MÓDULO COLECTOR SOLAR Y MÉTODO DE MONTAJE.

Módulo colector solar y método de montaje. En un aspecto, un módulo colector solar incluye un reflector y una malla estructural tridimensional que soporta el reflector.

La malla estructural incluye un conjunto de formas estructurales primarias y un conjunto de miembros de malla axiales conectados entre las esquinas de las formas estructurales primarias que forman trayectorias helicoidales para la transmisión del par desde un extremo de la malla estructural al otro. En otro aspecto, un método para montar un módulo colector solar incluye una parte de premontaje del módulo.

Bastidor estructural y módulo colector solar Antecedentes El colector solar de canal es una tecnología de colector conocida que se usa para plantas de concentración de energía solar (CSP) . Como se representa en la figura 1, dicha planta emplea típicamente una serie grande de reflectores de enfoque y seguimiento solar que concentran la radiación solar entrante sobre un conducto tubular que contiene un fluido operativo. La radiación enfocada calienta el fluido operativo, por ejemplo un aceite u otro fluido. El fluido operativo calentado es llevado a una posición central donde su energía térmica acumulada puede ser utilizada en un motor térmico convencional, por ejemplo para generar vapor que mueve turbinas para producir potencia eléctrica. En otras aplicaciones, el fluido operativo calentado puede ser usado directamente, por ejemplo donde el fluido operativo es agua calentada para uso doméstico o comercial. Después de que su energía térmica ha sido utilizada, el fluido operativo puede recircularse a través de la serie de colectores para calentarlo de nuevo.

Las series de colectores pueden ser bastante grandes, cubriendo varios kilómetros cuadrados e incluyendo miles de módulos colectores, tal como el módulo 101 representado en el diagrama simplificado de la figura 1. En la figura 1 se representan varios módulos, cada uno de los cuales tiene una construcción similar. El campo o serie de colectores puede estar dividido en circuitos paralelos, de modo que el fluido operativo no tiene que circular a través de todo el campo de colectores antes de se llevado a la posición central, sino que en cambio se puede pasar a través de una sola fila de pocas decenas de módulos durante cada ciclo de calentamiento, por ejemplo. Muchas disposiciones de circuitos son posibles. Cada módulo incluye típicamente un reflector parabólico 102 soportado por un bastidor o sistema de tirantes 103 en el lado trasero del reflector (lejos del sol) . El bastidor añade rigidez al módulo. Los módulos se soportan típicamente en postes 104 que están situados entre los módulos.

Los módulos colectores se agrupan típicamente en conjuntos de colectores solares rotativos (SCAs) de varios módulos adyacentes cada uno, conectados en una fila. Es decir, un SCA incluye típicamente varios módulos colectores soportados por postes en una disposición lineal, de tal manera que los módulos colectores en cada SCA puedan girar alrededor de un eje longitudinal. Para óptima eficiencia de recogida, todos los módulos en un SCA giran preferiblemente al unísono siguiendo al sol durante el día. Cada SCA puede ser movido por un mecanismo de accionamiento (no representado) cerca del centro del SCA, en un extremo del SCA, o en otra posición dentro del SCA. Los módulos colectores en un SCA pueden estar acoplados uno a otro usando un conjunto convencional de transferencia de par que incluye un elemento de torsión central (eje) para acoplar módulos adyacentes. Alternativamente, módulos adyacentes pueden estar acoplados cerca de sus bordes o rebordes, de modo que el par sea transmitido entre los módulos primariamente por un par de fuerza que actúa en el borde y el eje de rotación, más bien que por torsión de un eje central. Preferiblemente, el acoplamiento entre módulos acomoda la expansión y contracción térmicas del SCA. Una descripción adicional de sistemas y métodos para transferencia de par por "accionamiento de borde" se puede ve en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación, 12/416.536 presentada el 1 de Abril de 2009 y titulada "Transferencia de par entre módulos colectores de canal", cuya descripción completa se incorpora aquí por referencia a todos los efectos.

