Dispositivo De Seguimiento Solar Continuo Para Instalaciones Termosolares

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OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

F24J 2/38 (2006.01)

ESPAÑA

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11 Número de publicación: 1 070 196

21 Número de solicitud: U 200802570

51 Int. Cl.:

SOLICITUD DE MODELO DE UTILIDAD

22 Fecha de presentación: 11.12.2008

71 Solicitante/s: ASTURMATIC SYSTEMS S.A.

Área Industrial de Tabaza I, Parcela B-10 33438 Carreño, Asturias, ES

43 Fecha de publicación de la solicitud: 24.06.2009

72 Inventor/es: Estévez Dueñas, Antonio

74 Agente: No consta

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54 Título: Dispositivo de seguimiento solar continuo para instalaciones termosolares.

Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, 75 – 28071 Madrid

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ES 1 070 196 U DESCRIPCIÓN Dispositivo de seguimiento solar continuo para instalaciones termosolares. 5

Sector de la técnica y Objeto de la invención La presente invención, según se expresa en el enunciado, se refiere a un dispositivo de seguimiento solar continuo con aplicación en el movimiento de seguidores solares de concentración puntual.

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Estado de la técnica El seguimiento de la trayectoria del sol es particularmente importante en los dispositivos de colección de la energía solar por tecnología termosolar ya que el rendimiento del dispositivo depende en gran medida de dicho seguimiento.

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La tecnología cilindro parabólica basa su funcionamiento en el seguimiento solar y en la concentración de los rayos solares en unos tubos receptores, denominados tubos absorbentes, de alta eficiencia térmica localizados en la línea focal de los cilindros. En estos tubos, un fluido transmisor del calor, tal como aceite sintético es calentado a 400ºC aproximadamente por los rayos solares concentrados. Este fluido es bombeado a través de una serie de intercambiadores de calor para producir vapor sobrecalentado que podrá convertirse en energía eléctrica en una turbina de vapor convencional. Los componentes principales de un conjunto receptor de tecnología cilindro parabólica son el colector cilindro parabólico, el tubo absorbente, la estructura metálica y el dispositivo de seguimiento. El colector cilindro parabólico tiene por misión reflejar y concentrar sobre el tubo absorbente la radiación solar directa que incide sobre la superficie. El tubo absorbente consta de dos tubos concéntricos separados por una capa de vacío siendo el tubo interior metálico y el que contiene el fluido transmisor del calor y siendo el tubo externo de cristal. La estructura metálica tiene por misión aportar rigidez al conjunto de elementos que lo componen. Por último, el dispositivo de seguimiento consiste en un dispositivo que gira los colectores cilindro parabólicos del colector alrededor de un eje. El dispositivo de seguimiento del sol es por lo tanto necesario para que en todo momento el resultado de la reflexión incida sobre el tubo absorbente. El seguimiento se hace generalmente de Este a Oeste, en torno a un eje Norte-Sur a lo largo del cual se disponen los conjuntos receptores cilindro parabólicos. Tomando la referencia desde el norte y mirando hacia el Sur, se observa que los espejos giran alrededor del eje Norte-Sur que definen los tubos absorbentes, comenzando por la izquierda (Este) al principio del día y finalizando por la derecha (Oeste) al final del día.

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Los dispositivos actuales funcionan a una única velocidad de trabajo, que, a su vez, es la mayor de las velocidades necesarias para realizar las tareas necesarias en los movimientos de los receptores, es decir la velocidad de desenfoque de 5,71 mRad/s. Sin embargo la velocidad de desplazamiento del sol es de 0,25º/min (0,072 mRad/s aproximadamente), es decir el conjunto receptor se mueve a una velocidad 78,2 veces superior que la velocidad ideal de desplazamiento. Teniendo en cuenta el ciclo de 20 segundos del dispositivo para actuar y provocar la reorientación del conjunto receptor a la nueva posición del sol a la velocidad de 5,71 mRad/s, el dispositivo dispone de 0,25 segundos para controlar dicho movimiento hasta la nueva posición. De los 0,25 segundos disponibles para la reorientación del conjunto receptor, 0,10 segundos se emplean en la activación y desactivación de las electroválvulas. Por lo tanto restan 0,15 segundos reales para lograr la reorientación del conjunto receptor. La electrónica actual requiere realizar al menos 5 muestreos para realizar el control en lazo cerrado, a razón de 0,015 segundos aproximadamente por muestreo. Por lo tanto, en los 0,15 segundos disponibles en los dispositivos actuales el dispositivo de control únicamente puede realizar 10 muestreos, siendo la resolución o error en el posicionamiento de 0,086 mRad.

