WO2012107605A1 - Elemento, y panel de captación y concentración de la radiación solar directa - Google Patents

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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention falls within the technical sector of the elements, panels, systems and procedures for the optimization of energy collection in the form of solar radiation by concentration and the reconduction thereof towards centers of direct conversion of energy from radiation.
  • solar in electrical energy through its intermediate passage through thermal energy or photovoltaic transformation or its use in, for example, fluid purification systems or in hydrogen generation systems by high temperature water thermolysis or other thermo-electrochemical processes .
  • the systems that use only solar radiation can be distinguished from those that use only direct radiation and those that additionally take advantage of diffuse radiation.
  • the capture of diffuse solar radiation does not require tracking elements of the solar position.
  • the capture of direct solar radiation requires the monitoring of the solar position, this monitoring is carried out in the vast majority of installations using heliostats formed by large panels supported by metal structures anchored to the ground that follow the solar position by electromotor devices controlled by processor.
  • the use of concentrated radiation can be produced directly on the panel by means of photovoltaic cells or by reflection by mirrors at specific points that transform heat energy into electricity through steam turbines.
  • solar energy collection systems are being commercialized through panels formed by a multitude of lenses, of different types, sizes and shapes or a multitude of parabolic mirrors to concentrate solar radiation in small areas in which small photovoltaic cells are located last generation.
  • These systems need solar tracking and are marketed with electronic control devices and electric motors that drive the movement of large panels.
  • These systems are based on reducing the need to cover large areas of photovoltaic cells and based on this they introduce the possibility of using much more expensive and efficient cells.
  • solar tracking is also carried out in an active way but not based on rotational movement but by means of the longitudinal movement of a sheet, in which there are concentrating lenses, which moves by means of motors and which, when moving, the lenses produce concentration in the same determined areas, regardless of the position of the Sun.
  • document ES 2171082 T3 comprises a panel in which laterally there are absorption tubes that are illuminated by different reflector elements that produce more or less heating of their internal fluid in the tubes. of absorption and therefore produces the adjustment forces to carry out the solar tracking.
  • This document also provides mechanisms for microadjustment of the position as well as others for repositioning to the initial position.
  • WO 200907485 A2 also uses passive positioning systems.
  • the invention comprises a concave reflective surface, in a parabolic trough shape, with an axis in the center on which the module swings.
  • the solar position tracking movement can be produced by the variation / transfer of fluids mechanically by the equalization of pressures between the parts, produced by the heating of the fluid or also electrically by means of a pump associated with a light sensor or timer.
  • these passive monitoring methods have not been developed, at least, in a massive way.
  • the present invention solves the disadvantages of active systems, which require controllers and additional activator infrastructure (tracking and control motor systems) for solar tracking and passive systems, which are not adapted for application in flexible solutions both in manufacturing cost and in infrastructure positioning (excavations and foundations for panel infrastructures, the necessary conditioning adaptations to resist the effects produced by wind and other climatic factors) in the places where the collection of Solar energy.
  • the objective of the invention is to reduce the cost of generating per kWh of solar energy by creating a device and system that allows the collection and concentration of direct solar radiation without incurring the high costs involved. excavations, foundations, support structures, electromotor devices for controlled movements and control systems for the position of the panels, as well as allowing the use of a solar concentration system on any type of surface, not necessarily in the form of large solar farms, with the same levels of concentration and therefore profits as the large facilities, with minimal visual impact and with better use of the soil.
  • the direct solar radiation collection and concentration panel comprises:
  • the panels are formed by supports of the multitude of elements that collect and concentrate radiation (5), comprise a support frame (2A, 2F) ( Figure 1 and 2) and support lines (2C) ( Figure 2).
  • Both the support frame (2A, 2F) and the support lines (2C) can be made of hot galvanized steel to prevent corrosion.
  • the dimensions of the panels could be very different, for example they could be lm x 2m, with a T-shaped section to support lateral and vertical thrusts, holes (2D) would have been drilled in the support lines to allow fix the anchors of the movement arms of each of the radiation sensing elements and concentrators (5).
  • the structure of the frame and the support lines could be welded together or screwed or riveted, as long as it maintained sufficient rigidity.
  • the structure of the support frame (2A, 2F) must necessarily be separated from any support surface (for example from the ground) and can be supported on legs (2E) or elevations that rest on the ground or any surface on which want to place, in order to allow the movement of the radiation sensing elements and concentrators (5).
  • the legs (2E) can be constituted by extensible metallic elements (Figure 2) to be able to vary the fixed position of the panel and be able to orient more or less the north-south, east-west axes, depending on the slopes of the land where they were located .
  • the choice of fixing elements of the radiation sensing elements and concentrators (5) on the support lines (2C) and of these lines of support (2C) on the support frame (2A, 2F) of support you could consider different types, such as screwing by means of self-tapping fixing systems, by rivets or by welding.
  • the uniform distribution of the radiation sensing elements and concentrators (5) in the support lines (2C) and the separation between them it is designed so as to leave enough spaces between them to allow rotational movement around the axis.
  • the exact distance of separation would be determined by the land latitude of the site, which is what determines the angle that describes the sun between the summer solstice (3C), and winter solstice (3E) and the angle above the horizontal of the ground or support surface and the angle on the floor of the panel (2A), added or not with the legs (2E) mentioned above.
  • the panel (2A) can be placed horizontally, parallel to the ground or with an inclination on the ground. This makes the panel (2 A) perfectly attachable to any surface minimally oriented to the radiation source since the exact orientation can be compensated with the movements of the radiation sensing elements and concentrators (5).
  • the method of calculating the distribution of radiation sensing elements and concentrators (5) on a surface to maximize the concentration of the radiation that falls on said surface comprising the steps of determining:
  • shift lever (8H) Figure 8 of the fixed initial position of the seasonal movement is planned.
  • This shift lever (8H) allows to individually position each of the radiation sensing elements and concentrators (5) initially oriented to the equinox and therefore the path to the north and south of the element is the same. This possibility also introduces another mechanism for adjusting the orientation in the seasonal movement.
  • the collection and concentration panel comprises radiation sensing elements and concentrators (5) supported by support lines (2C), which are sized to allow said panel to take the form of a curved surface, allowing the radiation sensing elements and concentrators (5) their orientation at different angles.
  • the installation and assembly of the panels at the site would be very fast and convenient, orienting the daily axis of the radiation sensing elements and concentrators (5) to the east-west axis, a compass would suffice, and extending the extendable legs (2E ) together with the position of the initial position change lever (8H) in such a way that the fixed initial position of the lever (8H) was oriented to the equinox, which is a function only of the land latitude of the site. This could be determined by tables of degrees of elevation on the plane depending on the latitude. In addition, it should be respected that the elements had a sufficient degree of freedom and no shadow zone in their movement until the summer and winter solstice.
  • the collection and concentration panel could be characterized in that said panel (2A) is flexible and can take irregular curved shapes.
  • Another form of arrangement of the support lines (2C) on the panel (2A) would be using a single support line (2C) of the panel (2A) to support two lines of radiation sensing elements and concentrators (5), reducing this form the number of support lines (2C) in half with the consequent lowering of the panel structure (2A). That is, the support line (2C) supports in this embodiment two lines of radiation sensing elements and concentrators (5), of each anchor on the support line (2C) of the structure leaving two arms, east and west of the line support (2C), with two pyramids (5). Each of these two pyramids (5) has its own independent daily movement, but a single seasonal north-south movement.
  • the sensor elements and radiation concentrators (5) the shape of the external container could be varied as cone, cylinder, regular tetrahedra (triangular base pyramids), square base pyramids or other regular polyhedra (octahedra, icosahedrons, dodecahedra, etc.) or irregular.
  • the solar radiation collection and concentration element therefore comprises a container with at least one upper face on which a primary lens (5 A) is placed on which radiation (6D) falls which is concentrated by said primary lens ( 5 A) on a lower vertex of the container (6K), said container being able to rotate on itself depending on the position of the radiation source to precisely focus the radiation that falls on the primary lens (5 A).
  • the preferred form of said container is that of the inverted pyramid with a square base since the square shape of its upper face ( Figure 5) uses the panel surface (2A) more efficiently.
  • the solar radiation collection and concentration element has at least one sealed and airtight hollow compartment (5B) on each side of the container, in which a fluid is housed, which have at least one communication or outlet hole pressure (10C, 10D).
  • the functionalities of the different components mentioned are explained in the following lines.
  • the radiation sensing and concentrating element (5) has at least one tight and hermetic hollow compartment (5B) in each of the triangular faces of the radiation sensing and concentrating element (5) ( Figure 5).
  • This pyramidal shape of an inverted square base of the radiation sensing and concentrating element (5) has the inner faces of the sides of the pyramid (51) formed by non-reflective surfaces and composed of a material Very heat transmitter. It can be made with a thin sheet (1 ID) of non-polished aluminum so that it does not reflect the light on the other faces of the sensor and radiation concentrator element (5).
  • the outer side of the faces of the radiation sensor and concentrator element (5) can be composed of different materials that will give it sufficient rigidity, such as aluminum, brass, etc., that could be molded with presses.
  • the material tolerates the pressures introduced in the compartments (5B) and those that could be reached when the temperature rises and therefore the pressure in certain radiation concentrations.
  • the sides must be airtight compartments except for a pressure communication point or hole (5D, 10D, 10C) to the respective axes. If the injection is chosen, the mold must have the pressure connection ducts on each side provided to the pressure communication holes on the axes in daily movement (7C) and in seasonal movement (7G, 8A ).
  • the hollow compartments (5B) are provided with pressure communicating ducts (10F, 10G, 10H), on each side of said element, connected to the pressure outlets (10C, 10D) on the axes of daily movement (7C) and seasonal movement (7G, 8A).