Los módulos SCA transfieren par procedente de al menos dos fuentes diferentes. Primera: un mecanismo de accionamiento situado cerca del centro del SCA aplica par directamente a los módulos adyacentes al mecanismo de accionamiento. Con respecto al resto de los módulos en el SCA, el par se acopla desde un módulo al siguiente de modo que todo el grupo de módulos en el SCA gire al unísono. Segunda: las series de módulos también están sometidas a la cargas del viento, que puede ejercer fuerzas y pares muy grandes en la serie. La carga del viento en cada módulo es transmitida al módulo adyacente. El par resultante puede ser más pequeño en los módulos de extremo de un SCA, pero se puede acumular a través de los módulos en la fila de SCA hasta que el mecanismo de accionamiento deba resistir la carga torsional acumulada del viento de muchos módulos. El par total aplicado puede ser de cientos de miles de Newton-metro. Con el fin de mantener la dirección apropiada de la serie hacia el sol, el mecanismo de accionamiento debe ser capaz de resistir y superar el par resultante de la carga del viento, y el SCA debe ser suficientemente rígido para que los módulos no se desvíen de la orientación óptima lo suficiente para que su rendimiento de recogida de energía se degrade de forma significativa. Aunque los pares son mayores cerca del mecanismo de accionamiento, y los módulos adyacentes al mecanismo de accionamiento deben resistir los pares más grandes, la deflexión se puede acumular hacia fuera del mecanismo de accionamiento, y puede ser mayor en el extremo del SCA más alejado del mecanismo de accionamiento.

Con el fin de lograr suficiente rigidez, el bastidor o sistema de tirantes 103 deberá diseñarse de modo que resista los pares esperados con una deflexión aceptablemente pequeña. Además, el acoplamiento de dos o más dispositivos ópticamente exactos, tal como los módulos de un SCA, requiere que el conjunto sea fabricado con un grado relativamente alto de precisión para la apropiada recogida de energía. Además, es deseable que cada módulo sea de peso ligero, fácil de montar, y de bajo costo. En gran parte, estos objetivos de diseño irreconciliables -rigidez, exactitud, peso ligero, facilidad de montaje y bajo costo-dependen del diseño del bastidor o la porción de tirantes de los módulos colectores. Consiguientemente se necesitan diseños de bastidor mejorados para uso en módulos colectores solares.

Dado que la eficiencia en el tiempo de los sistemas CSP depende en gran medida de cuánto tiempo los reflectores pueden estar expuestos a la luz solar, los sistemas CSP se sitúan por lo general en zonas de mucha luz solar, que también suelen ser entornos de temperatura alta. Estos entornos son a menudo lugares de bajo costo del desierto que combinan las grandes cantidades de luz solar con las grandes cantidades de espacio para colocar muchos espejos de los que recoger energía solar.

Por desgracia, aunque los desiertos proporcionan excelentes entornos para la recogida de energía solar, estos mismos entornos son por lo general perjudiciales para las estructuras físicas necesarias para hacerlo. Para recoger una cantidad significativa de energía solar para los motores térmicos, se necesitan grandes zonas superficiales de espejos. El método más económico de proporcionar y colocar las grandes zonas superficiales de espejos necesarias es usar menos paneles de espejo más grandes más bien que muchos paneles de espejo más pequeños. Sin embargo, dado que el tamaño de los paneles de espejo aumenta, los esfuerzos físicos en estos paneles de espejo también aumentan, debido tanto al peso de los paneles de espejo más grandes propiamente dichos, así como las estructuras necesarias para soportarlos. Los entornos de temperatura alta también amplían los esfuerzos físicos, y con el tiempo pueden distorsionar las formas cóncavas exactas de los espejos que son necesarias para lograr máxima reflexión solar a los medios de recogida.

Una estructura mejorada de bastidor proporcionaría buena resistencia torsional y rigidez, así como resistencia y rigidez a la flexión, utilizando al mismo tiempo eficientemente el material.

WO-A-2011/011728 describe un módulo colector solar según el preámbulo de la reivindicación 1.

Resumen Las realizaciones de la invención se refieren a mejoras en el diseño y la construcción de módulos colectores solares de concentración. Los aspectos de la invención incluyen mejoras en la disposición de un bastidor para un módulo colector solar, y en la unión de elementos estructurales del bastidor en nodos.

Según un aspecto, un módulo colector solar según la reivindicación 1 incluye un bastidor estructural tridimensional, donde el bastidor estructural tridimensional incluye un conjunto de formas estructurales primarias espaciadas a lo largo de un eje longitudinal del bastidor estructural. Cada forma estructural primaria incluye un conjunto de elementos de bastidor dispuestos en una forma poligonal. El bastidor estructural tridimensional también incluye un conjunto de elementos de bastidor axiales que...

