ES2388977A1

ES2388977A1 - Dispositivo para el calentamiento de fluidos por energía solar, mediante paneles solares de concentración

Info

Publication number: ES2388977A1
Application number: ES201001278A
Authority: ES
Inventors: Francisco BARBA TRIGUEROS
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2030-10-04
Also published as: ES2388977B1

Abstract

El dispositivo está formado por un bastidor exterior a modo de contenedor, una superficie óptica, formada por un vidrio exterior de protección y aislamiento, seguido de las lentes cilíndricas dispuestas en toda la superficie del panel, por debajo de las mismas, en el caso más sencillo (tipo 1), los tubos o el captador de calor que contiene el fluido caloportador, donde inciden los haces de rayos lineales. En el caso de necesitarse mayor temperatura del fluido (tipo 2), estos haces de rayos, son guiados mediante otro juego de lentes divergentes, unos espejos y una nueva lente convergente, como en el caso anterior, a los tubos o captadores de calor. La última capa, por debajo de las anteriores, está compuesta por capas de aislamiento térmico que envuelve a los tubos y a un pequeño depósito, para fluido, vapor o líquido.En la cara del vidrio, en los laterales y con el fin facilitar el posicionamiento del dispositivo, se ha mecanizado adaptadores para fototransistores (seguidores solares).Tiene unas dimensiones de aprox. 2000x 1000x200 mm. siendo la superficie de captación de unos 2 m2.

Description

DISPOSITIVOS PARA EL CALENTAMIENTO DE FLUIDOS TERMICOS, POR ENERGIA SOLAR, MEDIANTE SUPERFICIES PLANAS TIPO PANELES SOLARES, PROVISTAS DE LENTES PARA LA CONCENTRACION DE LA RADIACION, TIPO DIOPTRIOS CILINDRICOS, DE FOCO LINEAL (NO PUTUAL). La presente invención se refiere a un nuevo dispositivo óptico-mecánico, que permite mediante la concentración de la radiación solar, por medio de un novedoso sistema de lentes delgadas, cilíndricas y lineales, el calentamiento del fluido caloportador que se vaya a utilizar hasta temperaturas variables, configurables de hasta 350 o C y mayores dependiendo de la necesidad especificas, y a precios de mercado similares a los de otras tecnologías. Es claro que en la sociedad actual las necesidades energéticas crecientes y a la vez la concienciación sobre la necesidad de energías limpias han dado lugar a un desarrollo espectacular de las llamadas energías renovables. En la actualidad y centrándonos en el sector solar de energías renovables, hay básicamente dos tipos de aprovechamiento, el tipo fotovoltaico, y el térmico. Los paneles fotovoltaicos proporcionan directamente energía eléctrica, pero tienen el inconveniente de su bajo rendimiento (entre ellO y el 15% de la energía recibida) así como su alto precio. Respecto a la energía térmica se puede dividir en dos grandes líneas, la energía termo solar, generada mediante centrales de concentración por espejos, de la radiación solar, generalmente de tipo parabólico, que calentando un fluido, se le hace pasar por una turbina para la generación de energía eléctrica. Tienen un rendimiento aceptable, aunque son muy caras y la producción es irregular y son difícilmente regulables. Existen en el mercado otras maquinas de concentración de pequeña potencia, completamente integradas (seguidor solar, espejos parabólicos y generador Stirling en el mismo elemento) muy bajo rendimiento, muy caras. Por ultimo refiriéndonos a la energía térmica, tenemos el aprovechamiento mediante los llamados paneles solares térmicos, los cuales se limitan al calentamiento directo por medio de la radiación solar de unas placas captadoras, llenas de fluido, normalmente agua glicolada, la cual suele alcanzar una temperatura de entre 60 y 90 o C. por lo cual, a esas temperaturas, solo permite su uso como energías de apoyo en calentamiento y en el mejor de los casos agua caliente sanitaria o suelo radiante. Por lo anterior, si centramos el análisis en los paneles solares, tanto térmicos como fotovoltaicos comprobamos que los rendimientos son muy bajos y los precios en muchos casos no competitivos así como las