  • Figure 10 details the shape of the mold. As can be seen in the mold, the integration of the pressure communicating ducts (10F, 10G, 10H) that lead the pressure to the pressure outlets (10C, 10D) that pass it to the arm mechanisms (5E, 9A) to produce the movement. Additional fluid introduction holes (5H) are provided in the hollow compartments (5B).
  • a primary lens (5A) is fixed on the top of the pyramid.
  • the lens can be made of different materials and shapes depending on the atmospheric conditions that it has to endure, manufacturing costs, refractive indexes, its transmittance index, its thermal behavior, etc.
  • a glass with a high transmittance index that can be manufactured by molding can be chosen, with an anti-reflective coating on both sides of the upper and lower primary lens (5A).
  • High precision optical lenses are not necessary, it would suffice to focus on the secondary lens (5C).
  • the index of transmittance of the solar spectrum of the material that forms the primary lens (5 A) and the necessary thickness of it to produce the focus can be very varied, from a Fresnel lens to avoid large thicknesses to a flat-convex lens to avoid reflections on the outer face by the angle of incidence of solar radiation to GRIN lenses formed by materials with different refractive indices.
  • additional microadjustment surfaces (1 1A) can be introduced that introduce areas that redirect the sun's rays near the secondary lens (5C, 6C) or the internally reflective conical element (6J), without which said rays would not concentrate towards the lower focus.
  • the primary lens (5A) has position microadjustment surfaces (HA) that allow the incident radiation (6D) to concentrate on one of the sides of the container so that a position microadjustment is produced until focus is achieved. precise of said radiation on the vertex (6K) of said element.
  • a secondary lens (5C, 6C) housed within or instead of an internally reflective conical element (6J).
  • the shape of the secondary lens (5C, 6C) can be diverse.
  • the objective of the various forms of the secondary lens (5C, 6C) is the concentration and redirection of the rays in the form of parallel rays.
  • There are other options such as opting for an upper convex face, to reduce the angles of incidence and therefore the reflection.
  • the secondary lens (5C, 6C) For the manufacture of the secondary lens (5C, 6C) it would be convenient to use the same material in the primary (5A) and secondary lens (5C, 6C) so that the solar spectrum absorptions of the different materials overlap.
  • the primary (5 A) and secondary (5C, 6C) lenses are made of the same material.
  • the internally reflective conical element (6J), where the secondary lens (6C) can be housed, could be coated by a wrap of some metal, for example polished aluminum, on its inner face to increase reflection.
  • the refractive index of each of the materials should be taken into account.
  • the preferable material is borosilicate glass, since it has high thermal resistance with a wide range of solar spectrum transmission.
  • the refractive index of borosilicate glass is 1.473 for wavelengths of 587.6 nm.
  • Snell's Law Snell's law of refraction of light says that the index of refraction of one medium by the sine of the angle of incidence is equal to the index of refraction of the other medium by the sine of the angle of refraction, this law is determined by the speed of the light varies according to the medium that is going through.
  • the first refraction would occur on the upper face of the primary lens (5 A) and would be the passage of half air to half borosilicate glass.
  • the index of refraction of the air is 1, 0002926.
  • the second refraction would occur when leaving the primary lens (5A) with a certain angle and entering the vacuum zone inside the sensor and radiation concentrator element (5).
  • the refractive index of the vacuum is 1,000000.
  • the third refraction would occur from the empty medium to the half borosilicate glass of the secondary lens (6C) with a certain angle of incidence depending on the area of incidence and the angle presented by the profile of the lens (6C) in that particular area.
  • the fourth and final refraction would occur when leaving the secondary lens (6C) to the medium existing in the conduction tube that should be parallel and normal to the perpendicular of the conduction tube or optical fiber.
  • Another embodiment includes a substitution of the secondary lens (6C) with a collimator that conducts the concentrated radiation received in parallel.
  • a support arm from the pyramid to the panel (7H) has been chosen , could be made by molding of some metallic material.
  • the axes of movement, both daily and seasonal, can be as centered as possible in the center of gravity of the pyramid (5) so that the weights of the pyramid (5) are balanced and free of tendencies towards either side.
  • Figure 9 shows a mechanism for fluid pressure communication between opposite sides of the radiation sensing elements and concentrators (5), the conduits (9H), with a pressure valve (9E).
  • the objective of this mechanism is to compensate for the overheating necessary on the faces to reach the extreme angles of the container / pyramid (5). In these extreme positions the difference in temperature and pressure between the opposite sides of the sensor elements and radiation concentrators (5) must be large in order to produce sufficient piston travel (71), therefore the more inclined the position of the pyramid (5) plus pressure difference there must be to move said radiation sensing element and concentrator (5) the same number of degrees.
  • This pressure valve (9E) allows the passage of pressure on opposite faces at certain intervals to allow compensation of fluid pressures between sides with maintenance of the position gained on the fixed gearwheels (7F, 8D).
  • the movement of the toothed piston (71, 8C, 9C) is longitudinal, acting on a fixed gearwheel (7F, 8D), which acts on an axis of the container / pyramid, rotating the container / pyramid.
  • Fixed gearwheels (7F, 8D) can have different dimensions in order to vary the sensitivity of the movement of the radiation sensing elements and concentrators (5).
  • the fastening of the radiation sensing elements and concentrators (5) to the structure of the panel (2A) could be very varied. It has opted for a single arm (5E) with the pressure lines integrated in it to save and standardize the production processes.
  • a variety of clamping models could be introduced, for example, two arms to the north and south face on a support to the support line / guide (2C), four arms with support to the north and south face with support for the two support lines (2C) side of the panel structure (2A).
  • Another embodiment may include a single arm that moves the two radiation sensing elements and concentrators (5) or adjacent pyramids (5) in the support line (2C).
  • Another embodiment could be joining the lower vertices (6K) of the pyramids (5) located on the same support line (2C) by at least one rigid connecting element (for example a connecting rod) or by the optical conduits and with another rod joining the arms of the same support line (2C) in such a way that it would only be necessary to introduce a few sensors and radiation concentrators (5) with fluid to perform the movement and the others would limit themselves to copying the movement of said sensor elements and radiation concentrators (5) with fluid.
  • the rigid connecting element or rod can be actuated alternatively by passive motion marker elements, which follow the changes in the position of the radiation source.
  • Another embodiment could include other mechanisms to produce the movement of the radiation sensing elements and concentrators (5) such as using a piston that rotates on itself and has on it a thread shape, and on the other hand the cogwheel (7F, 8D), instead of teeth, it had fine grooves that fit the thread. In this way the piston (71, 8C, 9C) can rotate on itself, cooperating with a cogwheel (7F, 8D) and putting it into motion.
  • Another embodiment includes as a movement mechanism four pistons, one for each axle, and that these attack an oblique surface wedge (12B) fixed on the support arm (12D) of the radiation sensing elements and concentrators (5) that caused the expand the piston (71, 8C), it will push and move along the oblique surface wedge (12B), rotating the element (5) on itself. That is, by increasing the pressure of one side of the element (5), said pressure is communicated to the piston (71, 8C) that attacks the oblique surface wedge (12B). In this way, when trying to expand the piston (71, 8C), it tries to move longitudinally on the oblique surface wedge (12B), which rotates the element (5) on the axis (7E, 9B) of movement.
  • Another embodiment may include as a mechanism of movement of the radiation sensing elements and concentrators (5) the dilation of some material, preferably metallic, that affects an oblique surface wedge (12B) fixed radiation sensing elements and concentrators (5) in such a way as to rotate the radiation sensing element and concentrator (5).
  • the fluids and the pressures to be introduced into the compartments on the sides of the radiation collectors and concentrators (5) could also be very diverse depending on the atmospheric conditions of the site, the designed solar concentration levels, the thermohydraulic characteristics of the fluid etc.
  • the choice of the state of the fluid, gas or liquid, will depend on the maximum and minimum operating temperatures and its progressive behavior at the usual operating temperatures.
  • a fluid circuit bleed mechanism (91) is also provided so that air can be expelled from the compartment of the radiation sensing elements and concentrators (5).
  • the whole set can be calibrated with the combination of concentration levels, with the choice of the fluid at a certain pressure and with the dimensions of the sprockets (7F, 8D) so that the movement of the pick-up and concentrator elements of radiation (5) causes refocusing of said elements (5) with the maximum precision and speed possible.
  • the radiation concentrated by the solar radiation collection and concentration elements from the secondary lens (6) and / or the reflective cone (6J) is optically coupled to radiation conduction means to proceed to its transport to the means of harnessing the radiation.
  • said radiation conduction means concentrated by said elements (5) are optical fiber.
  • the preferred means of conducting the radiation concentrated by said elements (5) are mini-reflectors.
  • Another embodiment of the panel (2A) makes it possible to size each of the very small radiation sensing elements and concentrators (5) supported by support lines / guides (2C) attachable to curved surfaces and allowing the radiation sensing elements and concentrators (5) the sufficient degree of freedom that allows orientation at different angles. Or even to form flexible panels (2A), with a sheet-like appearance, that incorporated the tiny radiation sensing elements and concentrators (5), these tiny elements would have the adjustment mechanisms incorporated.
  • the conduction of the radiation concentrated by the different elements (5) in these cases should be produced by optical fiber. This arrangement would make the system perfectly attachable to surfaces such as the roof or hood of vehicles such as cars, trucks, etc.
  • the pyramid (5) is emptied. This characteristic improves the electromagnetic behavior of the radiation and the optical behavior of the elements and materials confined within said volume.
  • a photovoltaic cell or any other component of use / conversion of radiation can be located.
  • FIGURE 1 shows an overview of the SOLAR PANEL
  • FIGURE 2 ELEMENT SUPPORT STRUCTURE (5).
  • FIGURE 3 SEASONAL SOLAR MOVEMENT.
  • FIGURE 4 DAILY SOLAR MOVEMENT.
