HELIÓSTATO.

1. Helióstato caracterizado por disponer de un eje de accionamiento apuntando al objetivo,

sensores solares de reflexión, refracción o directos, control en lazo cerrado, con posibilidad de combinación con control en lazo abierto, indistintamente de la solución de la óptica reflectante principal, habiéndose previsto que el sistema de control en lazo cerrado, que mantiene el helióstato apuntando en todo momento al objetivo, sea alimentado retroactivamente por las señales de los sensores solares.

2. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un soporte móvil (2), que gira bajo la acción de un accionamiento primario (4) respecto a un eje primario (3) coincidente con la dirección de apunte al objetivo (11), y sobre el que va montada la superficie reflectante (1) de muy alta reflectividad que gira bajo la acción de un accionamiento secundario (6) respecto a un eje secundario (5) perpendicular tanto al eje primario (3) como al plano principal de la óptica (21).

3. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un sensor solar (14) que se sitúa preferentemente en el contorno de la superficie reflectante (1) y es solidario a la misma, y dispone de una superficie opaca (24) que actúa como plano de referencia y dos superficies sensibles (25) a la energía solar incidente.

4. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un sensor solar (15) que se sitúa en el centro de la superficie reflectante (1) girando exclusivamente alrededor del eje primario (3) permaneciendo en todo momento su superficie opaca (24) paralela a este eje y al eje secundario (5). El sensor recibe la radiación solar tras el reflejo de la misma en un sistema óptico (17), formado por una superficie reflectora secundaria (26). Esta superficie reflectante secundaria (26) es perpendicular a la superficie reflectante (1) del helióstato, y contiene el eje secundario del mismo.

Heliïstato con un eje de accionamiento apuntando al objetivo, sensor solar y control en lazo cerrado.

Objeto de la invenciïn La presente invenciïn se refiere a un heliïstato perteneciente a un campo solar que refleja los haces de luz que llegan a ïl, dotado de un mecanismo de seguimiento solar. Se trata de una invenciïn que pertenece, dentro del ïrea de la termotecnia, al campo de la producciïn de energïa a partir de la radiaciïn solar.

Esta invenciïn no contempla la tipologïa o naturaleza de la superficie reflectante principal que soporte ïsta, por lo que ïsta superficie podrïa ser plana, esfïrica, parabïlica, cilïndrica, toroidal, teselada o adoptar cualquier otra configuraciïn geomïtrica.

Esta invenciïn no especifica la ejecuciïn estructural definida del sistema, sino que engloba todas las ejecuciones estructurales que cumplan las condiciones de movimiento y operaciïn.

Antecedentes de la invenciïn El aprovechamiento de la energïa solar como fuente de energïa es realizada por el hombre desde la antigïedad. El Sol emite una ingente cantidad de energïa, una parte de la cual llega a la Tierra en forma de luz y calor. Desde mediados del siglo XX se vienen realizando investigaciones para intentar transformar esa energïa en electricidad: asï, se han desarrollado placas fotovoltaicas que producen directamente electricidad cuando su superficie es convenientemente activada por la luz, y distintos tipos de colectores de calor que concentrando haces de luz sobre una tuberïa o sobre un receptor central que contiene un fluido logran alcanzar temperaturas suficientes como para producir grandes cantidades de vapor de agua que genera electricidad a travïs de una turbina, normalmente en un ciclo de Rankine. Es sobre este ïltimo tipo de instalaciïn sobre la que versa la presente invenciïn.

Dada la baja potencia especïfica por unidad de superficie de la radiaciïn solar, para aprovechar esta energïa de manera adecuada es necesario concentrar un gran nïmero de haces de luz sobre un mismo punto, lo que tradicionalmente se realiza por medio de espejos orientados sobre un depïsito o sobre una tuberïa a modo de colector. En este caso la radiaciïn es por concentraciïn indirecta, ya que para alcanzar su objetivo los rayos han de rebotar previamente en el espejo.

