Sistema colector de energía solar.

Un sistema colector de energía solar que comprende:

- una plataforma (12) que flota por encima de una masa de fluido,

incluyendo la plataforma una estructuraanular exterior (14) y una cubierta flexible (16) que encierra de modo hermético un extremo superior de laestructura anular exterior (14), para definir de ese modo un volumen encerrado (30) por debajo de la cubierta(16);

- un compresor (32) para la creación de una condición de sobrepresión dentro del volumen encerrado (30);

- una pluralidad de módulos colectores de radiación solar;

siendo giratoria la plataforma alrededor de un eje central de la misma, para permitir de ese modo que la orientaciónde los módulos colectores de radiación solar sea variable y esté colocada en la orientación deseada dependiendo dela posición angular del sol.

Caracterizado porque el sistema comprende una estructura superior por encima de la cubierta (16) y que soportalos módulos colectores de radiación solar por encima de la cubierta.

Sistema colector de energía solar

Campo del Invento El presente invento se refiere a un sistema colector de energía solar. En particular, el presente invento se refiere a una estructura a gran escala para la producción de energía eléctrica de forma rentable a través de la tecnología de energía solar térmica.

Antecedentes históricos del invento Existe una aceptación a nivel general de que la Tierra se está acercando a grandes pasos a una crisis energética de proporciones incalculables. Algunos dicen que la crisis se producirá alrededor del año 2040.

Parece que la energía solar puede ser la única fuente capaz de superar teóricamente la próxima crisis energética, sin afectar los costes de consumo de energía. La energía geotérmica es una segunda posibilidad remota, pero evidentemente con unos costes mucho más elevados.

La energía solar está indicada principalmente para mitigar una crisis energética futura. Por ejemplo, casi 10'000 GTEP (TEP = Toneladas Equivalente de Petróleo) de radiación solar llega a la Tierra cada año. Sin embargo, sólo hasta el 5 GTEP de energía solar utilizable se necesitaría para hacer un paso significativo hacia la sostenibilidad energética de la Tierra.

Sin embargo, ha habido limitaciones prácticas para la implementación a gran escala de los sistemas de producción de energía que dependen del sol. Por ejemplo, las células fotovoltaicas son capaces de convertir la energía solar (es decir, la luz del sol) en energía utilizable, es decir electricidad. Pero, el rendimiento global de estos dispositivos es de aproximadamente 10-18%, dependiendo de los materiales utilizados. De todas formas, para un mayor rendimiento se precisaría de materiales más costosos. Además, la fabricación de células fotovoltaicas requiere el uso de productos químicos altamente tóxicos, que presentan un problema ambiental mucho más importante.

Por todas estas razones, la tecnología de energía solar térmica, que es la otra tecnología importante para la conversión de energía solar a electricidad, parece ser en el futuro previsible la única solución potencial para la producción de un número suficiente de GTEPs, sin dejar de ser relativamente barato.

Una tecnología solar térmica específica, que ahora es utilizada ampliamente en aplicaciones pilotas, es el colector cilíndrico parabólico. Un colector cilíndrico parabólico, en forma de la mitad inferior de una gran tubería de desagüe, refleja la luz solar hacia un tubo receptor central que se extiende por encima de ella. El agua a presión y otros fluidos se calientan en el tubo y se utilizan para generar vapor, esto puede entonces pone en movimiento a los turbogeneradores para producir electricidad o para proporcionar energía térmica para la industria.

teoría, los colectores cilíndrico parabólicos han tenido la posibilidad de producción eficiente de electricidad, ya que pueden alcanzar temperaturas de entrada relativamente altas para la turbina. Sin embargo, en la práctica las necesidades de superficie para esta tecnología son significativas. Por otra parte, estudios recientes indican que los costes de electricidad previamente estimados, utilizando esta tecnología, pueden haber sido en principio demasiado optimistas. En resumen, las esperanzas en esta tecnología aún no han producido resultados tangibles, en un sentido práctico, ya sea debido a ineficiencias o costes excesivos, y también debido a las limitaciones y las variaciones inherentes de la radiación solar. Más específicamente, estos colectores cilíndricos parabólicos requieren sistemas de conducción de engranaje de mantenimiento intensivo con un coste elevado para ajustar de forma dinámica las posiciones angulares de los paneles de los colectores parabólicos, dependiendo de la posición del sol. Esto requiere engranajes costosos, así como grandes estructuras de apoyo que puedan soportar importantes fluctuaciones de carga y otras consideraciones estructurales.

Los documentos FR2471564 y DE4006516 muestran plataformas equipadas con medios para colectar radiaciones solares. Están provistas con un recipiente dispuesto sobre un soporte anular.