  • FIGURE 5 PYRAMIDAL CONTAINER AND CONCENTRATOR ELEMENT.
  • Primary lens for example convex plane.
  • Primary lens for example Fresnel
  • Secondary lens for example concave-concave.
  • FIGURE 7 DETAIL DAILY MOVEMENT MECHANISM.
  • FIGURE 8 DETAIL MECHANISM SEASONAL MOVEMENT.
  • FIGURE 9 MOVEMENT ON THE AXES FOR THE FOCUS. INTRODUCTION PRESSURE COMPENSATION MECHANISM ON OPPOSITE SIDES.
  • FIGURE 10 VIEW OF THE ELEMENT WITH A PYRAMIDAL FORM (5) OPEN.
  • FIGURE 1 DESCRIPTION MICRO POSITION ADJUSTMENT. FORM INNER SIDE OF ONE SIDE OF THE ELEMENT (5).
  • I ID Thin sheet very heat transmitting material that forms the inner face (51) of the sides of the pyramid (5).
  • FIGURE 12 DETAIL OF THE MECHANISM OF MOVEMENT BY ATTACK OF THE PISTON (for example 71) ON AN OBLIQUE SURFACE WEDGE (12B).

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Abstract

Elemento, panel y sistema de captación y concentración de la radiación solar directa mediante paneles de elementos de captación y concentración a los que se les permite libertad de movimiento en la realización del seguimiento solar diario y estacional. Estos elementos están formados por una lente primaria concentradora de la radiación directa. El elemento tiene compartimentos huecos los cuales contienen un determinado fluido a determinada presión. En la parte inferior una lente secundaria y/o un elemento cónico internamente reflexivo permiten la introducción de la radiación paralelamente en conductos o fibra óptica o la irradiación sobre sistemas conversores de radiación. El movimiento del elemento se produce por calentamiento y presión del fluido en los compartimientos de los lados. Esta presión es comunicada a los ejes a través de pistones, de forma que produce el movimiento rotacional del elemento en busca de la mejor posición que realice una óptima focalización sobre la lente secundaria.

Description

ELEMENTO, PANEL Y SISTEMA DE CAPTACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR DIRECTA
Campo de la invención
La presente invención se encuadra en el sector técnico de los elementos, paneles sistemas y procedimientos para la optimización de la captación de energía en forma de radiación solar por concentración y la reconducción de la misma hacia centros de conversión directa de la energía procedente de la radiación solar en energía eléctrica a través de su paso intermedio por energía térmica o transformación fotovoltaica o bien su aprovechamiento en, por ejemplo, sistemas de purificación de fluidos o en sistemas de generación de hidrógeno por termólisis del agua a altas temperaturas u otros procesos termo-electroquímicos.
Estado de la técnica
En la actualidad, los principales impedimentos para la generación masiva de electricidad a partir de la energía solar son los costes de generación por Kwh y por tanto los consiguientes plazos para el retorno de la inversión. Se estima que la energía solar-fotovoltaica, solar-térmica y eólica cuesta de producir 7, 5 o 4 veces más que la generación mediante combustibles fósiles. Esto ha obligado a los gobiernos a primar su producción para poder reducir la dependencia de los combustibles fósiles y su consiguiente emisión de gases de efecto invernadero en el plazo más breve posible.
En general, entre los sistemas de aprovechamiento de la energía solar se pueden distinguir los que aprovechan sólo la radiación directa y los que adicionalmente aprovechan la radiación difusa.
La captación de la radiación solar difusa no necesita elementos de seguimiento de la posición solar. La captación de la radiación solar directa necesita el seguimiento de la posición solar, este seguimiento se efectúa en la inmensa mayoría de instalaciones mediante helióstatos formados por grandes paneles soportados por estructuras metálicas ancladas al suelo que siguen la posición solar mediante dispositivos electromotores controlados por procesador. El aprovechamiento de la radiación concentrada se puede producir directamente en el panel mediante células foto voltaicas o mediante la reflexión por espejos en puntos concretos que transforman la energía calorífica en electricidad mediante turbinas de vapor.
Para poder incrementar el rendimiento de los sistemas de aprovechamiento de la energía solar se han ido diseñando diferentes sistemas de seguimiento solar diario y/o estacional, ya sea generando energía fotovoltaica y/o térmica. Los diferentes sistemas comercializados se basan mayoritariamente en la orientación de las superficies captadoras a través de sistemas eléctricos activos mediante accionamiento de electromotores para ejecutar los movimientos, mediante postes, arcos, espejos parabólicos etc., anclados a ejes rotativos.
Las desventajas de estos sistemas son los costes que suponen las grandes excavaciones y cimentaciones para las infraestructuras de los paneles, la fabricación y montaje de estructuras metálicas de soporte, la introducción de sistemas motores de seguimiento y su control exacto, todo ello acondicionado a resistir los efectos producidos por el viento y otros factores climatológicos.
Una de estas aplicaciones prácticas son los grandes huertos solares basados en torre solar, formados por espejos que reflejan los rayos solares sobre un área situada en lo alto de una elevada torre, estos sistemas aprovechan la energía térmica producida por las altas concentraciones de rayos solares alcanzando temperaturas y presiones para el funcionamiento de turbinas de vapor, de una forma similar a la mayoría de sistemas de generación de energía eléctrica ya sean nucleares, de gas o de combustibles fósiles. En la actualidad se estima que el 70% de la energía producida se genera a través del vapor de agua. También en la generación eléctrica mediante células fotovoltaicas se han introducido métodos de seguimiento de la posición solar diaria y estacional, como los comentados en párrafos anteriores pero sin utilizar espejos reflectores, es decir, sólo a efectos de situar los paneles solares en dirección normal a los rayos solares. Se estima que la introducción de sistemas de seguimiento solar incrementa la producción eléctrica un 30%.
A la vez se están comercializando sistemas de captación de energía solar mediante paneles formados por multitud de lentes, de diferentes tipos, tamaños y formas o multitud de espejos parabólicos para concentrar la radiación solar en pequeñas áreas en las que se sitúan pequeñas células fotovoltaicas de última generación. Estos sistemas necesitan seguimiento solar y se comercializan con dispositivos electrónicos de control y electromotores que accionan el movimiento de los grandes paneles. Estos sistemas se basan en reducir la necesidad de cubrir extensas superficies de células fotovoltaicas y en base a esto introducen la posibilidad de la utilización de células mucho más caras y eficientes.
Por otra parte los sistemas térmicos solares se clasifican en sistemas de baja, media o alta concentración, utilizándose distintos dispositivos entre otros cilindro-parabólicos, discos parabólicos Stirling o campos solares con torre central y helióstatos. Para alcanzar altas concentraciones y por tanto altas temperaturas son necesarios la utilización de grandes campos solares con torre central y helióstatos, estando pues limitada para altos niveles de concentración y temperatura y por tanto para grandes inversiones en grandes instalaciones para la generación a gran escala.
Entre los sistemas activos ya conocidos cabría mencionar los siguientes:
1.- En cuanto a la utilización de lentes concentradoras:
Existen multitud de documentos patente que utilizan lentes concentradoras, la colocación de la mismas, su forma y perfil físico y su composición de materiales utilizados es muy variado. Como documentos de referencia, entre otros, se podrían mencionar el documento ES 201 1399, en el que se utiliza una lente de Fresnel para concentrar la radiación solar y mediante un acoplamiento óptico en forma cónica es introducida la radiación focalizada en un conducto óptico. En el documento US 20080041441 Al también se utiliza la concentración de rayos solares mediante lentes en cuyo foco se coloca una célula fotovoltaica. En el documento WO 200736199 A2 se utiliza un panel concentrador foto voltaico formado por multitud de lentes fijas y adyacentes en un gran panel las cuales focalizan la radiación en multitud de células fotovoltaicas. En el documento WO 200958424 Al se utilizan lentes de Fresnel para concentrar la radiación sobre la célula fotovoltaica la cual prevé mecanismos de enfriamiento. En el documento EP 128395 Bl se utilizan unas lentes hexagonales insertadas en una pirámides hexagonales truncadas invertidas, sobre un panel, en los que en su base se sitúan unas lentes concentradoras que focalizan sobre un conducto óptico y se crea un mecanismo de expansión para que se puedan evitar roturas por dilatación de los elementos en casos de generación de excesiva temperatura. En el documento ES 2281231 Al se utiliza una lente líquida solar formada por diversos recipientes transparentes llenos de fluidos reflectantes con diferentes índices de refracción y volúmenes muy reducidos. Por otra parte existen sistemas comercializados en los que se utilizan lentes concentradoras formando grandes paneles planos con muchas lentes adyacentes, que concentran sobre células fotovoltaicas previniendo en un algunos casos mecanismos de enfriamiento y estos grandes paneles son movidos por dispositivos electromotores que mueven el panel para orientarlo a la posición del sol.
2.- En cuanto al seguimiento solar:
Existen multitud de dispositivos de seguimiento de la posición solar que podríamos catalogar entre sistemas activos que utilizan mecanismos electromotores que realizan el movimiento y sistemas pasivos que realizan el movimiento mediante el trasvase o presión de algún fluido por el calor producido en alguna área que recibe los rayos solares en contraposición a áreas en posiciones de sombra. En cuanto a documentos con sistemas activos se podría mencionar, entre otras, el documento modelo de utilidad ES 1065694U que utiliza la determinación del ángulo de inclinación solar, señales GPS y motores paso a paso para realizar el movimiento. En el documento ES 2199167 T3 también se realiza el seguimiento solar de una manera activa pero no basado en el movimiento rotacional sino mediante el movimiento longitudinal de una lámina, en la que existen lentes concentradoras, la cual se mueve por medio de motores y que, al moverse, las lentes producen la concentración en las mismas zonas determinadas, independientemente de la posición del Sol.
