Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos.

1. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos,

que tiene la particularidad de estar comprendido por una estructura o módulo plano (1), que contiene unos captadores cilindro-parabólicos montados en serie (2), con movimiento N-S mediante un sistema de seguimiento solar; una parrilla en zig-zag formada por tubos absorbedores fijos colocados en la línea focal de los cilindro-parabólicos(3); unos tubos de vidrio concéntricos a los tubos absorbedores de la línea focal (4); material aislante transparente colocado entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio (5), material aislante en la parte inferior y lateral del módulo plano (6) y una cubierta de vidrio transparente o material similar (7), que cubre toda la estructura plana.

2. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo estático, donde tenemos la posibilidad de colocar la estructura en una superficie plana con orientación N-S, dotándole de la inclinación adecuada a la latitud del lugar. En este caso, los colectores cilindro-parabólicos se colocarán horizontalmente, permitiendo de esta manera tener la menor área sombreada en el movimiento acimutal del sol. En el modelo estático de superficie inclinada, los colectores solares cilíndricos parabólicos se colocarán horizontalmente, dependiendo su rendimiento de la inclinación del tejado y su orientación E-O.

3. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo de movimiento a un solo eje mediante la pletina (12) y el eje (9) actuado por el seguidor solar; el eje N-S será perpendicular a los colectores cilíndricos parabólicos para minimizar las sombras. Si la colocación es en una superficie plana, la inclinación de la estructura será la adecuada a la latitud del lugar y el recorrido para la orientación será mínimo. Si la colocación es en una superficie inclinada, el recorrido de la orientación dependerá del ángulo de inclinación de dicha superficie.

4. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo con movimiento a dos ejes, la colocación en la estructura de los colectores cilíndricos parabólicos será horizontal. Si la estructura se coloca en una superficie plana, se orientará en la dirección N-S. El movimiento E-O se realiza mediante el cilindro (13), y el movimiento N-S mediante la pletina (12) y el eje (9). Ambos movimientos se realizan a través de sus correspondientes seguidores solares. Este sería el caso en el que los colectores tendrían el máximo rendimiento, ya que en ningún momento se producirían sombras en los mismos. Si la colocación se realiza en superficie inclinada, el rendimiento dependerá de la orientación E-O que tenga dicha superficie inclinada o dotar al módulo, del soporte adecuado, para poder realizar los dos movimientos.

5. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 2ª reivindicación, caracterizado en el modelo estático, donde se podrá colocar en un soporte adecuado, con movimiento a dos ejes, en una superficie plana.

Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos. Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un colector solar térmico, en el que se colocan, dentro de un módulo, unos captadores cilindro-parabólicos con tubos absorbedores fijos, en serie, con movimiento a un solo eje norte-sur mediante un seguidor solar, aprovechando al máximo la radiación solar por concentración.

Este captador solar cilindro-parabólico tiene un rendimiento energético superior al de los captadores solares planos y se beneficia de la técnica de los captadores de concentración, pudiéndose instalar en los tejados y las azoteas de los edificios.

Estado de la Técnica

La energía solar es la más antigua de las energías en la Tierra, ya que la han usado las plantas, desde que existen los primeros seres vivos, como fuente de energía para realizar la fotosíntesis. También, los primeros humanos la usaron para calentarse y para cazar, ya que era, la energía solar, la que les daba luz para poder ver los animales.

Las ventajas de la energía solar son innumerables, y se resume en que es una fuente de energía inagotable y limpia.

La energía solar como transformación en energía calorífica (energía solar térmica), es decir, la conversión de la energía solar en calor, siempre ha existido, dada la inmediatez de la transformación. Esto es porque, cualquier cuerpo expuesto directa o indirectamente a la radiación solar aumenta su temperatura. Sin embargo, en los últimos años se ha desarrollado mucho la tecnología solar térmica, y se puede aprovechar de forma más eficiente. Los últimos avances solares en este campo, han dado lugar a los colectores cilindro-parabólicos, las torres solares de concentración, y las placas solares térmicas con alto rendimiento y bajos problemas de mantenimiento.

La energía solar como transformación en energía eléctrica, fue descubierta en 1887 por Heinrich Hertz, y la explicación teórica de este fenómeno (el efecto fotoeléctrico) fue hecha por Albert Einstein en 1905 (por lo que recibió el premio Nobel en 1921). El efecto fotoeléctrico es la base de la transformación de la energía solar en energía eléctrica, es decir, es la base de la energía solar fotovoltaica.

