Planta de concentración solar con absorbedor plano optimizado.

Planta de concentración con absorbedor plano optimizado, comprende un conjunto de lamas especulares que diariamente giran para dirigir la radiación solar a un absorbedor optimizado.

Este integra planos secundarios, sensores tipo LDR (Light Dependent Resistor), vidrio con la curvatura adecuada para minimizar pérdidas y novedosa pieza de sujeción de tubos en su interior. La forma y diseño de absorbedor se optimieza teniendo en cuenta: a.- Posición de montaje del absorbedor. b.- Posibles desplazamientos estacionales del absorbedor sobre la dirección longitudinal. c.- Forma de las lamas. d.- Espejo en extremo de absorbedor para minimizar desplazamientos. También se mejora el movimiento de lamas al realizarse conjuntamente con mecanismo de la invención y mediante lazo cerrado de control óptimo, para lo que se disponen los elementos necesarios.

Planta de concentración solar con absorbedor plano optimizado

AMBITO DE LA INVENCIÓN

La invención se encuadra en el sector técnico de la generación de calor mediante energía solar, en concreto mediante el uso de concentradores lineales de Fresnel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La concentración solar es uno de los puntos de mayor interés tecnológico en la extensión del uso de las energías renovables, tanto para la producción de calor como de electricidad. Dentro del ámbito de la concentración se distinguen los sistemas de refracción o basados en lentes convergentes y los de reflexión o basados en espejos. En ambos casos, en función de la geometría del receptor de radiación se distinguen los de foco lineal y los de foco puntual. Los seguidores de foco lineal están más limitados en su factor de concentración. Sin embargo ofrecen ventajas interesantes en su materialización y operación. Así, en sus componentes predominan las geometrías de superficies planas y cilíndricas que al ser desarrollables facilitan la fase de fabricación. Los movimientos de seguimiento se encuentran limitados a un solo grado de libertad, lo que facilita esta operación. Aún dentro de los concentradores clasificados como lineales se distinguen diferentes tecnologías en función del grado de concentración deseado. El factor de concentración, dentro de los aprovechamientos térmicos, está fuertemente relacionado con la temperatura deseada en el fluido caloportador. Los concentradores cilindroparabólicos ofrecen los mayores valores de factor de concentración y, por tanto, la posibilidad de obtener los mayores saltos térmicos a igualdad de superficie captadora. Tecnológicamente, estos concentradores implican la necesidad de movimiento de grandes superficies reflectoras, lo que implica el uso de estructuras resistentes costosas pues deben soportar la superficie de reflectante impidiendo deformaciones o flechas que alteren la óptica concentradora. Igualmente, deben soportar las cargas de viento, que, normalmente son proporcionales al factor de concentración. Los concentradores en artesa o V-trough ofrecen factores de concentración muy bajos. Su gran ventaja radica en su gran facilidad de construcción. No requieren gran precisión en el seguimiento solar y sus necesidades estructurales son mínimas. Los sistemas basados en concentradores tipo Fresnel, como el reivindicado en el presente documento dan lugar, por su naturaleza, a valores de concentración intermedios que los hacen especialmente interesantes en aplicaciones donde se requieren temperaturas finales en el fluido caloportador comprendidas entre 100 y 300ºC. Presentan la ventaja de fragmentar la superficie reflectora en un conjunto de lamas planas o con ligera curvatura. Cada una de ellas gira alrededor de un eje fijo de manera que los rayos reflejados convergen hacia una zona focal de geometría lineal donde se dispone el sistema receptor de energía radiante. El movimiento de las lamas se encuentra condicionado por la orientación e inclinación del plano envolvente de las mismas. Si bien el ángulo de cada lama será diferente para hacer llegar la radiación solar directa al eje del receptor. Otro atributo del concentrador de Fresnel viene dado por las bajas fuerzas de empuje aerodinámico que el viento puede ejercer sobre su estructura debido al paralelismo entre el conjunto de lamas reflectoras y el plano de apoyo, normalmente el terreno o cubierta de edificación. Este atributo implica que las estructuras portantes del sistema concentrador sean esbeltas.

