14') , el sistema (1 ') comprende un primer conjunto de doble arandela esférica ( 4', 4' ')

y un segundo conjunto de doble arandela esférica (6', 6") en donde, el primer conjunto de doble arandela esférica (4', 4") se dispone entre el cuerpo principal de unión (2') y la estructura soporte (10) , el segundo conjunto de doble arandela esférica (6', 6") se dispone en la cara opuesta de la estructura soporte (10) , y

el elemento de fijación macho (3) , en posición de unión, pasa por los orificios que presentan, el primer conjunto de doble arandela esférica ( 4', 4") , un orificio coliso de la estructura soporte (1 0) , y el segundo conjunto de doble arandela esférica (6', 6") , y está fijado al elemento de fijación hembra (5') , y

7. Sistema de unión articulada (1 ') según la reivindicación 6 caracterizado porque el diámetro de los orificios de los primeros y segundos conjuntos de doble arandela esférica permite el giro de dichos conjuntos.

8. Sistema de unión articulada (1 ") según la reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2' ') comprende una zona central elevada y curvada

(20) con un orificio pasante (14") con una apertura lateral que comunica con una ventana (18) , el sistema (1) comprende una arandela esférica ( 4" ') con un orificio pasante (15') , y el elemento de fijación macho (3 ") comprende una cabeza esférica (9") en donde, la arandela esférica ( 4'' ') descansa sobre la superficie de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2") ,

la cabeza esférica (9) del elemento de fijación macho (3) se ajusta, en situación operación, a la superficie interior de la zona central elevada y curvada (20) del cuerpo principal de unión (2) , y

el orificio pasante (14") tiene un diámetro sustancialmente mayor que el del elemento de fijación macho (3") que permite el giro de dicho elemento de fijación (3") alrededor de cualquier eje en el espacio que pase por el punto fijo de giro del cuerpo principal de unión (2) .

9. Sistema de unión articulada (1) según la reivindicación 8 caracterizado porque el cuerpo principal de unión (2") comprende una lámina inferior (21) plana destinada a fijarse al elemento reflector (13) .

11. Sistema de unión articulada (1 ") según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10

caracterizado porque comprende una arandela (12") dispuesta entre la estructura

soporte (10) y el elemento de fijación hembra (5") .

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12. Reflector para concentradores de energía solar que comprende al menos un sistema

de unión articulada (1, 1 ', 1' ') a su estructura soporte según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores.

1 O 13. Instalación reflectante de energía solar que comprende al menos un reflector según

la reivindicación 12.

14. Método de unión de un elemento reflector (13) a su estructura soporte que

comprende las siguientes etapas:

15

Proveer al menos un sistema de unión (1, 1', 1") según cualquiera de las

reivindicaciones 1 a 11;

Fijación del al menos un sistema de unión (1, 1', 1") sobre la cara del

elemento reflector (13) opuesta a la cara de incidencia de la radiación solar,

20 en una posición coincidente con la correspondiente zona de unión de la

estructura soporte;

Posicionamiento del elemento reflector con el al menos un sistema de unión

(1, 1', 1") sobre la estructura soporte; y

Fijación del conjunto para obtener una unión rígida.

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