BRPI1002344A2

BRPI1002344A2 - receptor solar para um concentrador solar de focalizaÇço linear

Info

Publication number: BRPI1002344A2
Application number: BRPI1002344-5A
Authority: BR
Inventors: Di Vinadio Aimone Balbo; Mario Palazzetti
Original assignee: Thesan S P A
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2011-07-26
Also published as: ATE552615T1; CN101989823A; EP2280421A1; ES2383127T3; PT2280421E; EP2280421B1; JP2011035383A; US20110023866A1; AU2010202959A1

Abstract

<B>RECEPTOR SOLAR PARA UM CONCENTRADOR SOLAR DE FOCALIZAÇçO LINEAR.<D> A invenção se refere a um receptor solar (26) para um concentrador solar de focalização linear, compreendendo: - uma base (28) que é alongada em uma direção paralela a uma linha focal (A) e porta um arranjo de alvos em forma de tira (34) arranjados ortogonais à dita linha focal (A) e colocados a uma distância afastada um em relação ao outro em uma direção paralela à linha focal (A); - um conjunto de focalização (40) incluindo um arranjo de elementos ópticos (44) arranjados para focalizar a radiação solar sobre ditos alvos em forma de tira (34), o conjunto de focalização (40) sendo móvel com relação à base (28) do receptor fotovoltaico (26) em uma direção paralela à dita linha focal (A); e -um dispositivo de orientação azimutal (58, 60), projetado para mover o conjunto de focalização (40) com relação à dita base (28) como uma junção da posição do sol.

Description

"RECEPTOR SOLAR PARA UM CONCENTRADOR SOLAR DEFOCALIZAÇÃO LINEAR"

Antecedentes da invenção

A presente invenção se refere em geral à produção de energiapor meio de concentração de radiação solar sobre receptores fotovoltaicos ousolares.

Em sistemas de concentração colar é desejável obter uma altaconcentração de energia solar tanto para a elevação da eficiência quanto aprodução do sistema de concentração solar, no caso de sistemas fotovoltaicos,para a redução da quantidade de material fotovoltaico.

Descrição da Técnica anterior

Para aumentar a eficiência de sistemas de concentração solar énecessário executar uma orientação dos concentradores tanto de acordo com adireção zenital quanto de acordo com a direção azimutal. O documento No.WO 2005/116534 descreve um concentrador solar que compreende um oumais espelhos côncavos que são montados rotativamente sobre uma estruturade suporte em torno de um eixo horizontal e são acionados por um primeiromotor para alterar seu ângulo zenital, em que os espelhos côncavosconcentram a radiação solar na direção de um ou mais receptores que sãofixados com relação aos espelhos côncavos. A estrutura de suporte pode serorientada em torno de um eixo vertical por meio de um segundo motorprojetado para colocar o ângulo azimutal dos espelhos côncavos.

A solução descrita no documento No. WO 2005/116534 éefetuada por uma extensa gama de desvantagens. Uma primeira desvantagemé que a concentração da energia solar que pode ser obtida dependeexclusivamente do tamanho dos espelhos côncavos, e para obter altos níveisde concentração é necessário empregar espelhos com grandes superfícies.Uma segunda desvantagem da solução conhecida do No. WO 2005/116534 éque, para variar a orientação azimutal, é necessário girar a estrutura de suportedo gerador em torno de um eixo vertical.Sumário da invenção

O objetivo da presente invenção é prover um receptor solarque permitirá que os problemas da técnica conhecida sejam superados. Emparticular, o objetivo da presente invenção é prover um receptor solar quepermitirá que altos níveis de concentração de radiação solar sejam obtidossem um aumento excessivo da superfície do concentrador. Um outro objetivoda presente invenção é prover um receptor solar que permitirá o rastreamentoazimutal do sol com um sistema simples, compacto e barato que não requerrotação vertical do concentrador.

De acordo com a presente invenção, os objetivos são atingidospor um receptor solar que tem as características que formam o objeto deacordo com a reivindicação 1.

Breve descrição dos desenhos

A presente invenção será agora descrita em detalhe comreferência aos desenhos anexos, os quais são providos puramente a título deexemplo não limitativo e nos quais:

- a figura 1 é uma vista em perspectiva de um gerador deenergia solar, o qual usa um receptor de acordo com a presente invenção;

- a figura 2 é uma vista em perspectiva do receptor indicadopela seta II na figura 1;

- a figura 3 é uma vista em perspectiva explodida do receptorda figura 2;

- a figura 4 é uma seção transversal de acordo com a linha IV-IV da figura 2;

- a figura 5 é uma seção transversal de acordo com a linha V-Vda figura 4; e

- a figura 6 é um detalhe ampliado da parte indicada pela setaVI na figura 1.Descrição detalhada de uma forma de construção preferida

Com referência à figura 1, designado por 10 é um gerador deenergia solar de alta concentração, que usa um receptor solar de acordo com apresente invenção. O gerador 10 compreende uma estrutura de suporte 12 fixacom relação a uma base estacionária 14. No exemplo ilustrado nas figuras, aestrutura de suporte 12 compreende dois suportes laterais triangulares, cadaum dos quais é formado por duas pernas 16 que convergem para cima. Asextremidades inferiores das pernas 16 são fixadas à base 14. As extremidadessuperiores de cada par de pernas 16 são fixadas a um respectivo suporte superior 18. O formato da estrutura de suporte 12 que é ilustrado, todavia, nãoé limitado e pode variar de acordo com as aplicações.