El concentrador lineal de Fresnel, presenta ventajas pero también inconvenientes sobre los que se invierten esfuerzos de mejora tecnológica. Así, se encuentra, que este tipo de absorbedor da lugar a unas pérdidas radiativas por final de absorbedor debidas a que los rayos incidentes en una zona próxima a uno de los extremos de las lamas se concentran en un lugar del espacio donde ya no llega el receptor. También se puede comprobar como las geometrías utilizadas en lamas producen perfiles faltos de uniformidad en los receptores. Los elementos absorbedores no se encuentran suficientemente optimizados para su uso en medias temperaturas.

En latitudes medias, la captación energética mediante sistemas de concentración Fresnel solar muestra una elevada estacionalidad. En fase de diseño, la mencionada estacionalidad se puede modular para potenciar la producción energética en diferentes épocas del año en detrimento de la producción en verano. Esta es una de las líneas de mejora fundamentales en la tecnología de sistemas solares basados en concentradores Fresnel para usos térmicos y sobre la que incide la presente memoria.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

Se presenta la invención de una planta solar térmica de concentración tipo Fresnel que se caracterizada por la aplicación de un conjunto de soluciones tecnológicamente novedosas, que óptimamente combinadas, dan lugar a sistemas adaptables a curvas de demanda calorífica estacionales.

El sistema primario de concentración Fresnel está constituido un conjunto de lamas reflectantes, con dimensión predominantemente longitudinal y ejes de giro paralelos a dicha dirección longitudinal y coplanarios con el plano envolvente o del bastidor. El sistema en su concepción global es estático por lo que se dispone sobre el terreno o sobre edificios construidos con una orientación e inclinación fijas durante la vida útil de la planta. Los únicos elementos con movimiento son las lamas, con movimiento diario automatizado, y el absorbedor, con posible movimiento no automatizado y estacional. Para el movimiento de las lamas se dispone un controlador electrónico y un mecanismo de accionamiento que realiza el movimiento de las mismas para que los rayos solares tras reflejarse, incidan en la ventana del absorbedor.

La planta objeto de la invención combina diferentes soluciones tecnológicas en diferentes puntos de la misma que a continuación se detallan. Resulta, por tanto, necesario un método que permita la optimización global y simultánea dentro del amplio espacio de soluciones resultante tras tener en cuenta la conjunción de mejoras propuestas.

Las mejoras consisten en:

-En el absorbedor solar térmico, basado en sistema de tuberías soldadas a chapa absorbente con pintura o tratamiento selectivo, con cerramiento lateral y superior, térmicamente aislado y una ventana inferior con vidrio de alta transmitancia, se integrarán como novedades tecnológicas:

o Espejos reflectores secundarios planos (15) en los que se distribuyen e integran sensores calibrados de radiación solar tipo LDR (Light Dependent Resistor) . El ancho de los espejos secundarios será el que optimice la captación solar deseada. La falta de curvatura en estos espejos se compensará con movimientos de ajuste en los reflectores primarios. Se trata de un movimiento basado en lazo de control cerrado o realimentado con los datos de distribución de radiación en espejos secundarios (15) . Dichos datos son captados por los sensores de radiación tipo LDR (16) .

o Cobertura de vidrio con curvatura óptima para minimizar las pérdidas por reflexión.

o Sistema de sujeción de los tubos y la chapa absorbente a la carcasa del absorbedor de modo que evita la deformación elástica de los tubos, ya que por su propio peso flectarían. Al tiempo, el sistema de sujeción deberá minimizar las pérdidas caloríficas por conducción a su través.

-La unidad de receptor térmico incorpora un sistema de control electrónico que monitoriza el movimiento de lamas para conseguir una distribución óptima de radiación solar en el interior del absorbedor solar. A dicho controlador se conectan los sensores de radiación integrados en el absorbedor y será el controlador el que realice la adecuación y tratamiento de las señales de medida dando las órdenes de movimiento a las lamas. En caso de sobrecalentamiento del elemento absorbedor, el controlador realizará un desenfoque regulado de las lamas hasta conseguir en el interior del absorbedor los niveles de radiación requeridos.

