Detalles constructivos de un prototipo de concentrador solar lineal Beam-down

Autores: S. Taramona, J. Gómez-Hernández y D. Santana

El proceso de llevar una idea general a una idea concreta, y luego a un proyecto palpable no es trivial. En cada uno de los pasos surgen detalles nuevos a considerar y problemas imprevistos. En comunicaciones previas, particularmente en Marzo de 2021, se ha comentado el interés y la importancia de desarrollar concentradores lineales de haz descendente, al igual que una primera idea genérica de prototipo. Un año después se presentan los detalles constructivos del prototipo desarrollado.

Concentradores lineales Beam-down planos

Tradicionalmente los concentradores lineales Fresnel están compuestos de múltiples filas de espejos con baja curvatura que concentran la irradiación solar linealmente a gran altura. Al añadir un reflector secundario hiperbólico, a una altura determinada por encima de los espejos primarios, es posible redirigir esta radiación hacia el suelo. Este mismo efecto se puede obtener con múltiples espejos planos que representen una hipérbola discretizada [1].

Con estas consideraciones el campo solar propuesto cuenta con 3 componentes principales presentados en la Figura 1. En primer lugar, 4 conjuntos de espejos primarios ubicados cerca del suelo, luego un reflector secundario compuesto de espejos planos, y finalmente la zona del receptor donde se concentran todos los rayos solares.

Figura 1. Esquema del prototipo de Beam-down

A continuación, se desarrollan los detalles constructivos para los espejos primarios y para el reflector secundario.

Espejos primarios

Los sets de espejos primarios están ubicados cerca del suelo y están compuestos de 10 espejos planos por set. Cada uno de estos espejos está reforzado con un perfil T de aluminio para aumentar su rigidez y reducir el pandeo, y está conectado a la estructura a través de un soporte especial con un rodamiento. En la Figura 2 se observan los espejos reforzados y conectados a la estructura de manera que permita su giro.

Figura 2. Espejos primarios y sus soportes

Es importante acotar que cada uno de estos espejos debe estar en una posición y con un ángulo determinado. La posición correcta se consigue con cada uno de los soportes, mientras que la inclinación se consigue con un sistema piñón-cremallera. A través de este montaje se consiguen dos objetivos fundamentales: fijar el ángulo deseado para las condiciones de diseño, y lograr el seguimiento del sol a lo largo del día. Es importante resaltar que la diferencia de inclinación entre espejos se mantiene constante a lo largo del día y del año, lo que significa una simplificación en el proceso de guiado y una reducción de costes para esta tecnología. El giro del conjunto de espejos se observa en la Figura 3 y se consigue utilizando un motor paso a paso ubicado al final de la cremallera, equipado con un encoder que permite aumentar los pulsos eléctricos por cada vuelta, lo que supone una mayor precisión en el ángulo de giro.

Figura 3. Giro de espejos primarios

Reflector secundario

El reflector secundario está ubicado a mayor altura y también está compuesto por espejos planos, pero en este caso son 18 y no giran. Al igual que los sets de espejos primarios, estos espejos son reforzados utilizando un perfil de aluminio, y también deben ubicarse en una posición y con un ángulo fijo determinado, es decir, no es necesario que giren. Estos objetivos se consiguen con un soporte especial, que se observa en la Figura 4.

Figura 4. Soporte de espejos secundarios con sus perfiles de refuerzo

Ensamblaje del campo solar

Otro factor importante a considerar es el comportamiento de los diferentes componentes del campo solar en conjunto, y las necesidades que deben satisfacer a lo largo del año. En primer lugar, se desea que el prototipo se pueda desplazar fácilmente para poder guardarlo a salvo de las degradaciones de la intemperie, por lo que se incorporan ruedas en cada uno de los componentes, lo que también permite el ajuste longitudinal del campo solar a lo largo del año.

Esta necesidad de movimiento aunada con la altura relativa del receptor secundario lleva a la necesidad de que todos los componentes tengan la menor altura posible y que el campo requiera refuerzos adicionales. Esto es necesario para compensar la estrechez necesaria para poder ubicar los espejos primarios en su posición correcta. Todas las consideraciones mencionadas se observan en la Figura 5.

Figura 5. Conjunto de espejos primario y reflector secundario

Referencias

 [1] Taramona, S. González-Gómez, P.A., Briongos, J.V., Gómez-Hernández, J. (2022). Designing a flat beam-down linear Fresnel reflector. [online]. Available at:

https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.01.104

Contacto

Domingo J. Santana, Investigador Responsable del grupo UC3M-ISE del Programa ACES2030-CM dsantana@ing.uc3m.es

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía