COLECTOR SOLAR CILINDRO-PARABOLICO CON RADIACION UNIFORMIZADA

Hoy en nuestra sección de Patentes Verdes, os queremos presentar una nueva invención de Francesc Martínez-Val Piera en el campo de la energía solar, nuevo Colector solar cilindro-parabólico con radiación uniformizada.

La invención se encuadra en el campo de la energía solar térmica, particularmente la que utiliza concentración de la radiación originaria para alcanzar alta temperatura en el bien útil, que generalmente se materializa en un fluido calorífero que transporta el calor solar absorbido hasta un ciclo termodinámico. Dentro de este campo se encuadra en los colectores cilindro-parabólicos, que concentran la radiación solar en un eje focal longitudinal en el cual se ubica un tubo absorbedor, por dentro del cual circula el fluido calorífero.

El tubo absorbedor está rodeado de una cubierta, así mismo cilíndrica, de vidrio o material resistente y transparente, que sirve para mantener vacío entre ambos tubos, con objeto de reducir las pérdidas por convección, y para evitar la agresión del aire sobre la pintura o adhesivo de alta absortividad y baja emisividad que recubre el tubo absorbedor.

Uno de los procedimientos que hoy día ya se instalan para conseguir altas temperaturas en un fluido calorífero, a partir de la radiación solar térmica, se basa en colectores cilindro-parabólicos que montan, en su eje focal parabólico, un tubo coaxial, o casi coaxial, con dicho eje focal del cilindro parabólico. Tal es el caso de la central solar térmica SEGS de California  y de varios montajes existentes en la Plataforma Solar de Almería, así como en centrales en construcción en España.

Actualmente existen varios Colectores Cilindro-parabólicos (CCP) comercializados, que son los usados en las plantas y plataformas que se están construyendo, y entre los cuales se pueden citar, por ser Marcas Registradas muy recientes, los CCP SKAL-Eurotrough y SENERTRHOUGH.

Un problema de estos colectores es que la radiación solar concentrada incide sobre el tubo absorbedor por sólo una parte de su superficie, que en general no llega a cubrir 180º (grados sexagesimales) de los 360º que ocupa el perímetro circunferencial del tubo. Ello hace que la energía depositada por la radiación, por unidad de superficie del tubo, presente grandes variaciones, siendo muy alta en algo menos de la mitad de la superficie, y siendo nula en la cara no iluminada por la radiación (que podríamos denominar cara en sombra).

Esta enorme asimetría azimutal en la distribución de la deposición de calor en la superficie del tubo, provoca
gradientes circunferenciales de temperatura muy elevados, incluso en el caso de tener el material del tubo buena conductividad de calor.

Para eliminar este peligro de rotura del tubo absorbedor o de su cubierta de vidrio, se han de eliminar las tensiones mecánicas inducidas por los grandes gradientes existentes en el valor de la radiación incidente sobre las dos caras del tubo, la iluminada y la que queda en sombra; lo que exige uniformizar dicho valor de la radiación incidente. Para ello se propone esta invención.

Descripción de la invención

La invención consiste en la configuración de una geometría de tratamiento de la radiación solar en la que la reflexión de los rayos solares iniciales se fracciona en dos familias de trayectorias, impactando la primera de ellas directamente sobre el tubo absorbedor, e impactando la segunda familia también sobre el tubo, pero después de una reflexión adicional, que proyecta los rayos de esta segunda familia sobre la cara opuesta del tubo, respecto de la cara donde impactó la primera familia.

Para ello la invención consiste en configurar unos colectores con perfil cilindroparabólico con dos ramas parabólicas, por cada lado, una a continuación de otra, y teniendo la segunda rama, más externa, una distancia focal mayor que la primera o interior, aunque quedando ese segundo foco en el mismo eje de simetría que el del foco de la primera parábola, aunque más alejado del ápice (punto extremo) de ésta. Esto es esencial para evita la interferencia, tipo lente óptica, que produce la cubierta exterior cilíndrica transparente, o tubo de cristal, concéntrico al tubo absorbedor.

La invención se completa situando el tubo absorbedor no exactamente con su centro en el foco de la primera rama parabólica del colector, sino en una posición aguas arriba de la radiación concentrada tras la reflexión inicial, esto es, más cerca del ápice de la parábola que la posición del foco, de tal modo que el rayo más exterior, por cada lado, de la primera familia de rayos, que es la que se refleja en la primera rama parabólica, o más interior, es tangente al tubo, por lo que toda la radiación de rayos reflejados de esa familia, incide sobre el tubo absorbedor. Para ello la invención incluye la prescripción numérica que se ha de dar entre la ubicación del centro del tubo, el foco de la rama parabólica interior, y la anchura de ésta.

La invención se termina de completar mediante un conjunto adicional de espejos que se disponen más allá del tubo según incide la radiación concentrada, de tal manera que el conjunto adicional de espejos refleja la radiación de la
segunda familia de rayos, que es la procedente de la reflexión de rayos directamente solares sobre la rama parabólica exterior de cada lado.

FUENTE | OEPM