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Por otro lado, los dispositivos de seguimiento actuales realizan las funciones de seguimiento en espacios que van desde los 5 a los 20 Sg. en estos espacios de tiempo, el colector cilindro parabólico recibe movimiento en espacios que oscilan entre los 0.1 Sg. a los 4 Sg., estos tiempos activos dependen del suministro de caudal de dispositivo. 55

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En todos los movimientos se producen procesos de aceleraciones y deceleraciones por cada período de trabajo (de 5 a 20 Sg.) que someten a las estructuras a fatigas derivadas por el estrés de los materiales. Además, no garantizan un enfoque correcto en la totalidad del seguimiento. Con la presente invención se pretende solucionar las carencias detectadas en los dispositivos de seguimiento existentes en cuanto al control de los movimientos del conjunto receptor y al aprovechamiento de la energía aportada por el dispositivo hidráulico, mediante un nuevo dispositivo de seguimiento solar continuo adaptándolo en todo momento a la velocidad relativa del sol (aproximadamente 0.072 mRd/Sg). Por tanto, el dispositivo objeto de la invención soluciona los inconvenientes de los dispositivos utilizados en la actualidad. Descripción de la invención Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un nuevo dispositivo de seguimiento solar continuo para instalaciones termosolares integrado por un tacómetro incremental (2) conectado con el eje del colector cilindro pa2

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rabólico (4) y, a su vez, con un interface (5). El tacómetro incremental (2) proporciona una señal, denominada señal de realimentación, con la posición del colector cilindro parabólico. Dicha señal es transformada por un interface (5) enviándola a un regulador proporcional integral derivativo (7), también denominado PID, donde se compara con la señal que, en ese momento, demanda el algoritmo de posicionamiento solar (8), denominada punto de consigna. La salida del PID es una señal eléctrica, de entre 0 y 10 voltios, que controla linealmente la velocidad de rotación del motor (1) acoplado a la bomba hidráulica. Esta bomba deberá girar a la velocidad necesaria para proporcionar un caudal que haga en todo momento que el colector cilindro parabólico gire a la velocidad justa y precisa en función de la referencia generada por el control electrónico.

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Según otro aspecto de la invención el dispositivo de seguimiento solar cuenta con una célula de radiación solar (3) que mediante la sombra del tubo de radiación genera otra señal indicando al interface (5) la posición del colector cilindro parabólico y que, a su vez, se envía al PID(7) donde se compara con la señal que, en ese momento, demanda el algoritmo de posicionamiento solar (8), denominada punto de consigna.

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Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir un dibujo que ayuda a comprender mejor la invención y que se relaciona expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

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La figura 1 representa una vista del dispositivo de seguimiento solar continuo para instalaciones termosolares, integrado por un motor (1), un tacómetro incremental (2) y una célula de radiación solar (3), conectados con el eje del colector cilindro parabólico (4) y con sendos interfaces (5 y 6) que, a su vez, están conectados a un regulador proporcional integral derivativo (7). A dicho regulador también está conectado un algoritmo de posicionamiento solar (8) que se conecta, a su vez, con un motor (1) que acciona una bomba hidráulica.

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Descripción de un modo de realización de la invención

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Una realización particular del dispositivo objeto de la siguiente invención consiste en un dispositivo de seguimiento solar continuo para colectores cilíndrico parabólicos formado por un motor (1), un tacómetro incremental (2) y una célula de radiación solar (3) que están conectados con el eje de un colector cilindro parabólico (4) y, a su vez, con sendos interfaces (5 y 6), caracterizado porque las señales enviadas por el tacómetro incremental (2) y la célula son transformadas por los interfaces enviándolas a un regulador proporcional integral derivativo (7) donde se comparan con la señal que, en ese momento, demanda el algoritmo solar (8), generando la señal para el control de la velocidad de rotación del motor (1) de velocidad variable.

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1. Dispositivo de seguimiento solar continuo para instalaciones termosolares formado por un motor (1), un tacómetro incremental (2) y una célula de radiación solar (3) que están conectados con el eje de un colector cilindro parabólico (4) y, a su vez, con sendos interfaces (5 y 6), caracterizado porque las señales enviadas por el tacómetro incremental (2) y la célula (3) son transformadas por los interfaces enviándolas a un regulador proporcional integral derivativo (7) donde se comparan con la señal que, en ese momento, demanda el algoritmo solar (8), generando la señal para el control de la velocidad de rotación del motor (1), de velocidad variable.

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