El estado de la tïcnica cuenta con distintos sistemas patentados internacionalmente encaminados a optimizar la concentraciïn y aprovechamiento de energïa solar reflejada por sistemas de heliïstatos para la producciïn de energïa elïctrica, asï como accesorios y complementos que vienen reflejados en distintos epïgrafes de la Clasificaciïn Internacional de Patentes.

La soluciïn adoptada por la patente con nïmero de publicaciïn ES 8100499, es la denominada soluciïn clïsica de eje vertical o cenital. Esta soluciïn mecïnica requiere de un control y accionamiento extremadamente preciso y calibraciïn inicial compleja para mantener el apuntamiento durante un corto periodo de tiempo hasta la siguiente calibraciïn. La aberraciïn astigmïtica (fenïmeno indeseado de todas las lentes cuando se mira a travïs de ellas oblicuamente, en nuestro caso deformaciïn de la imagen reflejada del Sol) tiende a aumentar el tamaïo aparente del Sol fuera de las condiciones de operaciïn ïptimas. Dado que el objetivo es obtener una imagen del Sol tan pequeïa como se pueda (concentraciïn de la energïa recibida) , este fenïmeno es indeseado. La invenciïn presentada soluciona ambas inconveniencias debido a que el sistema de control en lazo cerrado, que puede combinarse con el habitual control en lazo abierto, elimina la necesidad de recalibraciïn continua, y que constructivamente la aberraciïn astigmïtica es mïnima en sistemas de accionamiento spin-elevaciïn.

Otra patente con nïmero de publicaciïn ES 2244339, propone una soluciïn constructiva diferente a laconfiguraciïn clïsica. ïsta, al igual que la anterior, tambiïn posee un control en lazo abierto condicionado a multitud de recalibraciones del sistema, que como ya se ha indicado la invenciïn presentada soluciona aïadiendo la ventaja de la reducciïn de costes tanto en el sistema de seguimiento como en el mantenimiento.

Los primeros heliïstatos considerados como elementos industriales se desarrollaron a los inicios de la dïcada de los ochenta para las plantas experimentales termosolares de receptor central, con el propïsito de probar la viabilidad de la energïa solar tïrmica en los procesos de producciïn de electricidad a escala industrial. La tabla 1 resume los proyectos realizados debido a la iniciativa internacional (Datos, Nombre de la instalaciïn, Aïo de instalaciïn, Lugar de la instalaciïn, MWe potencia elïctrica de la instalaciïn, Tipo de heliïstatos instalados, Nï numero de heliïstatos y m2) :

proyectos que se han llevado a cabo durante los ïltimos aïos. El objetivo de estos proyectos ha sido el desarrollo y evaluaciïn de nuevos componentes solares en esta tecnologïa, fundamentalmente heliïstatos y receptores solares.

Ninguno de los heliïstatos desarrollados y aplicados en estas plantas es similar al presentado aquï, ya que todos estos se basan en un mecanismo de seguimiento azimut-elevaciïn, mientras que el presentado se basa en un mecanismo de rotaciïn alrededor del eje de apuntamiento y elevaciïn.

El sistema azimut-elevaciïn consta de un eje de giro vertical (constante) y otro horizontal (que gira con el primero) . Este montaje conlleva problemas asociados a la ïptica en la reflexiïn, disminuyendo la concentraciïn de los rayos reflejados por el sistema y por tanto la eficiencia total de la planta solar.

La diferencia esencial de la invenciïn es la configuraciïn de los ejes de giro, la cual permite, por otra parte, introducir el sistema de control en lazo cerrado.

La invenciïn que se describe a continuaciïn se ha desarrollado tras numerosos estudios y pruebas, y tras la comprensiïn de las posibilidades de optimizaciïn de diversas soluciones previamente planteadas por diversos equipos de investigaciïn.

El objetivo general pretendido con la presente invenciïn es el desarrollo de un dispositivo econïmico en su instalaciïn, que minimice las necesidades y gastos de mantenimiento, que aproveche al mïximo la radiaciïn solar y que resulte rïpido y fïcil de instalar en cualquier ubicaciïn.