En la actualidad existen comercializados e instalados por numerosas empresas huertos solares ya sean para la generación térmica o fotovoltaica que utilizan el seguimiento solar con elementos motores controlados por programas informáticos que posicionan los grandes paneles adecuada y precisamente.
Entre los , documentos que describen sistemas pasivos se podría mencionar el documento ES 2171082 T3 que comprende un panel en el que lateralmente se disponen unos tubos de absorción que son iluminados por distintos elementos reflectores que producen más o menos calentamiento de su fluido interno en los tubos de absorción y por tanto produce las fuerzas de ajuste para realizar el seguimiento solar. En dicho documento también se prevén mecanismos para el microajuste de la posición así como otros para el reposicionamiento a la posición inicial. El documento WO 200907485 A2 también utiliza sistemas pasivos de posicionamiento. La invención comprende una superficie reflexiva cóncava, en forma cilindro-parabólica, con un eje en el centro sobre el cual bascula el módulo. Se menciona que el movimiento de seguimiento de la posición solar se puede producir por la variación/transvase de fluidos de manera mecánica por la igualación de presiones entre las partes, producidas por el calentamiento del fluido o también eléctricamente mediante bomba asociada a un sensor de luz o temporizador. A día de hoy, y de forma comercial e/o industrialmente estos métodos pasivos de seguimiento no han sido desarrollados, al menos, de una forma masiva.
La presente invención soluciona las desventajas de los sistemas activos, los cuales precisan de controladores e infraestructura de activadores adicional (sistemas motores de seguimiento y control) para el seguimiento solar y de los sistemas pasivos, los cuales no están adaptados para la aplicación en soluciones flexibles tanto en coste de fabricación como en posicionamiento de la infraestructura (las excavaciones y cimentaciones para las infraestructuras de los paneles, las adaptaciones necesarias de acondicionado para resistir los efectos producidos por el viento y otros factores climatológicos) en los lugares donde se realice la captación de la energía solar.
Por ello, el objetivo de la invención es el abaratamiento de coste de generación por Kwh de la energía solar mediante la creación de un dispositivo y sistema que permita la captación y concentración de la radiación solar directa sin necesidad de incurrir en los elevados costes que suponen excavaciones, cimentaciones, estructuras de soporte, dispositivos electromotores para movimientos controlados y sistemas de control de la posición de los paneles, así como permitir la utilización de un sistema de concentración solar sobre cualquier tipo de superficie, no necesariamente en forma de grandes huertos solares, con las mismos niveles de concentración y por tanto utilidades que las grandes instalaciones, con el mínimo impacto visual y con mejor aprovechamiento del suelo.
Sumario
Soluciones al conjunto de problemas anteriores se consiguen mediante la utilización de paneles formados por multitud de elementos colectores móviles iguales que concentran la radiación mediante lentes que enfocan la radiación en tubos ópticos o fibra óptica o células fotovoltaicas. El movimiento de cada uno de estos elementos se produce de forma autónoma (o de una manera pasiva) mediante el calentamiento por radiación solar y consiguiente aumento de presión de algún fluido que hace girar el elemento en busca de que la radiación sobre el elemento sea óptima, enfocando la radiación concentrada resultante sobre un tubo o fibra óptica. Las ventajas del sistema son la capacidad de la captación y concentración de la radiación solar directa sin la necesidad de incurrir en los elevados costes que suponen la orientación exacta de grandes paneles mediante helióstatos, abriendo la posibilidad de las utilidades de las grandes instalaciones en multitud de superficies con el mínimo impacto visual y con mejor aprovechamiento del suelo. El abaratamiento también se produce por la configuración estandarizada de los elementos que posibilita su producción a gran escala con las consiguientes economías de escala y la minimización de los gastos de transporte e instalación in situ. Descripción de los modos de realización
El panel de captación y concentración de la radiación solar directa comprende:
- un marco soporte (2A, 2F) con elementos distanciadores de la superficie de apoyo del panel
- una línea de soporte (2C) de elementos captadores y concentradores de radiación (5) - elementos de fijación de la línea de soporte (2C) al marco soporte (2 A, 2F)
- elementos de fijación de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) a la línea de soporte (2C)
- elementos de captación y concentración de la radiación (5).
Los paneles están formados por soportes de la multitud de elementos captadores y concentradores de radiación (5), comprenden un marco soporte (2A, 2F) (Figura 1 y 2) y líneas de soporte (2C) (Figura 2).
Tanto el marco soporte (2A, 2F) como las líneas de soporte (2C) pueden estar fabricados con acero galvanizado en caliente para evitar corrosión.
En cuanto a las dimensiones de los paneles podrían ser muy distintas, por ejemplo podrían ser de lm x 2m, de sección en forma de T para soportar empujes laterales y verticales, en las líneas de soporte se habrían taladrado unos orificios (2D) para poder fijar los anclajes de los brazos de movimiento de cada uno de los elementos captadores y concentradores de radiación (5). La estructura del marco y las líneas de soporte podrían estar unidas soldadas o atornilladas o remachadas, siempre que mantuviera la suficiente rigidez. La estructura del marco soporte (2A, 2F) tiene que estar necesariamente separada de cualquier superficie de apoyo (por ejemplo del suelo) y puede soportarse sobre unas patas (2E) o elevaciones que se apoyan en el terreno o cualquier superficie sobre la que se quiera situar, para poder permitir el movimiento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5). Las patas (2E) pueden estar constituidas por elementos metálicos extensibles (Figura 2) para poder variar la posición fija del panel y poderlo orientar más o menos a los ejes norte-sur, este-oeste, dependiendo de las pendientes del terreno donde fueran situadas. La elección de los elementos de fijación de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) sobre las líneas de soporte (2C) y de estas líneas de soporte (2C) sobre el marco soporte (2A, 2F) de soporte, podría considerar distintos tipos, como por ejemplo el atornillamiento mediante sistemas de fijación autorroscantes, mediante remaches o mediante soldadura. En cuanto al reparto uniforme de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) en las líneas de soporte (2C) y la separación entre las mismas se diseña de forma que deje los espacios suficientes entre ellas para permitir el movimiento de rotación alrededor del eje (5F) del elemento captador y concentrador (5) en su movimiento diario (este-oeste) y el movimiento de rotación alrededor del eje (5G) del elemento captador y concentrador (5) en su movimiento estacional (norte-sur).
Hay que tener en cuenta que el espacio necesitado para el movimiento norte-sur alrededor del eje (5G) del elemento captador y concentrador de radiación (5) tiene que ser suficientemente amplio para que todo el año se pueda orientar sin que existan zonas de sombra. Si no estuviera correctamente dimensionado, durante la correspondiente parte del año no funcionaría de un forma óptima. Esto obliga a distanciar las lentes en el eje estacional (norte-sur) una distancia suficiente, intentando a la vez aprovechar al máximo el panel. La distancia exacta de separación vendría determinada por la latitud terrestre del emplazamiento, que es la que determina el ángulo que describe el sol entre el solsticio de verano (3C), y solsticio de invierno (3E) y el ángulo sobre la horizontal del suelo o superficie de apoyo y el ángulo sobre el suelo del panel (2A), añadido o no con las patas (2E) antes mencionadas. Así el panel (2A) se puede situar en posición horizontal, en paralelo al suelo o con inclinación sobre el suelo. Esto hace al panel (2 A) perfectamente acoplable a cualquier superficie mínimamente orientada a la fuente de radiación ya que la orientación exacta se puede ir compensando con los movimientos de los elementos captadores y concentradores de radiación (5). La posición más ventajosa en cuanto menores sombras entre los elementos captadores y concentradores de radiación (5) y por tanto la que aprovecha más el panel, es la que la estructura del panel se orienta al equinoccio (3D) ya que deja el mismo ángulo al norte y al sur del desplazamiento solar estacional (3F). En la Figura 3 se puede apreciar estos movimientos estacionales para una localización en el Hemisferio Norte de la Tierra, para localizaciones en el Hemisferio Sur sólo habría que invertir los polos norte-sur.
Para las diferentes latitudes, el método de cálculo de la distribución de elementos captadores y concentradores de radiación (5) sobre una superficie para maximizar la concentración de la radiación que incide sobre dicha superficie que comprende los pasos de determinar:
- la latitud terrestre del emplazamiento
- el ángulo que describe el sol entre el solsticio de verano (3C) y solsticio de invierno (3D)
- el ángulo formado por el marco soporte (2A, 2F) con la horizontal del terreno
- la distancia elementos captadores y concentradores de radiación (5) en el eje estacional (norte-sur) en función de los parámetros anteriores la distribución de elementos captadores y concentradores de radiación (5) respetando la distancia calculada en el paso anterior y optimizando la cobertura de superficie disponible del panel (2A) con la superficie superior de los elementos captadores y concentradores de radiación (5).