posibilidades de aplicación en los rangos de temperatura que funcionas son muy limitados. Si tenemos en cuenta que en los últimos tiempos están apareciendo en el mercado, fluidos orgánicos que permiten a temperaturas inferiores a 200 o C. usar estos, en turbinas de ciclo de Rankine, con rendimientos teóricos de casi el 45 %. Así mismo este rango de temperaturas de fluidos, permite el uso en el sector de HVAC. En concreto en climatización de edificios, están apareciendo maquinas de absorción (ejem. bromuro de litio) que tampoco precisan temperaturas superiores a los 2000 C. antes indicados para su funcionamiento. Surge por lo anterior, mejorando las temperaturas obtenidas en los paneles térmicos, la posibilidad de la obtención de electricidad mediante turbinas y la aplicación a sistemas de climatización por absorción. En lo que se refiere a forma y tamaño se mantendrán aproximadamente las dimensiones de los que actualmente se comercializan para poder usar herrajes y seguidores solares normalizados, necesarios para su funcionamiento.

BREVE DESCRIPCION DE PLANOS Dibujo hoja 6. Fig.O vista general del conjunto panel montado Dibujo hoja 7. Fig.l Tipo1 A: Dioptrio cilíndrico convergente, B: Camino óptico, C: Tubo captación. Fig.2 Tip02 A: Dioptrio cilíndrico convergente, B: Camino óptico, C: Tubo captación, D: Dioptrio divergente, E: Espejo plano

Los captadores solares Fig.O están formados por un bastidor exterior a modo de contenedor cerrado, fabricado en aluminio anodizado, autoportante, con la suficiente rigidez para soportar los esfuerzos mecánicos debido a factores ambientales y climatológicos, así como los de los propios elementos que componen el sistema. Este bastidor solo es accesible por una de sus caras, la que se dirige al sol, esta provisto de 2 agujeros con pasamuros herméticos, los cuales permitirán la entrada y la salida del fluido caloportador. La superficie óptica, esta formada por un vidrio transparente exterior de protección cierre y aislamiento, el cual evita la entrada suciedad y garantiza la estanqueidad, debajo de este vidrio y en paralelo con el, se encuentran las lentes cilíndricas, de sección lenticular constante, que se montan transversalmente al panel y tiene por tanto una longitud aprox. de 1000 mm. de longitud,( A) en Fig.1, dispuestas en toda la superficie del mismo, por debajo de las mismas, en el caso mas sencillo (tipo 1), se encuentran los tubos del captador de calor (C) que contiene el fluido caloportador, situados justo en la línea que forma el foco lineal de la lente cilíndrica convergente, donde inciden los haces de rayos. Se monta un tubo, por lo general de cobre, por cada lente cilíndrica, estos se unen mediante un colector, a un pequeño depósito que permite

5 mediante válvula de 3 vías, la selección de fluido, como líquido o vapor. En el caso de necesitarse mayor temperatura del fluido Fig. 2 (tipo 2), estos haces de rayos, son guiados mediante otro juego de lente divergente (D), un espejo (E) y una nueva lente convergente (A), el principio de funcionamiento es el siguiente, Fig. 2, la primera lente, cilíndrica convergente, concentra la radiación incidente en su superficie del panel, en

10 otro área mas pequeña que es el área de incidencia en la segunda lente cilíndrica que es divergente, saliendo el haz paralelo al eje de esta lente. Mediante un espejo, se dirige el haz, con el ángulo adecuado a la zona de convergencia final, donde otra lente cilíndrica convergente, concentra la radiación, obteniéndose muy altas temperaturas en el tubo donde se focaliza la misma. Como en el caso anterior, los tubos captadores de calor,

15 siguen un recorrido similar hacia el depósito y la salida del fluido. La ultima capa, por debajo de las anteriores, esta compuesta por capas de aislamiento térmico que envuelve a los tubos y al pequeño deposito antes mencionado para fluido vapor o liquido. En la cara del vidrio, en los laterales y con el fin de facilitar el posicionamiento del dispositivo, se ha mecanizado adaptadores para fototransistores necesarios para el

20 posicionamiento de los seguidores solares que necesitan este tipo de paneles de concentración. Tiene unas dimensiones de aprox. 2000x 1 000x200 mm. siendo la superficie de captación de unos 2 m2.