Descripciïn de la invenciïn En los dispositivos ya existentes cuyo cometido es reflejar la energïa proveniente del Sol hacia un objetivo se encuentran dos problemas principales:

El sistema de control es en lazo abierto, ya que por construcciïn estos dispositivos no son capaces de obtener una seïal que indique en quï medida se acercan o alejan al estado deseado de funcionamiento. Esto es causa de costosos sistemas de control, aparte de una reducciïn de la precisiïn.

La energïa reflejada varïa la forma de incidir en el objetivo en gran medida con el tiempo. Debido a que el ïngulo con que el Sol se refleja en el heliïstato varïa grandemente, esto afecta a la ïptica de reflexiïn variando la forma en que la energïa reflejada incide en el objetivo a lo largo del tiempo, pudiendo llegar a doblar el tamaïo de la regiïn de incidencia de los rayos reflejados.

La invenciïn que se propone para satisfacer los objetivos planteados y solventar estos problemas consiste en un dispositivo formado por un heliïstato que refleje la radiaciïn solar con menor error astigmïtico (fenïmeno explicado anteriormente) en funciïn del tiempo, y cuya operaciïn se hace en configuraciïn diferente a las existentes, con control en lazo cerrado que puede apoyarse en la combinaciïn con un control en lazo abierto.

Todo esto es posible porque la cinemïtica del sistema es sustancialmente diferente a la de los anteriores dispositivos.

Al igual que en estos dispositivos, el sistema consta de dos giros ortogonales a lo largo de sendos ejes de giro de los cuales uno de ellos, el primario, es fijo en el espacio y el otro, el secundario, varïa su posiciïn en funciïn del giro alrededor del primario.

Por el contrario, en la invenciïn propuesta el eje primario se mantiene apuntando al objetivo en todo momento, por tanto el eje primario contiene al objetivo. A esta configuraciïn la llamamos de apunte a objetivo. El plano formado por el eje primario y el Sol serï el plano de reflexiïn, ya que en dicho plano se refleja la energïa solar al objetivo. El eje secundario serï el eje perpendicular al plano de reflexiïn.

Esta condiciïn geomïtrica, en la que el plano perpendicular al eje secundario ha de contener al Sol y por tanto los rayos provenientes del Sol se mantienen perpendiculares al eje secundario, es la que brinda la posibilidad de disminuir el error astigmïtico....

1. Helióstato caracterizado por disponer de un eje de accionamiento apuntando al objetivo, sensores solares de reflexión, refracción o directos, control en lazo cerrado, con posibilidad de combinación con control en lazo abierto, indistintamente de la solución de la óptica reflectante principal, habiéndose previsto que el sistema de control en lazo cerrado, que mantiene el helióstato apuntando en todo momento al objetivo, sea alimentado retroactivamente por las señales de los sensores solares.

2. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un soporte móvil (2), que gira bajo la acción de un accionamiento primario (4) respecto a un eje primario (3) coincidente con la dirección de apunte al objetivo (11), y sobre el que va montada la superficie reflectante (1) de muy alta reflectividad que gira bajo la acción de un accionamiento secundario (6) respecto a un eje secundario (5) perpendicular tanto al eje primario (3) como al plano principal de la óptica (21).

3. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un sensor solar (14) que se sitúa preferentemente en el contorno de la superficie reflectante (1) y es solidario a la misma, y dispone de una superficie opaca (24) que actúa como plano de referencia y dos superficies sensibles (25) a la energía solar incidente.

4. Helióstato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por disponer de un sensor solar (15) que se sitúa en el centro de la superficie reflectante (1) girando exclusivamente alrededor del eje primario (3) permaneciendo en todo momento su superficie opaca (24) paralela a este eje y al eje secundario (5). El sensor recibe la radiación solar tras el reflejo de la misma en un sistema óptico (17), formado por una superficie reflectora secundaria (26). Esta superficie reflectante secundaria (26) es perpendicular a la superficie reflectante (1) del helióstato, y contiene el eje secundario del mismo.