1. Un módulo colector solar, incluyendo:

un bastidor estructural tridimensional (600) y un reflector (611) acoplado al bastidor estructural tridimensional (600) y conformado para concentrar radiación solar sobre un receptor donde el bastidor estructural tridimensional (600) incluye un conjunto de formas estructurales primarias (601a-601g) espaciadas a lo largo de un eje longitudinal del bastidor estructural, incluyendo cada forma estructural primaria un conjunto de elementos de bastidor dispuestos en una forma poligonal, y donde el bastidor estructural tridimensional también incluye un conjunto de elementos de bastidor axiales (603) que unen esquinas de formas estructurales primarias adyacentes, caracterizado porque los elementos de bastidor axiales (603) forman recorridos helicoidales para la transmisión de par desde un extremo longitudinal del bastidor estructural al otro.

2. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) incluye una pluralidad de paneles compuestos; y opcionalmente

donde cada panel compuesto se soporta solamente en dos posiciones separadas (610a, 610b; 610c, 610d) .

3. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) está en voladizo más allá de los bordes del bastidor estructural tridimensional (600) .

4. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) tiene forma de un cilindro parabólico.

5. El módulo colector solar de la reivindicación 1, incluyendo además una pluralidad de estructuras de soporte de reflector (609a-609d) , coincidiendo cada estructura de soporte de reflector con un borde de una forma respectiva de las formas estructurales primarias; y opcionalmente

donde las estructuras de soporte de reflector coinciden con formas estructurales primarias alternativas.

6. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde el reflector (611) incluye una pluralidad de paneles reflectores, siendo cóncavo cada panel reflector a lo largo de su anchura; u opcionalmente

donde el reflector incluye una pluralidad de paneles reflectores, siendo cóncavo cada panel reflector a lo largo de su longitud.

7. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde cada forma estructural primaria incluye tres y solamente tres elementos de bastidor; u opcionalmente

donde cada forma estructural primaria incluye cuatro y solamente cuatro elementos de bastidor; u opcionalmente donde cada forma estructural primaria incluye cinco o más elementos de bastidor.

8. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde las formas estructurales primarias son formas poligonales regulares.

9. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde todas las formas estructurales primarias son idénticas; u opcionalmente donde todos los elementos en todas las formas estructurales primarias son idénticos; u opcionalmente

donde todos los elementos axiales son idénticos; u opcionalmente donde todos los elementos en todas las formas estructurales primarias y todos los elementos axiales son idénticos.

10. El módulo colector solar de la reivindicación 1, incluyendo además un cubo en cada esquina de cada forma estructural primaria, donde todos los elementos de bastidor que se unen en cada esquina de forma estructural primaria respectiva están unidos al cubo respectivo.

11. El módulo colector solar de la reivindicación 10, donde al menos un cubo incluye:

una chapa curvada que tiene un lado cóncavo e incluyendo elementos para conectar los elementos de bastidor axiales que se unen en el cubo; y una chapa transversal fijada transversal al lado cóncavo de la chapa curvada y transversal al eje longitudinal del bastidor estructural, incluyendo la chapa transversal elementos para conectar los elementos de bastidor de la forma estructural primaria respectiva que se unen en el cubo.

12. El módulo colector solar de la reivindicación 10, donde todos los cubos son idénticos.

13. El módulo colector solar de la reivindicación 1, donde los extremos de al menos dos elementos de bastidor están

formados a modo de pestañas, y los dos elementos de bastidor que tienen las pestañas se unen directamente usando las pestañas sin el uso de un cubo separado.

14. El módulo colector solar de la reivindicación 13, incluyendo además sujetadores que unen las pestañas de los dos elementos de bastidor, donde los sujetadores están en una sola cizalla; u opcionalmente incluyendo además sujetadores que unen las pestañas de los dos elementos de bastidor, donde los sujetadores están en cizalla doble; u opcionalmente donde extremos de todos los elementos de bastidor están formados a modo de pestañas, y las conexiones entre los 15 elementos de bastidor se hacen conectando directamente las pestañas respectivas, sin el uso de un cubo separado.