Adicionalmente se ha previsto la utilización de una palanca de cambio (8H) (Figura 8) de la posición inicial fija del movimiento estacional. Esta palanca de cambio (8H) permite posicionar individualmente cada uno de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) inicialmente orientados al equinoccio y por tanto el recorrido al norte y sur del elemento es el mismo. Esta posibilidad también introduce otro mecanismo de ajuste de la orientación en el movimiento estacional. Con el fin de estandarizar la fabricación del panel (2 A) sería conveniente que las líneas soporte (2C) que soportan los elementos captador y concentradores de radiación (5) estuvieran posicionadas en el dirección del eje norte-sur, de esta forma conseguimos que, independientemente de la localización geográfica del panel (2A), el panel (2A) y, en general, cualquier estructura que sirva de soporte, tuviera las misma dimensiones, ya que la separación de las líneas soporte (2C) de los elementos captador y concentradores de radiación (5) y el consiguiente dimensionamiento de los brazos sustentadores (5E) de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) sería siempre el mismo independientemente de la localización geográfica. En cuanto al movimiento solar diario (este-oeste) (Figura 4) este es un movimiento mucho más amplio, de 180°. Por tanto, mediante este sistema, existen zonas de sombra en los elementos captadores y concentradores de radiación (5) al inicio del día (4B) y al final del día(4A), al proyectar sombra unos elementos captador y concentradores de radiación (5) sobre otros(4D) pero la radiación solar en las primeras y últimas horas del día se reduce debido a que los rayos solares atraviesan la atmósfera terrestre más tangencialmente teniendo que pasar atravesar más distancia a través de la misma (este efecto es el que produce los atardeceres rojizos/ anaranjados ya que estas longitudes de onda se dispersan menos). El movimiento diario del sol es el mismo en cualquier lugar en que se haga el emplazamiento, por tanto el espacio entre lentes en el eje este- oeste siempre podría ser el mismo independientemente del lugar del emplazamiento del panel. Hay que llegar a una solución de compromiso entre la pérdida de radiación en las primeras y últimas horas del día y el espacio entre las lentes y por tanto el aprovechamiento del panel. Una buena solución sería dejar un espacio entre las lentes (4E) para que puedan orientarse perfectamente al sol durante los 2/3 de la duración diaria del movimiento del sol. Esto significa que estaría orientándose 120° de los 180° totales, quedando pues tapado con sombra los primeros 30° del inicio del día y los últimos 30° del final del día, y dependiendo de las estación del año y la latitud da una determinada pérdida de minutos de radiación. Lo expuesto en los párrafos anteriores determina que los paneles se puedan emplazar en infinidad de superficies con una mínima orientación solar, con mínimos elementos de anclaje al terreno/superficie ya que siempre se puede situar en paralelo a la superficie evitando efectos vela producidos por el viento. Por otra parte, como existen espacios entre los elementos que dejan pasar el viento, se minimiza los efectos del viento en los paneles, disminuyendo consecuentemente las necesidades de anclajes, rigideces de los módulos, y por tanto abaratando consecuentemente los importantes costos de montaje y emplazamiento. Es decir, el panel de captación y concentración comprende elementos captadores y concentradores de radiación (5) sustentados por líneas de soporte (2C), los cuales están dimensionados de forma que permita que dicho panel pueda adoptar la forma de una superficie curva, permitiendo a los elementos captadores y concentradores de radiación (5) su orientación en ángulos dispares.
La instalación y montaje de los paneles en el lugar del emplazamiento sería muy rápida y cómoda, orientando el eje diario de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) al eje este-oeste, bastaría una brújula, y extendiendo las patas extensibles (2E) conjuntamente con la posición de las palanca de cambio de posición inicial (8H) de forma tal que la posición inicial fija de la palanca (8H) estuviera orientada al equinoccio, lo que es función únicamente de la latitud terrestre del emplazamiento. Esto se podría determinar por unas tablas de grados de elevación sobre el plano dependiendo de la latitud. Además habría que respetar que el elementos tuviera el suficiente grado de libertad y ninguna zona de sombra en su movimiento hasta el solsticio de verano e invierno.
El panel de captación y concentración podría caracterizarse por que dicho panel (2A) es flexible y puede adoptar formas curvas irregulares. Otra forma de disposición de las líneas soporte (2C) sobre el panel (2A) sería utilizando una sola línea soporte (2C) del panel (2A) para que sustente dos líneas de elementos captadores y concentradores de radiación (5), reduciendo de esta forma el número de líneas soporte (2C) a la mitad con el consiguiente abaratamiento de la estructura del panel (2A). Es decir, la línea soporte (2C) sustenta en esta realización dos líneas de elementos captadores y concentradores de radiación (5), de cada anclaje sobre la línea soporte (2C) de la estructura saliendo dos brazos, a este y a oeste de la línea soporte (2C), con dos pirámides (5). Cada una de estas dos pirámides (5) tiene su propio movimiento diario independiente, pero un único movimiento estacional norte-sur.
Los elementos captador y concentradores de radiación (5) la forma del contenedor externo podría ser variadas como cono, cilindro, tetraedros regulares (pirámides de base triangular), pirámides de base cuadrada u otros poliedros regulares (octaedros, icosaedros, dodecaedros, etc) o irregulares.
El elemento de captación y concentración de la radiación solar comprende por tanto un contenedor con al menos una cara superior sobre la que se sitúa una lente primaria (5 A) sobre la que incide radiación (6D) la cual es concentrada por dicha lente primaria (5 A) sobre un vértice inferior del contenedor (6K), pudiendo dicho contenedor girar sobre si mismo dependiendo de la posición de la fuente de radiación para focalizar con precisión la radiación que incide sobre la lente primaria (5 A). La forma preferida de dicho contenedor es la de la pirámide invertida de base cuadrada ya que la forma cuadrada de su cara superior (Figura 5) utiliza más eficientemente la superficie del panel (2A). Por otra parte, como esta configuración concentra la radiación sobre el vértice de la pirámide (6K) situado en la parte inferior de la misma, se permite el libre recorrido de los rayos hasta el foco, es decir, hasta dicho vértice (6K), con el mínimo volumen y por tanto dejando más espacios para los brazos de soporte (5E, 7E, 7H) y la libre circulación del viento.
El elemento de captación y concentración de la radiación solar tiene al menos un compartimento hueco (5B) estanco y hermético en cada uno de los lados del contenedor, en el que se aloja un fluido, los cuales tienen al menos un orificio de comunicación o salida de presión (10C, 10D). Las funcionalidades de los diferentes componentes mencionados son explicadas en las siguientes líneas. El elemento captador y concentrador de radiación (5) tiene al menos un compartimento hueco (5B) estanco y hermético en cada una de las caras triangulares del elemento captador y concentrador de radiación (5) (Figura 5).
Esta forma piramidal de base cuadrada invertida del elemento captador y concentrador de radiación (5), según se puede apreciar en la Figura 5, tiene las caras interiores de los lados de la pirámide (51) conformadas por superficies no reflexivas y compuestas por un material muy transmisor del calor. Puede realizarse con una fina lámina (1 ID) de aluminio no pulido para que no refleje la luz sobre las otras caras del elemento captador y concentrador de radiación (5). El lado exterior de las caras del elemento captador y concentrador de radiación (5) puede estar compuesta por distintos materiales que le otorgaran la suficiente rigidez, como aluminio, latón, etc., que se pudieran moldear con prensas.
A fin de buscar la facilidad de producción y por tanto la disminución de costes de fabricación de las caras exteriores de los lados del elemento captador y concentrador de radiación (5), se podrían utilizar materiales que toleraran la inyección. Teniendo en cuenta que los elementos van a estar a la intemperie durante muchos años, en su elección habría que tener en cuenta la degradación que puedan sufrir durante años en unas condiciones climáticas determinadas, por ejemplo, en el desierto, con las extremas temperaturas que se producen llevaría a la elección de materiales resistentes, como los materiales metálicos. Hoy día existen materiales muy resistentes que toleran la inyección. El elemento de captación y concentración de la radiación solar según las condiciones anteriores podría estar caracterizado por que las caras exteriores de los lados del contenedor están compuestos por baquelita.
Por otra parte también habría que tener en cuenta que el material tolerara las presiones introducidas en los compartimentos (5B) y las que pudiera alcanzar al elevarse la temperatura y por tanto la presión en determinadas concentraciones de radiación. Los lados deben ser compartimentos herméticos salvo por un punto u orificio de comunicación de presión (5D, 10D, 10C) a los respectivos ejes. Si se opta por la inyección, el molde tiene que tener previsto los conductos de conexión de la presión de cada una de los lados hasta los orificios de comunicación de presión sobre los ejes en movimiento diario (7C) y en movimiento estacional (7G, 8A).
De esta forma, los compartimentos huecos (5B) están dotados de conductos comunicado res de presión (10F, 10G, 10H), de cada uno de los lados de dicho elemento, conectados a las salidas de presión (10C, 10D) sobre los ejes de movimiento diario (7C) y de movimiento estacional (7G, 8A).
La Figura 10 detalla la forma del molde. Como se puede observar en el molde se ha previsto la integración de los conductos comunicadores de presión (10F, 10G, 10H) que conducen la presión hasta las salidas de presión (10C, 10D) que la pasan a los mecanismos del brazo (5E, 9A) para producir el movimiento. Están previstos adicionalmente orificios de introducción de fluido (5H) en los compartimentos huecos (5B).
La baquelita, por sus características mecánicas y térmicas u otros materiales resistentes podrían ser una buena elección del material para el moldeo de la pirámide (5), como indicado anteriormente. En la parte superior de la pirámide se fija una lente primaria (5A). La lente puede estar fabricada con distintos materiales y formas dependiendo de las condiciones atmosféricas que tenga que soportar, los costes de fabricación, los índices de refracción, su índice de transmitancia, su comportamiento térmico, etc. Para economizar y estandarizar la fabricación de la lente primaria (5 A) se puede elegir un vidrio con alto índice de transmitancia susceptible de fabricación mediante moldeo, con una capa antirreflectante en ambas caras de la lente primaria (5A) superior e inferior. No son necesarias lentes ópticas de alta precisión, bastaría que enfocara sobre la lente secundaria (5C). Es de relativa importancia el índice de transmitancia del espectro solar del material que forma la lente primaria (5 A) y el espesor necesario de la misma para producir el enfoque. La forma de la lente primaria (5A) puede ser muy variada, desde una lente de Fresnel para evitar grandes espesores a una lente plano-convexa para evitar reflexiones en la cara externa por el ángulo de incidencia de radiación solar hasta lentes GRIN formada por materiales con diferentes índices de refracción.
