Sistema solar de receptor central con un campo de helióstatos y procedimiento para la producción de un campo de helióstatos de tal sistema.

Sistema solar de receptor central con un campo de helióstatos,

que consta de

a) uno o varios receptores (110)

b) una pluralidad de helióstatos (190) que forman el campo de helióstatos (130) y que están dispuestos en una superficie base total preferentemente llana, presentando cada helióstato un reflector (795; 995) que puede ajustarse alrededor de dos ejes de giro (792, 793; 992, 993) y que refleja la radiación solar a la superficie objetivo del o de los receptores con una altura cambiante del sol,

estando la superficie objetivo configurada como una abertura (1511; 2011), un absorbedor térmico (2015) o un absorbedor fotovoltaico (2015) del receptor respectivo,

teniendo cada helióstato un primer eje de giro y un segundo eje de giro perpendicular al primer eje de giro, y estando dispuesto cada helióstato en una superficie de montaje,

estando dispuestos fijos el primer eje de giro (792; 992) en relación con la superficie de montaje y el segundo eje de giro (793; 993) en relación con el reflector (795; 995), y

c) una estructura soporte (120), a la que el o los receptores (110) están fijados encima del campo de helióstatos (130),

d) estando el campo de helióstatos formado por filas paralelas de helióstatos

e) estando configurado en cada helióstato el primer eje de giro (992; 1292; 1392) paralelo a la superficie de montaje,

f) estando montados los helióstatos con una superficie de montaje común en una fila, de manera que los primeros ejes de giro (1292, 1392; 1792) de los helióstatos del grupo respectivo se hallan en una línea, es decir están alineados unos con otros, g) estando cada reflector (995; 1295; 1395; 1795) configurado de forma rectangular,

caracterizado porque

h) la estructura soporte para el receptor está configurada como una estructura de soporte que se extiende sobre el campo de helióstatos,

i) el vector normal de la superficie objetivo del receptor está orientado hacia abajo, con preferencia perpendicularmente, hacia el campo de helióstatos, y

j) el campo de helióstatos presenta debajo del receptor un campo cercano (1636; 2236) con una densidad de superficie reflectora ρ de ρ >60%, definiéndose la densidad de superficie reflectora ρ como la relación entre la superficie reflectora total de una región del campo de helióstatos y la superficie base construida de la misma región del campo de helióstatos y estando el reflector configurado preferentemente más largo en la dirección del segundo eje de giro (993; 1293, 1393) que en la dirección perpendicular a ésta.

Sistema solar de receptor central con un campo de helióstatos y procedimiento para la producción de un campo de helióstatos de tal sistema La invención se refiere a procedimientos para diseñar un campo de helióstatos de un sistema solar de receptor central y a un sistema solar de receptor central con un campo de helióstatos, el cual consta de uno o 5 más receptores, una pluralidad de helióstatos que forman el campo de helióstatos y que están dispuestos en una superficie base total preferentemente llana, presentando el helióstato un reflector que puede ajustarse alrededor de dos ejes de giro y que refleja la radiación solar a la superficie objetivo del o de los receptores según la altura del sol, siendo la superficie objetivo la abertura, el absorbedor térmico o el absorbedor fotovoltaico del receptor respectivo, teniendo el helióstato un primer eje de giro y un segundo eje de giro 10 perpendicular al primero dispuesto en una superficie de montaje, estando fijos el primer eje de giro en relación con la superficie de montaje y el segundo eje de giro en relación con el reflector, y una estructura soporte a la que están fijados el o los receptores por encima de la superficie terrestre del campo de helióstatos.

Estado actual de la técnica 15

A continuación se explica por medio de las fig. 1 a 6 el funcionamiento básico de las centrales solares de torre o sistemas solares de torre ya conocidos.

En la fig. 1 se representa una central solar o sistema solar de torre ya conocido del documento US 4 172 443, que incluye una torre 120 sobre la que está instalado un receptor 110 donde unos helióstatos 190 concentran la radiación solar. El campo de helióstatos 130 está compuesto de una pluralidad de tales helióstatos 190. En 20 otras torres ya conocidas pueden incluso instalarse varios receptores en una torre, como se muestra en el documento EP 2000669 A2. Como se muestra en [1] â?" en particular en las páginas 237 y siguientes â?", la radiación concentrada calienta, a través del receptor, un medio portador de calor, gracias al cual se acciona una turbina, que genera así energía eléctrica en base a un generador acoplado mecánicamente.

Los sistemas solares de torre actualmente conocidos pueden caracterizarse y clasificarse en cuatro tipos 25 como se indica a continuación:

1. Sistema solar de torre con campo de helióstatos circundante (campo lejano) , véase la representación de sus principios en la vista superior de la fig. 2.

2. Sistema solar de torre con campo polar, véase la representación de sus principios en la vista superior de la fig. 3. 30

3. Sistema solar de torre con campo de helióstatos debajo del receptor (campo cercano) , véase representación de sus principios en la vista superior de la fig. 4 y en la vista en perspectiva de la fig. 5.

4. Sistema solar de torre con campo norte y campo sur, véase representación de sus principios en la vista superior de la fig. 6. 35

A continuación se describen más detalladamente los mencionados en las fig. 2 a 6.

1. Sistemas solares de torre con campo de helióstatos circundante (campo lejano)

La mayoría de los sistemas solares de torre (comerciales) consisten en un receptor cilíndrico o en forma de cono truncado invertido orientable en unos 360º hacia todos los puntos cardinales, que está soportado por una torre central y rodeado por un campo de helióstatos 130, formado por helióstatos individuales 190, como 40 se muestra en la fig. 1 y en la vista superior de la fig. 2. Los receptores cilíndricos o en forma de cono truncado invertido comprenden un absorbedor externo, constituyendo la superficie lateral del receptor la superficie del absorbedor. En la fig. 1 se muestra un sistema solar de torre ya conocido del documento US 4 172 443, donde se dispone un receptor cilíndrico 110, cuya superficie lateral exterior cilíndrica es la superficie del absorbedor, sobre una torre 120 a una altura de receptor HR por encima del campo de helióstatos 130. 45

La fig. 2 muestra sus principios en una vista superior de un sistema solar de torre ya conocido, con un campo de helióstatos 230 que rodea a cierta distancia la torre 210. El campo de helióstatos 230 tiene una forma de anillo donde la región 234 cercana a la torre 220 que soporta el receptor 210 está despejada, es decir en la región 234 no existe ningún helióstato. Es frecuente que la posición de la torre respecto al receptor no sea exactamente central, sino que esté desplazada con respecto al campo de helióstatos en dirección al ecuador, 50 es decir en el hemisferio norte de la Tierra hacia el Sur o en el hemisferio sur hacia el Norte.

En la fig. 2, el campo de helióstatos es un campo lejano. El campo lejano es un campo de helióstatos que â?" como delimitación con respecto al campo cercano definido más abajo â?" rodea la torre y el receptor a cierta distancia horizontal y donde la densidad de la superficie reflectora Æ? disminuye al aumentar la distancia al receptor. La densidad de la superficie reflectora Æ? se define como la relación entre la superficie reflectora del campo de helióstatos y la superficie base del campo de helióstatos. En la fig. 2 se representa la región 234 cercana al receptor 210 en la que no está instalado ningún helióstato.

En lugar de tener una forma cilíndrica continua o una forma de cono truncado invertido continua, el receptor puede también, entre otras cosas, estar formado por una pluralidad de receptores individuales. 5

La altura del receptor HR se define, como se muestra en la fig. 1, como la distancia vertical del centro de la superficie del absorbedor de un receptor con absorbedor externo, o de la abertura de un receptor de cavidad, al plano definido por los centros de los reflectores de los helióstatos del campo de helióstatos. En lo que sigue, la altura del receptor HR se utiliza como una magnitud de referencia con respecto a la cual se miden otras magnitudes, por ejemplo el tamaño del campo de helióstatos. 10

El diámetro DHde un campo de helióstatos se define, como se muestra en las fig. 2, 3, 4 y 6, como la distancia entre los helióstatos más alejados.