Claims

REIVINDICACIONES

Se reivindica como de nueva y propia invención la propiedad y explotación

exclusiva de : 1) DISPOSITIVOS PARA EL CALENTAMIENTO DE FLUIDOS TERMICOS, POR ENERGIA SOLAR, MEDIANTE SUPERFICIES PLANAS TIPO PANELES SOLARES, PROVISTAS DE LENTES PARA LA CONCENTRACION DE LA RADIACION, TIPO DIOPTRIOS CILINDRICOS, DE FOCO LINEAL (NO PUTUAL), caracterizadas porque la radiación solar es concentrada y tratada como sigue por los captadores solares, que están formados por: A) Un bastidor exterior a modo de contenedor cerrado, fabricado en aluminio anodizado, autoportante, con la suficiente rigidez para soportar los esfuerzos mecánicos. Este bastidor solo es accesible por una de sus caras, la que se dirige al sol, esta provisto de 2 agujeros con pasamuros herméticos los cuales permitirán la entrada y la salida del fluido caloportador así como llave de selección del estado del fluido. B) La superficie óptica, esta formada por un vidrio transparente exterior de protección cierre y aislamiento, el cual evita la entrada suciedad y garantiza la estanqueidad, debajo de este vidrio y en paralelo con el, se encuentran las lentes cilíndricas, de sección lenticular constante, que se montan transversalmente al panel y tiene por tanto una longitud aprox. de 1000 mm. de longitud, dispuestas en toda la superficie del mismo. C) Por debajo de las mismas, en el caso mas sencillo, tipo 1, se encuentran los tubos del captador de calor que contiene el fluido caloportador, situados justo en la línea que forma el foco lineal de la lente cilíndrica convergente, donde inciden los haces de rayos. Se monta un tubo, por lo general de cobre, por cada lente cilíndrica, estos se unen mediante un colector, a un pequeño depósito que permite mediante válvula de 3 vías la selección de fluido, como líquido o vapor. D) En el caso de necesitarse mayor temperatura del fluido, tipo 2, estos haces de rayos, son guiados mediante otro juego de lentes divergentes, un espejo y una nueva lente convergente, el principio de funcionamiento es el siguiente, la primera lente cilíndrica convergente, concentra la radiación incidente en su superficie en otro área mas pequeña, que es el área de incidencia en la segunda lente cilíndrica que es divergente, saliendo el haz paralelo al eje de esta lente.

E) Mediante un espejo, se dirige el haz, con el ángulo adecuado a la zona de convergencia final, donde otra lente cilíndrica convergente, concentra la radiación, obteniéndose muy altas temperaturas en el tubo captador donde se focaliza la misma. Como en el caso anterior, los tubos captadores de calor,

5 siguen un recorrido similar hacia el depósito y la salida del fluido.

F) La ultima capa, por debajo de las anteriores, esta compuesta por capas de aislamiento ténnico que envuelve a los tubos y al pequeño deposito antes mencionado para fluido vapor o liquido. En la cara del vidrio, en los laterales y con el fin facilitar el posicionamiento del dispositivo respecto al sol, se ha

10 mecanizado adaptadores para la instalación de fototransistores necesarios para el posicionamiento de los seguidores solares que necesitan este tipo de paneles de concentración.

G) Tiene unas dimensiones de aprox. 2000xl000x200 mm. siendo la superficie de captación de unos 2 m2. 15