En el perfil de la lente primaria (5A) de la pirámide (5) se puede introducir adicionalmente unas superficies de microajuste de posición (1 1A) que introducen zonas que redirigen los rayos solares cerca de la lente secundaria (5C, 6C) o del elemento cónico internamente reflexivo (6J), sin las cuales dichos rayos no se concentrarían hacia el foco inferior. Con ello se consigue que permanentemente y una vez que el elemento-pirámide esté enfocado, exista una pequeña radiación en los cuatro lados de la pirámide. En el caso de que se perdiera esta permanente radiación en alguna de los lados es porque no existe el enfoque perfectamente centrado, lo cual produce una pequeña pérdida de presión en esa cara y fuerza los movimientos de los ejes para que se produzca el microajuste. De esta forma la lente primaria (5A) tiene unas superficies de microajuste de posición (HA) que permiten que la radiación incidente (6D) se concentre sobre alguno de los lados del contenedor de forma que se produzca un microajuste de posición hasta conseguir el enfoque preciso de dicha radiación sobre el vértice (6K) de dicho elemento. En el vértice inferior (6K) de la pirámide (5) puede haber una lente secundaria (5C, 6C) alojada dentro de o en vez de un elemento cónico internamente reflexivo (6J) . La forma de la lente secundaria (5C, 6C) puede ser diversa. El objetivo de las diversas formas de la lente secundaria (5C, 6C) es la concentración y redirección de los rayos en la forma de rayos paralelos. Esto se puede conseguir determinando el ángulo de incidencia de los rayos solares en la entrada y en la salida de la lente secundaria (5C, 6C). Se puede optar por una lente secundaria (5C, 6C) cóncava-cóncava con capas antirreflectantes que es la lente de menor espesor necesitaría para una redirección efectiva. Existen otras opciones como por ejemplo optar por una cara convexa superior, para disminuir los ángulos de incidencia y por tanto la reflexión. También se podría optar por un elemento cónico internamente reflexivo (6J) situado en el vértice piramidal (6K). Este elemento cónico internamente reflexivo (6J) no redirecciona los rayos solares, por lo que posteriormente no podríamos reconducir de una forma controlada los rayos por el centro de los tubos/conductos/guías ópticas. Esto produce más reflexiones/refracciones de los rayos. Para la fabricación de la lente secundaria (5C, 6C) sería conveniente utilizar el mismo material en la lente primaria (5A) y secundaria (5C, 6C) para que se solapen las absorciones del espectro solar de los distintos materiales. En la realización preferida la lente primaria (5 A) y secundaria (5C, 6C) están fabricadas con el mismo material. Adicionalmente el elemento cónico internamente reflexivo (6J), donde la lente secundaria (6C) puede estar alojada, podría estar revestida por una envoltura de algún metal, por ejemplo aluminio pulido, en su cara interior para aumentar la reflexión.
Para determinar los perfiles de las respectivas lentes (5 A, 6C) habría que tener en cuenta el índice de refracción de cada uno de los materiales. El material preferible es el vidrio borosilicato, ya que posee alta resistencia térmica con amplia gama de transmisión del espectro solar. El índice de refracción de vidrio borosilicato es 1 ,473 para longitudes de onda de 587,6 nm. Para calcular el perfil de las superficies de las lentes habría que aplicar la Ley de Snell. La ley de la refracción de la luz de Snell dice que índice de refracción de un medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al índice de refracción del otro medio por el seno del ángulo de refracción, esta ley viene determinada por que la velocidad de la luz varía según el medio que esté atravesando. La primera refracción se produciría en la cara superior de la lente primaria (5 A) y sería el paso del medio aire al medio vidrio borosilicato. El índice de refracción del aire es 1 ,0002926. La segunda refracción se produciría al salir de la lente primaria (5A) con un determinado ángulo y entrar en la zona de vacío del interior del elemento captador y concentrador de radiación (5). El índice de refracción del vacío es 1,000000. La tercera refracción se produciría del medio vacío al medio vidrio borosilicato de la lente secundaria (6C) con un determinado ángulo de incidencia dependiendo de la zona de incidencia y el ángulo que presentara el perfil de la lente (6C) en esa determinada zona. La cuarta y última refracción se produciría al salir de la lente secundaria (6C) al medio existente en el tubo de conducción que deberían estar en paralelo y en la normal a la perpendicular del tubo de conducción o fibra óptica.
Otra realización incluye una sustitución de la lente secundaria (6C) por un colimador que recondujera a paralelo la radiación concentrada recibida.
En cuanto a la fijación de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) a las líneas/guías de soporte (2C) de la estructura del panel (2A) se ha optado por un brazo de soporte de la pirámide al panel (7H), podría estar realizado por moldeo de algún material metálico. Los ejes de movimiento, tanto diario como estacional, pueden estar lo más centrados posible en el centro de gravedad de la pirámide (5) para que los pesos de la pirámide (5) estén equilibrados y libres de tendencias hacia alguno de los lados. Los mecanismos del movimiento que produce el enfoque de la radiación incidente (6D) sobre la lente primaria (5 A) están representados en las Figuras 7, 8 y 9: la presión del fluido producido por el calentamiento de alguna de las caras de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) es transmitido por medio de los orificios (7C, 8A, 10C, 10D) a los pistones o émbolos dentados (71, 8C, 9C) y éstos, en su posibilidad de tener movimiento longitudinal, producen que la pirámide (5), a través del movimiento del correspondiente brazo (7H), gire sobre la rueda dentada (7F, 8D), produciendo el movimiento rotacional en los ejes (5F, 5G, 7E).
En la Figura 9 se muestra un mecanismo para la comunicación de presión del fluido entre los lados opuestos de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) , los conductos (9H), con una válvula de presión (9E). El objetivo de este mecanismo es poder compensar el sobrecalentamiento necesario en las caras para alcanzar las angulaciones extremas del contenedor/pirámide (5). En estas posiciones extremas la diferencia de temperatura y presión entre los lados opuestos de los elementos captador y concentradores de radiación (5) debe ser grande para poder producir el suficiente recorrido del pistón (71), por tanto cuanto más inclinada está la posición de la pirámide (5) más diferencia de presión debe haber para mover dicho elemento captador y concentrador de radiación (5) el mismo número de grados. Esta válvula de presión (9E) permite el paso de presión en caras opuestas a determinados intervalos para permitir la compensación de presiones del fluido entre lados con mantenimiento de las posición ganada en las ruedas dentadas (7F, 8D) fijas.
El movimiento del pistón dentado (71, 8C, 9C) es longitudinal, actuando sobre una rueda dentada fija (7F, 8D), la cual actúa sobre un eje del contenedor/pirámide, haciendo girar al contenedor/pirámide.
Las ruedas dentadas (7F, 8D) fijas pueden tener diferentes dimensiones para poder variar la sensibilidad del movimiento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5). Cuanto mayor es la rueda dentada (7F, 8D) más movimiento del pistón (71) es necesario para variar la posición del elemento captador y concentrador de radiación (5) y/o brazo en un mismo número de grados.
En la rueda dentada (8D) fija del movimiento estacional se ha previsto un mecanismo de reajuste de la posición inicial fija mediante la palanca de cambio (8H). Esto permite orientar, independientemente del ángulo del panel (2A), cada elemento captador y concentrador de radiación (5) en su posición inicial, sin diferencias de temperatura, al equinoccio con lo que se disminuyen las angulaciones de los movimientos extremos del contenedor.
La sujeción de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) a la estructura del panel (2A) podría ser muy variada. Se ha optado por un único brazo (5E) con las conducciones de presión integradas en el mismo para economizar y estandarizar los procesos de producción. Se podrían introducir diversidad de modelos de sujeción, por ejemplo, dos brazos a la cara norte y sur sobre una sujeción a la línea/guía soporte (2C), cuatro brazos con sujeción a la cara norte y sur con apoyo a las dos líneas soporte (2C) laterales de la estructura del panel (2A). Otra realización puede incluir un único brazo que moviera los dos elementos captador y concentradores de radiación (5) o pirámides (5) adyacentes en la línea de soporte (2C).
Otra realización podría ser unir los vértices inferiores (6K) de las pirámides (5) situadas en la misma línea soporte (2C) por al menos un elemento rígido de unión (por ejemplo una varilla de unión) o mediante los conductos ópticos y con otra varilla unir los brazos de la misma línea soporte (2C) de tal forma que sólo se necesitaría introducir unos pocos elementos captadores y concentradores de radiación (5) con fluido para realizar el movimiento y los demás se limitarían a copiar el movimiento de dichos elementos captadores y concentradores de radiación (5) con fluido. Esto sería posible si los paneles (2A) fueran planos y por tanto todos los elementos captadores y concentradores de radiación (5) tuvieran la misma orientación. Esta disposición, con varillas de copia de movimiento, permitiría la introducción de mecanismos electromotores de movimiento de estas varillas. Estos electromotores tendrían para su control dispositivos electrónicos que les indicaran el movimiento a seguir para conseguir su enfoque. El elemento rígido de unión o varilla puede ser accionado alternativamente por elementos marcadores de accionamiento pasivo de movimiento, que sigan los cambios de la posición de la fuente de radiación. Otra realización podría incluir otros mecanismos para producir el movimiento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) como por ejemplo utilizar un pistón que rotara sobre sí mismo y tuviera sobre el mismo una forma de rosca, y que por otra parte la rueda dentada (7F, 8D), en vez de dientes, tuviera finas hendiduras que se acoplaran a la rosca. De esta forma el pistón (71, 8C, 9C) puede rotar sobre si mismo, cooperando con una rueda dentada (7F, 8D) y poniéndola en movimiento.
Otra realización incluye como mecanismo de movimiento cuatro pistones, uno por cada eje, y que éstos atacaran una cuña de superficie oblicua (12B) fijada sobre el brazo soporte (12D) de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) que hiciera que al expandirse el pistón (71, 8C), este empujara y se desplazara por la cuña de superficie oblicua (12B), rotando el elemento (5) sobre si mismo. Es decir, al incrementar la presión de un lado del elemento (5), dicha presión es comunicada al pistón (71, 8C) que ataca la cuña de superficie oblicua (12B). De esta forma, al intentar el pistón (71, 8C) expandirse, intenta desplazarse longitudinalmente sobre la cuña de superficie oblicua (12B), lo cual hace rotar al elemento (5) sobre el eje (7E, 9B) de movimiento.