Los sistemas solares de torre con campo de helióstatos circundante tienen normalmente alturas de receptor HR de más de 100 m y campos de helióstatos con un diámetro de más de ocho alturas de receptor, es decir DH> 8 x HR. Por ejemplo, la torre solar Gemasolar descrita en [2] tiene una altura de receptor HR de 140 m y 15 un diámetro DH de aprox. 1.200 m. Por ejemplo, la torre solar de Solar-Reserve descrita en [3] tiene una altura de receptor HR = 182, 88 m (600 feet) y DH = 2.600 m.

2. Sistemas solares de torre con campo polar

Como puede observarse en la representación de la vista superior de un sistema solar de torre con campo polar de la fig. 3, éste tiene un campo de helióstatos 330 sólo en el lado polar â?"en dirección Norte en el 20 hemisferio norte de la Tierra y en dirección Sur en el hemisferio sur â?" de la torre 320 y del receptor 310 y, como se muestra en el documento EP 2000669 A2, uno o varios receptores 310 sobre la torre 320 orientados hacia el campo de helióstatos.

Al igual que el campo lejano de una torre solar con campo de helióstatos circundante, la densidad de la superficie reflectora Æ?del campo polar disminuye al aumentar la distancia al receptor. 25

Los sistemas solares de torre con campo polar tienen normalmente alturas de receptor de 50 - 150 m y campos de helióstatos con un diámetro DH de aprox. cinco a seis alturas de receptor, siendo 3 x HR<DH< 7 x HR.

Por ejemplo, la torre solar de Jülich descrita en [4] tiene una altura de receptor HR de 55 m y un diámetro DH del campo de helióstatos de aprox. 300 m. 30

Por ejemplo, la torre solar PS10 descrita en [5] tiene una altura de receptor HR = 115 m y un diámetro DH = 750 m, la torre solar PS20 tiene HR = 165 m y DH = 1.000 m.

3. Sistema solar de torre con campo de helióstato debajo del receptor (campo cercano)

En los años 60, Giovanni Francia desarrolló en Italia un primer sistema solar de torre en el que el campo de helióstatos se hallaba debajo del receptor, orientado hacia abajo y extendiéndose en dirección Norte, Sur, 35 Este y Oeste. Esto se muestra en la fig. 4, donde pueden verse el campo de helióstatos 430 y la posición del receptor 410 en una vista desde arriba. A diferencia del campo lejano arriba explicado, el campo de helióstatos es un campo cercano en el que los helióstatos están montados con una densidad de superficie reflectora Æ?constante. El receptor 510 está montado suspendido de un sistema de pluma 520, como se muestra en la fig. 5. Con respecto a otras realizaciones, véase la página 238 en [1] y el documento US 40... [Seguir leyendo]

1. Sistema solar de receptor central con un campo de helióstatos, que consta de

a) uno o varios receptores (110)

b) una pluralidad de helióstatos (190) que forman el campo de helióstatos (130) y que están dispuestos en una superficie base total preferentemente llana, presentando cada helióstato un reflector (795; 5 995) que puede ajustarse alrededor de dos ejes de giro (792, 793; 992, 993) y que refleja la radiación solar a la superficie objetivo del o de los receptores con una altura cambiante del sol,

estando la superficie objetivo configurada como una abertura (1511; 2011) , un absorbedor térmico (2015) o un absorbedor fotovoltaico (2015) del receptor respectivo, teniendo cada helióstato un primer eje de giro y un segundo eje de giro perpendicular al primer eje 10 de giro, y estando dispuesto cada helióstato en una superficie de montaje, estando dispuestos fijos el primer eje de giro (792; 992) en relación con la superficie de montaje y el segundo eje de giro (793; 993) en relación con el reflector (795; 995) , y

c) una estructura soporte (120) , a la que el o los receptores (110) están fijados encima del campo de helióstatos (130) , 15

d) estando el campo de helióstatos formado por filas paralelas de helióstatos

e) estando configurado en cada helióstato el primer eje de giro (992; 1292; 1392) paralelo a la superficie de montaje,

f) estando montados los helióstatos con una superficie de montaje común en una fila, de manera que los primeros ejes de giro (1292, 1392; 1792) de los helióstatos del grupo respectivo se hallan en una 20 línea, es decir están alineados unos con otros,

g) estando cada reflector (995; 1295; 1395; 1795) configurado de forma rectangular,

caracterizado porque

h) la estructura soporte para el receptor está configurada como una estructura de soporte que se extiende sobre el campo de helióstatos, 25