A estrutura de suporte 12 porta um refletor 20, designado paraconcentrar a radiação solar sobre uma linha focai A. no exemplo ilustrado nasfiguras, o refletor 20 compreende um ou mais espelhos com uma superfície de reflexão 22 configurada com um cilindro parabólico. O eixo focai dasuperfície de reflexão 22 coincide com a linha focai A. o refletor 20 é fixado adois braços laterais 24 que são articulados na estrutura básica 12 em torno deum eixo de rotação que coincide com o eixo focai A. O eixo de rotação édefinido por mancais (não ilustrados) alojados nos suportes superiores 18. Noexemplo ilustrado nas figuras, o eixo focai A, que coincide com o eixo derotação do refletor 20, é horizontal.

Com referência às figuras 1 a 5, o gerador 10 compreende umreceptor solar 26 que tem um formato alongado e que se estende em paralelo àlinha focai A.

Com referência às figuras 2 e 3, o receptor 26 compreendeuma base 28 de um formato paralelepipédico alongado tendo duas faces deplano principais 30, 32, opostas uma à outra. A base 28 é fixada entre osbraços laterais 24 que suportam o refletor 20.

Aplicado sobre a primeira face 30 da base 28 está um arranjode alvos e forma de tira 34. Os alvos 34 podem ser elementos fotovoltaicosprojetados para converter radiação solar em energia elétrica ou alguns outrosabsorvedores térmicos projetados para converter radiação solar em calor.

Os alvos 34 são na forma de paralelepípedos delgados e sãoorientados em uma direção ortogonal à linha focai A. os alvos 34 sãocolocados ou ajustados a uma distância um do outro em uma direção paralelaà linha focai A. A distância entre alvos adjacentes 34 é substancialmentemaior que a largura de cada alvo 4.

Feitas sobre a primeira face 30 da base 38 estão duas guias 36paralelas à linha de focalização A e arranjadas em lados opostos do arranjo dealvos 34. Preferivelmente, um coletor térmico 8 é aplicado sobre a segundaface 32 da base 28. No caso onde os alvos são formados preferivelmente porelementos fotovoltaicos, o coletor térmico é constituído, por exemplo, por umcorpo com aleta, designado para dissipar o calor produzido pelo receptor 26.No caso onde os alvos 34 são formados por absorvedores térmicos, o coletortérmico 38 é formado por um duto para a passagem de um fluido diatérmico.

O receptor solar 26 compreende um conjunto de focalização40, que compreende um suporte 42 e uma pluralidade de elementos ópticos44. No exemplo ilustrado nos desenhos, os elementos ópticos 44 sãoformados por lentes cilíndricas. Alternativamente, os elementos ópticospoderiam ser formados por espelhos.

O suporte 42 tem um formato alongado na direção da linhafocai A e é substancialmente conformado em U em seção transversal, comduas paredes laterais 46 colocadas paralelas uma à outra e uma parede inferior48. A parede inferior 48 tem uma abertura transpassante 50 de um formatoretangular alongado, no qual as lentes 44 arranjadas em contato entre si sãomontadas.

Cada lente 44 é colocada para focalizar radiação solar sobreum respectivo alvo 34. As paredes laterais 46 do suporte de lente 42 têm guias52 que engatam deslizavelmente as guias respectivas 36 da base 28. Graças aoengate entre as guias 36 e 52, o conjunto de focalização 40 é móvel comrelação à base 28 do receptor 26 em uma direção paralela à linha defocalização A. Nas figuras 2 e 3, a direção de movimento do suporte de lente42 com relação à base 28 é indicada pela seta B.

Com referência à figura 1, o gerador 10 compreende umdispositivo de orientação zenital para variar a orientação do refletor 20 comouma função do ângulo zenital do sol. O dispositivo de orientação zenitalcompreende um sensor de fotocélula 54 fixo com relação ao receptor 26 e aorefletor 20 e projetado para detectar a posição do sol. O sensor de fotocélula54 é, por exemplo, fixo a um dos braços laterais 24. O dispositivo deorientação zenital, além disto, compreende um motor elétrico 56 que governaa rotação do refletor 20 em torno do eixo A como uma função dos sinais quechegam a partir do sensor 54. O dispositivo de orientação zenital 54, 56orienta o refletor 20 de acordo com a direção zenital do sol.