Otra realización puede incluir como mecanismo de movimiento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) la dilatación de algún material, preferiblemente metálico, que incidiera sobre una cuña de superficie oblicua (12B) fija de los elementos captador y concentradores de radiación (5) de tal forma que hiciera rotar el elemento captador y concentrador de radiación (5).
En cuanto a los fluidos y las presiones a introducir en los compartimentos de los lados de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) también podrían ser muy diversos dependiendo de las condiciones atmosféricas del emplazamiento, los niveles de concentración solar diseñados, las características termohidráulicas del fluido etc. La elección del estado del fluido, gas o líquido, dependerá de las temperaturas máximas y mínimas de funcionamiento y de su comportamiento progresivo en las temperaturas habituales de funcionamiento. También se ha previsto un mecanismo de sangrado del circuito del fluido (91) a fin de que se pueda expulsar el aire del compartimento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5). Todo el conjunto se puede calibrar con la combinación de los niveles de concentración, con la elección del fluido a una determinada presión y con las dimensiones de las ruedas dentadas (7F, 8D) a fin de que el movimiento de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) produzca el reenfoque de dichos elementos (5) con la máxima precisión y rapidez posible.
Al final del proceso de captación, la radiación concentrada por los elementos de captación y concentración de la radiación solar procedente de la lente secundaria (6) y/o del cono reflexivo (6J) es acoplada ópticamente a medios de conducción de la radiación para proceder a su transporte hacia los medios de aprovechamiento de la radiación. En general dichos medios de conducción de la radiación concentrada por dichos elementos (5) son fibra óptica.
Finalmente, los medios preferidos de conducción de la radiación concentrada por dichos elementos (5) son minireflectores. Otra realización del panel (2A) permite dimensionar cada uno de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) muy pequeños sustentados por líneas/guías soporte (2C) acoplables a superficies curvas y permitiendo a los elementos captadores y concentradores de radiación (5) el suficiente grado de libertad que permita la orientación en ángulos dispares. O incluso formar paneles (2A) flexibles, con un aspecto tipo sábana, que llevaran incorporados los diminutos elementos captadores y concentradores de radiación (5), estos elementos diminutos tendrían incorporados los mecanismos de ajuste. La conducción de la radiación concentrada por los diferentes elementos (5) en estos casos se debería producir por fibra óptica. Esta disposición haría al sistema perfectamente acoplable a superficies como por ejemplo el techo o capó de vehículos tales como turismos, camiones etc.
Para optimizar todo el comportamiento del sistema descrito, en el volumen interior del contenedor (5) y en su forma preferida, la pirámide (5) se hace el vacío. Con esta característica se mejora el comportamiento electromagnético de la radiación y el comportamiento óptico de los elementos y materiales confinados en el interior de dicho volumen. En el caso que se quiera reducir la distancia entre los medios de captación o elemento de captación y concentración de la radiación solar y los medios de aprovechamiento o conversión de dicha radiación directamente en el punto de concentración de la radiación procedente de la lente primaria (5 A) se puede situar una célula fotovoltaica o cualquier otro componente de aprovechamiento/conversión de la radiación. Descripción de los dibujos
FIGURA 1 : La FIGURA 1 muestra una vista general del PANEL SOLAR
FIGURA 2. ESTRUCTURA SOPORTE DE ELEMENTOS (5).
2A. Marco soporte.
2B. Perforaciones marco.
2C. Líneas soporte elementos (5).
2D. Perforaciones anclajes de los brazos (5E) de los elementos (5)
2E. Pata extensible.
2F. Fijación pata (2E) a marco soporte (2A).
FIGURA 3. MOVIMIENTO SOLAR ESTACIONAL.
3A. Dirección del Polo Norte.
3B. Dirección del Polo Sur.
3C. Dirección del Solsticio de verano.
3D. Dirección del Equinoccio.
3E. Dirección del Solsticio de invierno.
3F. Angulo NS Norte-Sur.
3G. Perfil de la superficie del emplazamiento.
FIGURA 4. MOVIMIENTO SOLAR DIARIO.
4A. Oeste-atardecer.
4B. Este-amanecer.
4C. 90° Mediodía.
4D. Zona sombra.
4E. Distancia necesaria entre pirámides para evitar sombra.
FIGURA 5. ELEMENTO CAPTADOR Y CONCENTRADOR PIRAMIDAL.
5. Elemento captador y concentrador de radiación. Contenedor de forma preferida de pirámide regular de base cuadrada.
5A. Lente primaria. 5B. Compartimentos huecos.
5C. Lente secundaria.
5D. Orificios salida fluido por elevación temperatura.
5E. Brazo soporte pirámide.
5F. Eje movimiento diario.
5G. Eje movimiento estacional.
5H. Orificios introducción fluido en los cuatro lados del elemento (5). 51. Cara interior de un lado de la elemento pirámide (5) FIGURA 6. SECCION DE LAS LENTES. ESQUEMA DEL REDIRECCIONAMIENTO DE LOS RAYOS SOLARES A PARALELO. FORMA DE PRODUCIR EL ENFOQUE
6A. Lente primaria (por ejemplo plano convexa).
6B. Lente primaria (por ejemplo de Fresnel).
6C. Lente secundaria (por ejemplo cóncava-cóncava).
6D. Rayos solares.
6F. Calor.
6G.Más calor-más presión lado izquierdo. El pistón (71) mueve la pirámide (5) en sentido derecho.
6H.Más calor-más presión lado izquierdo. El pistón (71) mueve la pirámide (5) en sentido derecho.
61. Igual calor y presión en cuatro lados. No existe ningún movimiento de la pirámide (5).
6J. Elemento cónico internamente reflexivo
6K. Vértice del contenedor/pirámide (5).
FIGURA 7. DETALLE MECANISMO MOVIMIENTO DIARIO.
7A. Tornillos sujeción de la placa de movimiento a la pirámide (5).
7B. Lado de la pirámide (5).
7C. Orificio entrada fluido y presión lado derecho.
7D. Placa fijada al lado norte de la pirámide (5). 7E. Eje unión brazo -pirámide movimiento diario.
7F. Rueda dentada fija al brazo (5E).
7G. Orificios entrada fluido-presión cara norte y sur.
7H. Brazo sujeción pirámide a las líneas/guías soporte.
71. Pistón/émbolo empuje presión.
7J.Eje unión brazo-línea/guía soporte de la estructura movimiento estacional.
7K. Rueda dentada fija a la línea/guía soporte.
2C. Línea/Guía soporte de la estructura del panel.
FIGURA 8. DETALLE MECANISMO MOVIMIENTO ESTACIONAL.
8A. Orificios entrada presión caras norte y sur.
8B. Cilindros desplazamiento pistón (8C).
8C. Pistón móvil dentado.
8D. Rueda dentada fija a la línea/guía soporte (2C).
8E. Tornillos/remaches fijación del brazo a la línea/guía-soporte (2C) de la estructura.
2C. Línea/Guía soporte de la estructura del panel.
8G. Brazo soporte de la pirámide (5).
8H. Palanca cambio de la posición inicial fija del movimiento estacional.
FIGURA 9. MOVIMIENTO SOBRE LOS EJES PARA EL REENFOQUE. INTRODUCCIÓN MECANISMO DE COMPENSACIÓN DE PRESIONES EN LADOS OPUESTOS.
9A. Brazo soporte de la pirámide (5).
9B. Eje diario.
9C.Pistón posición inicial sin elevación de temperatura-presión en ninguna de los dos lados.
9D. Pistón posición con más temperatura-presión lado derecho.
9E. Válvula presión.
9F. Orificio entrada presión lado derecho. 9G. Orificio entrada presión lado izquierdo.
9H. Conducto unión presiones lados opuestos.
91. Tornillo sangrado circuito fluido.
FIGURA 10. VISTA DEL ELEMENTO CON FORMA PIRAMIDAL (5) ABIERTO.
5H. Orificios introducción fluido.
10B. Tornillos/remaches unión al brazo soporte.
10C. Salida presión caras norte y sur.
10D. Salida presión caras este y oeste.
10F. Conducto presión cara oeste.
10G. Conducto presión cara sur.
10H. Conductos presión lados sur, este y norte.
FIGURA 1 1. DESCRIPCIÓN MICRO AJUSTE POSICIÓN. FORMA CARA INTERIOR DE UN LADO DEL ELEMENTO (5).
1 1 A. Zona lente primaria (5 A) que enfoca fuera del /lente secundaria (5C)/elemento cónico internamente reflexivo (6J).
5C. Lente secundaria.
I IC. Zona lente primaria (5 A) que sí enfoca sobre lente secundaria (5C).
I ID. Fina lámina material muy transmisor calor que conforma cara interior (51) de los lados de la pirámide (5).
FIGURA 12. DETALLE DEL MECANISMO DEL MOVIMIENTO MEDIANTE ATAQUE DEL PISTON (por ejemplo 71) SOBRE UNA CUÑA DE SUPERFICIE OBLICUA (12B).
71. Pistón empuje de presión.
12B. Cuña de superficie oblicua de ataque del pistón (71).
12C. Eje del movimiento.
9 A. Brazo soporte del elemento.
5. Elemento captador y colector en forma piramidal. D. Movimiento de rotación del eje (12C) y de la pirámide (5).

Claims

Reivindicaciones
1. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa a través del seguimiento por dicho elemento del movimiento solar diario y estacional
caracterizado por que comprende un contenedor con al menos una cara superior sobre la que se sitúa una lente primaria (5 A) sobre la que incide radiación la cual es concentrada por dicha lente primaria (5A) sobre un vértice inferior del contenedor (6K), pudiendo dicho contenedor girar sobre si mismo dependiendo de la posición de la fuente de radiación para focalizar con precisión la radiación que incide sobre la lente primaria (5 A).
2. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 1
caracterizado por que el contenedor tiene al menos un compartimento hueco (5B) estanco y hermético en cada uno de los lados del contenedor, en el que se aloja un fluido, los cuales tienen al menos un orificio de comunicación o salida de presión (10C, 10D).
3. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que el contenedor tiene las caras interiores de sus lados (51) conformadas por superficies (1 1D) no reflexivas y compuestas por un material muy transmisor del calor.
4. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 3
caracterizado por que las caras interiores de los lados (51) del contenedor tienen una fina lámina (1 ID) de aluminio no pulido.
5. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que las caras exteriores de los lados (5B) del contenedor están compuestas por materiales rígidos frente a la temperatura y presión de operación, moldeables con prensa.
6. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que las caras exteriores de los lados (5B) del contenedor están compuestos por baquelita.
7. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6
caracterizado por que los compartimentos huecos (5B) están dotados de conductos comunicadores de presión (10F, 10G, 10H), de cada uno de los lados de dicho elemento, conectados a las salidas de presión (10C, 10D) sobre los ejes de movimiento diario (7C) y de movimiento estacional (7G, 8A).
8. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7
caracterizado por que un compartimento hueco (5B) está dotado de al menos un orificio de introducción del fluido (5H).
9. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la lente primaria (5 A) está compuesta al menos de vidrio de alto índice de transmitancia, fabricable mediante moldeo, con capas antirreflectantes en sus caras.
10. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que en la zona de concentración de la radiación procedente de la lente primaria (5 A) se aloja un elemento cónico internamente reflexivo (6J).
1 1. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que una lente secundaria (5C, 6C) está fijada en la zona de concentración de la radiación procedente de la lente primaria (5 A) de forma que toda dicha radiación incida sobre dicha lente secundaria (5C, 6C).
12. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la lente primaria (5 A) tiene forma de lente de Fresnel o de lente plano-convexa o de lente GRIN, fabricada con materiales de diferentes índices de refracción.
13. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según las reivindicaciones 1 1 o 12
caracterizado por que la lente secundaria (5C, 6C) es una lente cóncava-cóncava con capas antirreflectantes en sus caras.
14. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 1 1
caracterizado por que la lente secundaria (5C, 6C) es una lente con cara superior convexa con capas antirreflectantes en sus caras.
15. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la lente primaria (5 A) y secundaria (5C, 6C) están fabricadas con el mismo material.
16. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 15
caracterizado por que la lente primaria (5 A) y secundaria (5C, 6C) están fabricadas con vidrio borosilicato.
17. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10
caracterizado por que se sitúa un colimador en la zona de concentración de la radiación procedente de la lente primaria (5 A) de forma que toda dicha radiación incida sobre dicho colimador.
18. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que el contenedor tiene al menos un brazo de soporte (7H) a una estructura de soporte externa.
19. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que el contenedor tiene al menos un eje de movimiento, el cual está centrado en el centro de gravedad de dicho contenedor.
20. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 18
caracterizado por que sobre el brazo de soporte (7H) se fija al menos un pistón/émbolo dentado (71, 8C, 9C) sobre el que se transmite las variaciones de presión del fluido existente en un compartimento hueco (5B) poniendo dichas variaciones de presión al contenedor en movimiento.
21. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 20
caracterizado por que el movimiento del pistón dentado (71, 8C, 9C) es longitudinal, actuando sobre una rueda dentada fija (7F, 8D), la cual actúa sobre un eje del contenedor, haciendo girar al contenedor.
22. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que los lados del contenedor tienen previstos al menos un conducto (9H) conectado a una válvula de presión (9E) que permite el intercambio de presión del fluido entre lados opuestos del contenedor.
23. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que en la rueda dentada (8D) se ha previsto un mecanismo de reajuste de la posición inicial fija de la misma mediante una palanca de cambio (8H).
24. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la sujeción del contenedor a una estructura externa se realiza con un brazo (5E) con las conducciones de presión integradas en el mismo, o bien con dos brazos sobre el lado norte y sur respectivamente sobre una sujeción a la línea de soporte (2C) o bien con cuatro brazos con sujeción a la cara norte y sur respectivamente con apoyo a dos líneas de soporte (2C) de dicha estructura externa.
25. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la sujeción del contenedor a una estructura externa se realiza con un brazo que mueve al menos dos dichos contenedores adyacentes en una línea de soporte (2C).
26. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que los puntos inferiores de los contenedores situados en la misma línea de soporte (2C) están unidos por al menos un elemento rígido de unión y los brazos (5E) de dichos contenedores situados sobre la misma línea de soporte (2C) están unidos por al menos otro elemento rígido de unión.
27. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 26
caracterizado por que el elemento rígido de unión puede ser accionado por motores eléctricos o por elementos marcadores de accionamiento pasivo de movimiento, que sigan los cambios de la posición de la fuente de radiación.
28. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que el pistón (71, 8C, 9C) está dotado de una muesca con forma de rosca, pudiendo rotar sobre si mismo, que coopera con una rueda dentada (7F, 8D) en la que los dientes se han sustituido por finas hendiduras que se acoplan a dicha rosca.
29. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que dicho elemento comprende cuatro pistones (71, 8C, 9C), uno asociado a cada eje (7E, 9B), cada pistón cooperando con una cuña de superficie oblicua (12B) fijada sobre el brazo soporte (9 A) de dicho elemento (5) ante cualquier cambio de presión del fluido del correspondiente lado del elemento (5).
30. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20
caracterizado por que comprende un material dilatable sobre una cuña de superficie oblicua (12B) que interactúa con el brazo de soporte (7H) al dilatarse dicho material.
31. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 30
caracterizado por que el circuito del fluido (91) está dotado de un mecanismo de sangrado permitiendo expulsar el aire del compartimento hueco (5B) de dicho contenedor.
32. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la radiación concentrada por dicho elemento procedente de la lente secundaria (6C) y/o del cono reflexivo (6J) es acoplada ópticamente a medios de conducción de la radiación.
33. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 32
caracterizado por que los medios de conducción de la radiación concentrada por dicho elemento son fibra óptica.
34. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según la reivindicación 32
caracterizado por que los medios de conducción de la radiación concentrada por dicho elemento son minireflectores.
35. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que en el volumen interior del contenedor se hace el vacío.
36. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que en el punto de concentración de la radiación procedente de la lente primaria (5 A) se sitúa una célula fotovoltaica.
37. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que el contenedor tiene forma de pirámide regular invertida de base cuadrada sobre cuyo vértice (6K) piramidal inferior se concentra la radiación de salida de la lente primaria (5 A).
38. Elemento de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que la lente primaria (5 A) tiene unas superficies de microajuste de posición (HA) que permiten que la radiación incidente (6D) se concentre sobre alguno de los lados del contenedor de forma que se produzca un microajuste de posición hasta conseguir el enfoque preciso de dicha radiación sobre el vértice (6K) de dicho elemento.
39. Panel de captación y concentración de la radiación solar directa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que comprende
- un marco soporte (2F) con elementos distanciadores de la superficie de apoyo del panel
- una línea de soporte (2C) de elementos captadores y concentradores de radiación (5)
- elementos de fijación de la línea de soporte (2C) al marco soporte (2F)
- elementos de fijación de los elementos captadores y concentradores de radiación (5) a la línea de soporte (2C)
- elementos de captación y concentración de la radiación.
40. Panel de captación y concentración según la reivindicación 39
caracterizado por que el marco soporte (2F) está fabricado con acero galvanizado en caliente.
41. Panel de captación y concentración según la reivindicación 39 o 40 caracterizado por que las líneas de soporte (2C) están fabricado con acero galvanizado en caliente.
42. Panel de captación y concentración según la reivindicación 39, 40 o 41 caracterizado por que las líneas de soporte (2C) están distribuidas sobre el marco soporte (2F) con una separación que permite el movimiento de rotación alrededor del eje (5F) del elemento captador y concentrador (5) en su movimiento diario (este-oeste) y que permite el movimiento de rotación alrededor del eje (5G) del elemento captador y concentrador (5) en su movimiento estacional (norte-sur).
43. Panel de captación y concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que una sola línea soporte (2C) del panel (2A) sustenta dos líneas de elementos captadores y concentradores de radiación (5), reduciendo de esta forma el número de líneas soporte (2C) a la mitad.
44. Panel de captación y concentración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que comprende elementos captadores y concentradores de radiación (5) sustentados por líneas de soporte (2C), los cuales están dimensionados de forma que permita que dicho panel pueda adoptar la forma de una superficie curva, permitiendo a los elementos captadores y concentradores de radiación (5) su orientación en ángulos dispares.
45. Panel de captación y concentración según la reivindicación 44
caracterizado por que dicho panel (2A) es flexible y puede adoptar formas curvas irregulares,
46. Método de cálculo de la distribución de elementos captadores y concentradores de radiación (5) sobre una superficie para maximizar la concentración de la radiación que incide sobre dicha superficie que comprende los pasos de determinar:
- la latitud terrestre del emplazamiento
- el ángulo que describe el sol entre el solsticio de verano (3C) y solsticio de invierno (3D)
- el ángulo formado por el marco soporte (2F) con la horizontal del terreno
- la distancia elementos captadores y concentradores de radiación (5) en el eje estacional (norte-sur) en función de los parámetros anteriores
- la distribución de elementos captadores y concentradores de radiación (5) respetando la distancia calculada en el paso anterior y optimizando la cobertura de superficie disponible del panel (2A) con la superficie superior de los elementos captadores y concentradores de radiación (5).
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