i) el vector normal de la superficie objetivo del receptor está orientado hacia abajo, con preferencia perpendicularmente, hacia el campo de helióstatos, y

j) el campo de helióstatos presenta debajo del receptor un campo cercano (1636; 2236) con una densidad de superficie reflectora Ï?de Ï?> 60%, definiéndose la densidad de superficie reflectora Ï?como la relación entre la superficie reflectora total de una región del campo de helióstatos y la 30 superficie base construida de la misma región del campo de helióstatos y estando el reflector configurado preferentemente más largo en la dirección del segundo eje de giro (993; 1293, 1393) que en la dirección perpendicular a ésta.

2. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1, caracterizado porque en el campo cercano (1636; 2236) las distancias entre helióstatos adyacentes dentro de cada fila son en cada 35 caso una primera distancia predeterminada y las distancias entre filas adyacentes son, en la dirección perpendicular a éstas, una segunda distancia predeterminada.

3. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las filas del campo de helióstatos están orientadas en dirección Este-Oeste o porque las filas del campo de helióstatos están orientadas en dirección Norte-Sur. 40

4. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de montaje común de uno o varios grupos de helióstatos (1283; 1383) está inclinada en relación con la superficie base total en cada caso un ángulo α que depende de la posición con respecto al receptor, estando cierto número de grupos de helióstatos con superficie de montaje común y con primeros ejes de giro paralelos reunidos en una fila perpendicular al primer eje de giro en cada caso para 45 formar un módulo (1280, 2180, 2380, 2480) y estando varios módulos reunidos para formar una fila de módulos (2181, 2381; 2481) .

5. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y 4, caracterizado porque, en el campo cercano, el campo de helióstatos debajo del receptor, las distancias entre grupos adyacentes de helióstatos (2383) dentro de cada módulo (2380) son en cada caso una primera distancia 50 predeterminada y la distancia entre filas de módulos adyacentes (2181, 2381) son, en la dirección perpendicular a éstas, una segunda distancia predeterminada.

6. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el primer eje de giro del grupo de helióstatos (1283, 1383) está acoplado mecánicamente de manera que los helióstatos (1290, 1390) tienen un eje de giro común (1292, 55 1392) .

7. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la estructura soporte para el receptor se extiende sobre el campo de helióstatos como un arco, hallándose dos o más puntos de base del arco preferentemente en la zona exterior o fuera del campo de helióstatos.

8. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 6, 5 caracterizado porque la estructura soporte para el receptor se extiende sobre el campo de helióstatos como una armadura sobre puntales, es decir como una estructura de soporte triangular, hallándose dos o más puntos de base de la armadura sobre puntales preferentemente en la zona exterior o fuera del campo de helióstatos.

9. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 6, 10 caracterizado porque la estructura soporte para el receptor se extiende sobre el campo de helióstatos como una estructura de cables suspendida, hallándose dos o más puntos de base de la estructura de cables suspendida preferentemente en la zona exterior o fuera del campo de helióstatos.

10. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 6, 15 caracterizado porque la estructura soporte para el receptor se extiende sobre el campo de helióstatos como una estructura soporte en forma de grúa, con una pluma o pescante que soporta el receptor, hallándose uno o más puntos de base de la estructura soporte en forma de grúa bien en la zona exterior o bien preferentemente fuera del campo de helióstatos en el lado del receptor orientado en sentido opuesto al ecuador. 20

11. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y 10, caracterizado porque la pluma (2622, 2722) de la estructura soporte en forma de grúa puede girar alrededor del eje vertical, siendo posible modificar la posición del receptor (2610, 2710) , porque el receptor está dispuesto preferentemente de manera que puede desplazarse a lo largo de la pluma (2622, 2722) de la estructura soporte en forma de grúa, siendo posible modificar adicionalmente la posición del receptor 25 (2610, 2710) , y porque la altura del receptor (2610, 2710) está dispuesta preferentemente de manera que puede modificarse.

12. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque la estructura soporte lleva el receptor en una disposición suspendida en su parte inferior orientada hacia el campo de helióstatos. 30

13. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 12, caracterizado porque el campo de helióstatos se extiende debajo y alrededor del receptor en dirección Norte, Este, Sur y Oeste, conformando un campo de helióstatos continuo.

14. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 o 3 o una de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado porque el campo de helióstatos presenta, además del 35 campo cercano, un campo lejano (1638) donde las distancias entre los helióstatos aumentan en dirección Este-Oeste o en dirección Norte-Sur al aumentar la distancia al receptor.

15. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizado porque el campo de helióstatos presenta, además del campo cercano, un campo lejano (2238) donde, al aumentar la distancia al receptor, las distancias entre las filas de módulos 40 (2481) aumentan en dirección Norte-Sur o, en la dirección Este-Oeste, las distancias entre grupos de helióstatos (2483) dentro de un módulo (2480) aumentan de un módulo al siguiente.

16. Sistema solar de receptor central según la reivindicación 1 y una de las reivindicaciones 2 a 15, caracterizado porque la altura de receptor HR es como mínimo de 100 m y porque el diámetro mayor DH del campo de helióstatos es preferentemente menor que el séxtuplo de la altura de receptor HR. 45

17. Procedimiento para la producción de un campo de helióstatos de un sistema solar de receptor central según una de las reivindicaciones 1 - 16, consistente en los siguientes pasos:

a) en el primer paso se define un montaje de los helióstatos (1790; 1290, 1390) para un campo cercano (1636; 2236) en una superficie base total preferentemente llana, que presenta una densidad de superficie reflectora Ï?de Ï?> 60%, 50

b) pudiendo la superficie de montaje común de uno o varios grupos de helióstatos (1283; 1383) estar inclinada en relación con la superficie base total en cada caso un ángulo α dependiente de la posición con respecto al receptor,

ï· determinándose en el segundo paso las posiciones de los helióstatos con la distancia al receptor (1610; 2210) , de lo que resulta hasta dónde se extiende el campo cercano (1636; 2236) con igual densidad de superficie reflectora Ï? alrededor del receptor y

ï· dónde comienza el campo lejano (1638; 2238) a continuación del campo cercano,

ï· siendo en el campo lejano las distancias en dirección Este-Oeste o en dirección Norte-Sur tan 5 grandes que se evita en gran parte o se mantiene pequeño el bloqueo mutuo de los helióstatos,

ï· significando el bloqueo que un helióstato cubre, como mínimo parcialmente, la trayectoria de los rayos del reflector de un helióstato adyacente a la superficie objetivo del receptor,

c) utilizándose en el tercer paso para el campo de helióstatos los helióstatos que, en el momento de 10 diseño o en otros momentos o intervalos de tiempo determinados, producen el mayor aporte de potencia de radiación en la superficie objetivo del receptor,

ï· siendo el campo de helióstatos como mínimo un campo cercano y, dependiendo de la potencia de radiación necesaria en la superficie objetivo del receptor, también un campo lejano, 15

ï· estando presente un campo lejano siempre que la altura de receptor HR sea de como mínimo 100 m y siendo el diámetro mayor DH del campo de helióstatos preferentemente menor que el séxtuplo de la altura de receptor HR,

ï· existiendo en el cuarto paso una estructura soporte adecuada para sujetar el receptor (1410) en la posición definida sobre el campo de helióstatos, estando esta estructura soporte 20 configurada como

i. un arco, ii. o una armadura sobre puntales, iii. o una estructura suspendida de cables, teniendo estas tres estructuras de soporte i, ii y iii en cada caso como mínimo dos 25 puntos de base, que se hallan preferentemente en la zona exterior o fuera del campo de helióstatos, iv. o una estructura soporte en forma de grúa, con una pluma o pescante (1422) que soporta el receptor (1410) y se extiende sobre el campo de helióstatos, hallándose uno o varios puntos de base de la estructura soporte en forma de grúa bien 30 en la zona exterior o preferentemente fuera del campo de helióstatos, en el lado del receptor orientado en sentido opuesto al ecuador, pudiendo la posición de un receptor (2610, 2710) montado en la pluma (2622, 2722) ser modificable en hasta tres dimensiones, de manera que, para el campo de helióstatos determinado en el tercer paso, están 35 previstas distintas posiciones del receptor para determinadas alturas del sol, con el fin de aumentar el rendimiento del campo de helióstatos para las alturas del sol respectivas.