-La planta solar térmica de concentración tipo Fresnel objeto de esta invención incorpora la posibilidad de desplazamiento estacional del elemento receptor. Con ello se consigue aprovechar la radiación concentrada en el extremo Norte del absorbedor. Para acotar el recorrido de este desplazamiento en el extremo Norte se dispondrá de una superficie reflectante con forma triangular que redirija los rayos solares hacia el absorbedor, situado al Sur.

- La planta solar térmica de concentración tipo Fresnel objeto de esta invención dispone la posibilidad constructiva de disponer el absorbedor asimétricamente respecto del plano de lamas. Ello permite:

1. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado, caracterizado porque comprende un conjunto de lamas especulares (1) planas o prismáticas con giro de ciclo diario alrededor de ejes paralelos y un absorbedor optimizado (2) que integra espejos planos secundarios (15) en los que se distribuyen también de forma integrada, sensores tipo LDR (Light Dependent Resistor) de radiación solar con terminales eléctricos disponibles en un bornero accesible desde el exterior del absorbedor; el cierre de la ventana de absorbedor se realiza de vidrio con la curvatura adecuada para minimizar pérdidas de radiación; el absorbedor cuenta con un conjunto de tubos (11) soldados a una superficie de chapa absorbente (12) que se sujeta a la caja del absorbedor mediante piezas rígidas (17) de aislante térmico con huecos adecuados para sujetar los tubos.

2. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 1 caracterizada por disponer de un mecanismo que permite el deslizamiento del absorbedor (2) , según una dirección longitudinal del mismo, sobre raíles (23) permitiendo movimiento estacional para mayor incidencia de la radiación reflejada en el extremo de las lamas opuesto a la dirección de los rayos solares.

3. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 1 caracterizada por disponer de soportes (4) para el absorbedor que permiten fijarse en diferentes alojamientos (31) practicados en el bastidor (3) acercando el absorbedor (2) hacia uno de los laterales, posibilitando de este modo un desplazamiento de la producción energética horaria, en plantas con orientación norte-sur, o estacional, en plantas con orientación este-oeste.

4. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 1 caracterizada por disponer de accionamiento único que permite girar todas las lamas un mismo ángulo con un solo motor; el accionamiento motor gira una varilla roscada (6) que desplaza una biela maestra (29) sobre la que se articula un empujador (7) común a un conjunto de bielas (24) ; a cada biela (24) se acopla una lama que, solidaria a una pieza en forma de sector circular (25) , es ajustada para dar el ángulo adecuado la superficie de la lama y el eje de la biela; la fijación del ajuste se realiza mediante el apriete de un tornillo (32) , que rosca en la biela y aprisiona la pieza en forma de sector circular (25) .

5. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 1 caracterizada por disponer de un elemento especular (8) en el extremo del norte del absorbedor (2) opuesto a la dirección predominante de la radiación solar; dicha superficie es plana y perpendicular al eje del absorbedor, tiene forma de triángulo isósceles con altura variable.

6. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 5 caracterizada por disponer de un elemento especular (15) en el interior del absorbedor, en las paredes laterales, sobre el que se alojan de forma integrada, formando unidad, un conjunto de sensores de radiación tipo LDR (16) ; dicha superficie cuenta con un bornero (28) en el que los extremos de las conexiones eléctricas de los sensores son accesibles.

7. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 1 caracterizada por disponer de lamas que pueden ser: de una sola cara reflectante plana (36) , lamas de dos caras reflectantes planas (33) , lamas de tres caras reflectante planas (26) y/o lamas de cuatro caras reflectantes planas (34) , conseguidas preferentemente mediante plegado del material constituyente.

8. Planta solar térmica de concentración tipo Fresnel con absorbedor plano optimizado según reivindicación 6 caracterizada por estar monitorizada por un controlador electrónico (37) que realiza medida de radiación; el controlador utiliza las medidas de radiación tomadas por los sensores colocados en el interior del absorbedor (16) y los sensores (35) en la base de la superficie reflectante, para mover de la forma más adecuada el conjunto de lamas.