Resumen y descripción general de las realizaciones o materialización preferidas El objetivo del presente invento es lograr avances concretos y tangibles para explotar la energía solar, para mitigar las preocupaciones conocidas asociadas con las fuentes actuales de energía eléctrica, incluyendo la posibilidad de una crisis energética importante en el futuro predecible.

Otro objetivo de este invento es el de permitir

la generación a gran escala de la energía eléctrica a través de la utilización de la radiación solar, y conseguirlo a un coste económicamente aceptable.

El presente invento consigue estos objetivos mediante la colocación de módulos colectores de radiación solar , a gran escala y de peso ligero, en una Isla, o Islas artificiales, a bajo coste y construida hasta varios cientos de metros de diámetro, y posiblemente incluso con un diámetro de más de un kilómetro. La Isla puede operar ya sea en el mar, en grandes lagos naturales, o en la tierra localizada dentro de un canal de hormigón que mantenga un fluido con una viscosidad apropiada, tal como aceite natural, o incluso agua. La Isla flota. La palabra “peso ligero” se refiere al peso específico, que es superficie / peso total de la plataforma.

Esta Isla debe ser relativamente alta, por ejemplo, más de 10 metros, e incluso tan alta como 30 metros para evitar o al menos minimizar los efectos negativos de la marejada, etc. La versión en base terrestre, sin embargo, puede ser construida teóricamente mucho más baja, es decir, alrededor de 2 metros. Sin embargo, la versión con base terrestre también podría beneficiarse de una cierta altura si se construyera en un entorno dificultoso, como por ejemplo un desierto. En ese caso, una altura mínima permitiría a los concentradores solares de los módulos encontrarse muy por encima de la superficie del desierto, lo cual resultaría estar fuera de peligro en el caso de tormentas de arena. El mayor efecto abrasivo de las tormentas de arena se produce en la capa limítrofe de la arena, justo por encima del suelo. En general, si la Isla es más alta que la altura típica de esta capa limítrofe, los concentradores solares y otras instalaciones serán mucho menos propensos a sufrir defectos debido a las consecuencias de las tormentas de arena. La Isla gira para seguir la posición del sol. La versión con base terrestre de esta Isla flota en el líquido contenido dentro de un gran canal anular, a través de una gran estructura anular exterior generalmente de tamaño adaptado para caber a dentro del canal. La versión basada en el mar también utiliza la estructura anular exterior. El anillo exterior flotante permite la rotación de la Isla hacia una orientación deseada, para optimizar la posición de los colectores de radiación solar colocados en la Isla. En lugar de ajustar las posiciones de los múltiples paneles de los colectores solares, los paneles colectores se fijan en su lugar, pero sostenidos sobre una gran plataforma que se ajusta para optimizar los efectos de la radiación solar.

La Isla es fundamentalmente circular, aunque la estructura anular exterior no tiene que ser exactamente circular. Para la versión terrestre de la Isla, la base de la estructura anular exterior debe tener un elemento en la base inferior lo más similar a una forma circular, para permitir que el elemento de la base inferior pueda girar dentro del canal de hormigón descrito anteriormente. El anillo exterior también podría ser montado a partir de segmentos de secciones de tuberías rectas que tienen una sección transversal redonda, cuadrada, ovalada o cualquier otra forma adecuada. La estructura anular exterior puede utilizar las características típicas que son comunes en el diseño de buques, tales como el aislamiento de los volúmenes interiores dentro de la secciones de la tubería, para protegerse contra la posibilidad de hundimiento, si el anillo exterior produjese una fuga. Una de las formas de realización preferidas del invento es la de emplear secciones de tubos que se utilizan típicamente para oleoductos.

La estructura anular exterior podría sostener o soportar instalaciones eléctricas, tales como todo el equipo para producir la energía eléctrica en un ciclo de Rankine, usando el vapor producido por los concentradores solares. Para esto se utilizaría generalmente maquinaria de tecnología punta, como turbinas de vapor o motores Stirling o cualquier otro tipo de máquina adecuada que utilice vapor para poner en movimiento un generador eléctrico.