O receptor 26 compreende um dispositivo de orientaçãoazimutal que inclui um atuador 58, projetado para mover o conjunto defocalização 40 com relação à base 28 do receptor 26. Como ilustrado nafigura 6, o atuador 58 pode, por exemplo, ser colocado entre um dos braçoslaterais 24 e a correspondente extremidade frontal do suporte 42. O atuador58 é governado por um sensor projetado para detectar a posição azimutal dosol. O dito sensor pode, por exemplo, ser feito de dois fotodiodos 60 (figura5) arranjados em lados opostos de um alvo 34 em uma direção paralela à linhafocal A.

Como ilustrado esquematicamente na figura 5, a radiação solarrefletida pelo refletor 20 é concentrada sobre as lentes 44. Cada lente 44focaliza a radiação solar sobre um respectivo alvo 34. O atuador 58, com basenos sinais de chegada a partir dos fotodiodos 60, move o suporte 42 comrelação à base 28 do receptor 26 de modo a manter a radiação focada pelalente 44 centrada sobre o alvo 34. O movimento do conjunto de focalização40 com relação à base 28 substitui a orientação azimutal do refletor 20. Epossível reduzir o deslocamento do conjunto de focalização 40 com relação àbase por meio do controle do movimento do conjunto de focalização de talmaneira que, quando a distância entre o centro de cada lente 44 e o respectivoalvo 34 excede um valor pré-ajustado, o conjunto de focalização 40 édeslocado de uma tal maneira que cada lente 44 focaliza a radiação solarsobre um alvo 34 adjacente ao alvo previamente associado à lente 44 emquestão.

O conjunto de focalização 40 permite aumento considerável nonível de concentração da radiação solar sobre os alvos 34, que, por sua vez,permite que altos níveis de eficiência sejam obtidos. Em adição, o movimentoaxial do conjunto de focalização 40 substitui a orientação azimutal do refletor20 e permite a simplificação da estrutura e redução do custo do gerador 10.

O rastreamento azimutal obtido pelo movimento do conjuntode focalização 40, além disto, permite um aperfeiçoamento na exploração dasuperfície disponível.

O concentrador solar associado com o receptor poderia formaro objeto de inúmeras variantes com relação ao que foi descrito previamente.

Por exemplo, o refletor 20, ao invés de ser formado por um espelhoparabólico que é capaz de girar em torno de seu próprio eixo de focalização,poderia ser formado por uma pluralidade de espelhos em forma de tira,arranjados paralelos à linha de focalização A de uma maneira similar àquelaque é descrita no pedido de patente internacional No. PCT/IT2008/000539.

Claims

1. Receptor solar (26) para um concentrador solar defocalização linear, caracterizado pelo fato de que compreende:- uma base (28) que é alongada em uma direção paralela a umalinha focai (A) e porta um arranjo de alvos em forma de tira (34), arranjadosortogonais à dita linha focai (A) e colocados a uma distância afastada um emrelação ao outro em uma direção paralela à linha focai (A);- um conjunto de focalização (40) incluindo um arranjo deelementos ópticos (44) arranjados para focalizar a radiação solar sobre ditosalvos em forma de tira (34), o conjunto de focalização (40) sendo móvel comrelação à base (28) do receptor fotovoltaico (26) em uma direção paralela àdita linha focai (A); e- um dispositivo de orientação azimutal (58, 60), projetadopara mover o conjunto de focalização (40) com relação à dita base (28) comouma função da posição do sol.

2. Receptor solar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos elementos ópticos (44) éassociado a um respectivo alvo em forma de tira (34).

3. Receptor solar de acordo com a reivindicação 1 oureivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ditos alvos em forma de tira(34) são colocados a uma distância afastada um em relação ao outro em umadireção paralela à dita linha de focalização (A) por uma distânciasubstancialmente maior que a largura de cada alvo e forma de tira (34) emdita direção.

4. Receptor solar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito dispositivo de orientação azimutalcompreende pelo menos dois fotodetectores (60) fixados à base (28) doreceptor (26) em lados opostos de um alvo e forma de tira (34) em umadireção paralela à dita linha focai (A).

5. Receptor solar de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a base (28) tem o formato de umparalelepípedo alongado com duas faces principais colocadas paralelas uma àoutra (30, 32), sobre uma primeira face (30) sendo fixados alvos fotovoltaicosfixos em forma de tira (34) e sobre uma segunda face (32) sendo fixado umcoletor térmico (38).

6. Receptor solar de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que dito conjunto de focalização (40) compreendeum suporte (42) que porta ditos elementos ópticos (44) e acopladodeslizavelmente à dita base (28) por meio de guias (36, 52).