La energía solar es un tipo de energía renovable que convierte la energía del sol en otra forma de energía, como puede ser la energía eléctrica, energía cinética, etc...

La energía proveniente del sol, puede ser transformada para adaptarla a nuestras necesidades de consumo eléctrico o de consumo de calor. Para ello, hay que utilizar dispositivos que transformen la energía del sol en energía aprovechable. Estos dispositivos pueden ser paneles solares fotovoltaicos, placas solares térmicas, centrales solares de torre, colectores cilindro-parabólicos, discos Stirling y lentes de Fresnel.

Llamamos energía solar térmica a la energía proveniente del sol, que nosotros utilizamos en forma de calor.

Se pueden hacer diferentes clasificaciones de las tecnologías de colectores solares en función del criterio que adoptemos para discernidos. Una primera distinción tecnológica puede hacerse atendiendo al tipo de seguimiento solar que hacen, obteniendo tres tipos de colectores: fijos, seguimiento en un eje, seguimiento en dos ejes.

Otra forma de clasificar los colectores solares es por su temperatura máxima de operación, siendo ésta de baja, media y alta temperatura.

- Energía solar térmica de baja temperatura: Es la utilizada en los tejados de las viviendas y edificios comerciales, para calentar agua directamente con la radiación solar, y utilizarla para calefacción o agua caliente sanitaria (ACS). Se trata de exponer una superficie a la radiación directa del sol y hacer pasar por ella un caudal de agua fría con el objetivo de calentarla. Se llaman de baja temperatura porque el agua no alcanza más de los 80 grados centígrados.

- Energía solar térmica de media temperatura y termoeléctrica o alta temperatura: Este tipo de energía se presenta en forma de grandes centrales de como mínimo 10 Mw de potencia Las temperaturas alcanzadas en estas centrales van desde los 300 grados centígrados hasta los 800 grados centígrados, por tanto estas centrales no pueden trabajar con agua liquida, y lo hacen normalmente con aceites térmicos, y en algún caso experimental con vapor de agua.

En estas centrales, normalmente, se calienta un aceite térmico (preparado para altas temperaturas) a través de la radiación solar, por el reflejo de la energía del sol en los espejos. Este aceite caliente, va a un intercambiador de calor donde pasa sus calorías al agua, esta agua se evapora, formando vapor de agua, que mueve una turbina de vapor que genera electricidad.

Finalidad de la invención

La presente invención tiene como finalidad obtener mayor rendimiento de los colectores solares planos de baja temperatura, dotándoles de captadores cilindro-parabólicos, siendo el absorbedor un tubo metálico fijo, situado a lo largo del eje focal y alojado en un tubo de vidrio concéntrico. En el espacio existente entre el absorbedor y el tubo de vidrio, se puede producir vacío o rellenar con un material aislante transparente del tipo silica aerogel granular o monolítico. Los captadores cilindro-parabólicos tienen un movimiento a un solo eje norte-sur producido por un seguidor solar y van cubiertos con un vidrio o material polimérico transparente que les protege de las inclemencias del tiempo.

Descripción de la invención

El colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos, objeto de la presente invención, ha sido diseñado para conseguir un rendimiento energético superior a los colectores solares planos, manteniendo una estructura geométrica similar a estos.

La estructura geométrica es de forma rectangular de superficies planas y está integrada en un bastidor metálico. Dentro de esta estructura, limitada por la parte posterior y los laterales, se encuentra una capa aislante opaca tipo lana de roca o similar. Los grosores de esta capa aislante estarán determinados por el rendimiento o por su precio.

Por encima de esta capa aislante se colocan los captadores cilindro-parabólicos. Están fabricados de aluminio, material plástico o vidrio y la parte reflectora está pulida a espejo. En sus extremos se apoyan en una estructura conectada a los tubos absorbedores fijos, situados en la línea focal, mediante unos rodamientos o casquillos que permiten su giro. Los cilindro-parabólicos tienen en su parte posterior unos soportes a modo de costillas, que mantienen su configuración. En la parte central de estos soportes existen unos orificios por donde transcurre un eje. Este eje está dotado de movimiento integrado por un módulo de giro de desplazamiento norte-sur.