La realización preferida para este invento es la de un sistema colector solar... [Seguir leyendo]

1. Un sistema colector de energía solar que comprende:

- una plataforma (12) que flota por encima de una masa de fluido, incluyendo la plataforma una estructura anular exterior (14) y una cubierta flexible (16) que encierra de modo hermético un extremo superior de la estructura anular exterior (14) , para definir de ese modo un volumen encerrado (30) por debajo de la cubierta (16) ;

- un compresor (32) para la creación de una condición de sobrepresión dentro del volumen encerrado (30) ;

- una pluralidad de módulos colectores de radiación solar;

siendo giratoria la plataforma alrededor de un eje central de la misma, para permitir de ese modo que la orientación de los módulos colectores de radiación solar sea variable y esté colocada en la orientación deseada dependiendo de la posición angular del sol. Caracterizado porque el sistema comprende una estructura superior por encima de la cubierta (16) y que soporta los módulos colectores de radiación solar por encima de la cubierta.

2. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la estructura superior comprende adicionalmente un marco de separación (27) montado en la parte superior de la cubierta (16) , sosteniendo el marco de separación los módulos colectores de radiación solar.

3. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la estructura superior comprende adicionalmente un sistema de cable asegurado a la estructura anular exterior, conectado operativamente el sistema de cable a los módulos colectores de radiación solar.

4. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizado porque comprende adicionalmente una pluralidad de flotadores (72) , dispuestos los flotadores en filas paralelas y cooperando con el sistema de cables para soportar los módulos colectores de radiación solar en un número similar de filas paralelas.

5. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la condición de sobrepresión hace que la cubierta (16) se combe hacia arriba en el centro de la misma, para facilitar de ese modo el flujo radial al exterior del agua de lluvia.

6. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la cubierta (16) tiene al menos una de las siguientes características:

resistente al UV y transparente al paso de la luz solar a través de al menos una parte de la misma.

7. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incluye adicionalmente al menos uno de los siguientes parámetros:

- la plataforma (12) tiene un diámetro que supera los 75 metros; y

- la estructura anular exterior (14) tiene una dimensión vertical que supera los 10 metros para una versión basada en el mar y que supera los 2 metros para una versión basada en tierra.

8. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el sistema está basado en tierra y comprende adicionalmente una cuba anular inferior (28, 228) que reside por debajo de la estructura anular exterior (14) y adaptada para mantener un fluido, para soportar así de modo flotante la estructura anular exterior (14) sobre el fluido del interior de la cuba.

9. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende adicionalmente un faldón (228d) acampanado hacia el exterior fijado a una periferia exterior de la estructura anular exterior, para reducir la ocurrencia de evaporación del fluido de la cuba (228) .

10. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque comprende adicionalmente un mecanismo de centrado (38) para el centrado de la plataforma (12) sobre su eje de rotación.

11. El sistema colector de energía solar de la reivindicación 10, en el que el mecanismo de centrado (38) comprende adicionalmente una pluralidad de ruedas (40) montadas en una relación de separación alrededor de la estructura anular exterior (14) , montada cada una de las ruedas (40) en una de las cubas anulares (28) y la estructura anular exterior (14) , y dimensionadas para acoplarse a una superficie opuesta de la otra de las cubas anulares (28) y la estructura anular exterior (14) , para de ese modo mantener la plataforma en una posición centrada con relación al eje de rotación de la plataforma.

12. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende adicionalmente:

- un mecanismo de accionamiento (50a) conectado operativamente a un número predeterminado de rueda

(40) ;

- un controlador de accionamiento (70) conectado operativamente para accionar el mecanismo y adaptado para controlar de modo motriz el movimiento rotatorio de la plataforma (12) con relación a la cuba anular (28) para conseguir una orientación deseada para los módulos colectores de radiación solar.

13. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende adicionalmente un mecanismo de accionamiento para girar accionándola la plataforma alrededor de su eje central a una posición deseada, dependiendo de la posición del Sol.

14. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende adicionalmente medios para ajustar dinámicamente la condición de sobrepresión en el volumen encerrado basándose en la condición detectada.

15. El sistema colector de energía solar de la reivindicación 14, en el que los medios para el ajuste dinámico comprenden además:

- una pluralidad de sensores (60) montados sobre la estructura superior e interconectados en una red, adaptados los sensores para detectar al menos una condición medible de al menos uno de los siguientes: los módulos, la estructura superior y la cubierta; y

- un controlador (70) conectado operativamente a la red y también al compresor, y adaptado para ajustar dinámicamente la condición de sobrepresión dentro del volumen encerrado dependiendo de la al menos una condición medible que se ha detectado.

16. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende adicionalmente un sistema de conversión de energía conectado operativamente a los módulos colectores de radiación solar.

17. El sistema colector de energía solar de la reivindicación (16) , en el que el sistema de conversión de energía se conecta operativamente a los módulos colectores de radiación solar a través de una junta rotativa (82) situada en el centro de la plataforma (12) .

18. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7 o 13 a 16, en el que la plataforma está basada en el mar, caracterizado porque comprende adicionalmente un mecanismo de propulsión operativo para mover la plataforma a una posición deseada para optimizar el funcionamiento de los módulos colectores de radiación solar

19. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que los módulos colectores de radiación solar se disponen en una pluralidad de filas paralelas (19) , y que comprende adicionalmente:

- una pluralidad de pistas (92) , extendiéndose cada pista a lo largo de, y paralelas con, al menos una fila localizada de modo adyacente de módulos colectores de radiación solar; y

- un carro (90) móvil a lo largo de cualquiera de las pistas, para de ese modo facilitar el mantenimiento de los módulos colectores de radiación solar y la estructura superior.

20. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende adicionalmente medios para el accionamiento del carro (90) a lo largo de la pista (92) para facilitar la limpieza de los módulos colectores de radiación solar.

21. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que los módulos colectores de radiación solar se disponen en filas paralelas (19) y cada una de las filas se configura para concentrar la luz solar sobre un primer tubo de flujo indirecto (21) , situado en posición central y extendiéndose a lo largo de ella, y en el que cada una de las filas (19) tiene una segundo tubo (94b) situado adyacente a, y al menos parcialmente por encima de, el primer tubo, mediante lo que el fluido que fluye en el segundo tubo (94b) es precalentado por el calor que emana del primer tubo sobre el que se concentra la luz solar mediante los módulos colectores de radiación solar.

22. Un procedimiento de recogida de energía solar que comprende las siguientes etapas:

- soportar de modo flotante una plataforma (10) , siendo la plataforma giratoria con relación a un eje central, incluyendo la plataforma una estructura anular exterior (14) y una cubierta flexible (16) que se extiende a su través y que encierra de modo hermético un extremo superior de la estructura anular exterior (14) , para definir de ese modo un volumen (30) encerrado por debajo de la cubierta (16) , soportando la plataforma un colector de radiación solar sobre ella,

- presurizar el volumen encerrado hasta un grado suficiente de sobrepresión para mantener un efecto de flotación deseado para la cubierta flexible (16) y el colector de radiación solar situado por encima de ella y,

- sostener una pluralidad de módulos colectores de radiación solar por encima de la cubierta flexible (16) con una estructura superior situada por encima de la cubierta flexible (16) .

23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22 en el que la estructura anular exterior (14) de la plataforma se soporta de modo flotante sobre un fluido.

24. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 ó 23, caracterizado porque comprende adicionalmente las siguientes etapas:

- la detección de una condición asociada con el colector de radiación solar; y

- ajustar dinámicamente la sobrepresión del volumen encerrado en respuesta a la condición detectada.

25. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque comprende adicionalmente la etapa de girar de modo motriz la plataforma alrededor de su eje central para mantener el colector de radiación solar en una orientación deseada, óptima con relación a la posición del Sol.

26. Un sistema colector de energía solar que comprende:

- una plataforma (12) ;

- una pluralidad de módulos colectores de radiación solar soportados por encima de la plataforma (12) y dispuestos extremo con extremo en filas paralelas (19) ;

- medios para la rotación de la plataforma (12) alrededor de un eje central de la misma orientado verticalmente;

- medios de soporte para sostener los módulos sobre la plataforma, incluyendo los medios de soporte una pluralidad de flotadores alargados (72) situados en filas que se extienden por debajo de las filas de módulos, incluyendo adicionalmente los medios de soporte un sistema de suspensión por cable que abarca la plataforma y mantiene en forma de soporte los flotadores en su sitio en filas sobre la plataforma,

- un anillo exterior que mantiene el sistema de suspensión por cable,

- una cubierta flexible (16) que se extiende a través, y que sella, el extremo superior del anillo exterior, para definir de ese modo un volumen (30) encerrado por debajo de la cubierta,

- sosteniéndose los módulos colectores de radiación solar por encima de la cubierta flexible (16) , estando dispuestos los flotadores (72) en la cubierta flexible (16) y estando situado el sistema de suspensión por cable por encima de la cubierta flexible (16) , y

- medios para sobrepresurizar el volumen (30) encerrado para soportar la cubierta flexible (16) , los flotadores

(72) y los módulos colectores de radiación solar.

27. El sistema colector de energía solar de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque comprende adicionalmente medios para ajustar dinámicamente los medios de sobrepresión.

28. El sistema colector de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 26 ó 27 en el que los flotadores (72) tienen formada una superficie superior dimensionada para recibir de modo extraíble y sostener una parte de los medios de soporte y/o de los módulos colectores de radiación solar.