Coincidiendo con el foco lineal de los cilindro-parabólicos se colocan los tubos absorbedores fijos, por cuyo interior circula el fluido calor-portador. Estos tubos son metálicos, generalmente de cobre, están recubiertos con un revestimiento especialmente elegido para absorber bien la radiación solar. Estos recubrimientos suelen ser pinturas oscuras o superficies selectivas. Para evitar las pérdidas de calor por convección del tubo absorbedor, se coloca éste dentro de un tubo de vidrio, cuarzo o material polimérico transparente. Entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio existe un espacio donde se puede producir el vacío, contener aire o un material aislante transparente del tipo silica aerogel granular o monolítico. La unión de los tubos absorbedores entre sí es en serie.

Al unir los tubos absorbedores en serie obtenemos una parrilla, donde el fluido calor- portador entra por un extremo inferior y sale por otro extremo superior. Esta parrilla se coloca sobre dos soportes que están integrados en el bastidor metálico del colector. La sujeción a los soportes, de los tubos absorbedores, se realiza mediante bridas metálicas. La cámara entre el tubo de vidrio y el tubo calor-portador se sella con unos tapones. Estos tapones tienen una conformación que facilita la dilatación del tubo de vidrio y el tubo calor-portador.

Entre los tubos de vidrio que aíslan los tubos absorbedores y la cubierta de vidrio solar transparente, se deja una cámara de aire.

La estructura puede colocarse tanto en superficies planas como terrazas o en superficies inclinadas, como tejados. Para conseguir el máximo rendimiento del colector solar térmico cilindro-parabólico, los captadores se colocaran en posición horizontal, para minimizar las sombras, siendo el eje norte-sur perpendicular a los mismos. La inclinación de la estructura se ajustará a la latitud del lugar donde se instale.

Se...

1. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos, que tiene la particularidad de estar comprendido por una estructura o módulo plano (1), que contiene unos captadores cilindro-parabólicos montados en serie (2), con movimiento N-S mediante un sistema de seguimiento solar; una parrilla en zig-zag formada por tubos absorbedores fijos colocados en la línea focal de los cilindro-parabólicos(3); unos tubos de vidrio concéntricos a los tubos absorbedores de la línea focal (4); material aislante transparente colocado entre el tubo absorbedor y el tubo de vidrio (5), material aislante en la parte inferior y lateral del módulo plano (6) y una cubierta de vidrio transparente o material similar (7), que cubre toda la estructura plana.

2. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo estático, donde tenemos la posibilidad de colocar la estructura en una superficie plana con orientación N-S, dotándole de la inclinación adecuada a la latitud del lugar. En este caso, los colectores cilindro-parabólicos se colocarán horizontalmente, permitiendo de esta manera tener la menor área sombreada en el movimiento acimutal del sol. En el modelo estático de superficie inclinada, los colectores solares cilíndricos parabólicos se colocarán horizontalmente, dependiendo su rendimiento de la inclinación del tejado y su orientación E-O.

3. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo de movimiento a un solo eje mediante la pletina (12) y el eje (9) actuado por el seguidor solar; el eje N-S será perpendicular a los colectores cilíndricos parabólicos para minimizar las sombras. Si la colocación es en una superficie plana, la inclinación de la estructura será la adecuada a la latitud del lugar y el recorrido para la orientación será mínimo. Si la colocación es en una superficie inclinada, el recorrido de la orientación dependerá del ángulo de inclinación de dicha superficie.

4. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 1ª reivindicación, caracterizado en el modelo con movimiento a dos ejes, la colocación en la estructura de los colectores cilíndricos parabólicos será horizontal. Si la estructura se coloca en una superficie plana, se orientará en la dirección N-S. El movimiento E-O se realiza mediante el cilindro (13), y el movimiento N-S mediante la pletina (12) y el eje (9). Ambos movimientos se realizan a través de sus correspondientes seguidores solares. Este sería el caso en el que los colectores tendrían el máximo rendimiento, ya que en ningún momento se producirían sombras en los mismos. Si la colocación se realiza en superficie inclinada, el rendimiento dependerá de la orientación E-O que tenga dicha superficie inclinada o dotar al módulo, del soporte adecuado, para poder realizar los dos movimientos.

5. Colector solar térmico con captadores cilindro-parabólicos de tubos absorbedores fijos según la 2ª reivindicación, caracterizado en el modelo estático, donde se podrá colocar en un soporte adecuado, con movimiento a dos ejes, en una superficie plana.