SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el campo de las instalaciones solares que concentran la radiación solar original sobre una superficie receptora, merced a la reflexión de la radiación en un conjunto de espejos adecuadamente enfocados al sol a lo largo de su trayectoria diurna.

Más concretamente la invención se aplica a conjuntos de espejos longitudinales paralelos, que a su vez son paralelos a la superficie receptora, en la cual puede situarse una aplicación térmica o fotovoltaica.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El Sol se aprecia desde la Tierra como un disco emisor de radiación, con intensidad sensiblemente uniforme, y 32' (minutos sexagesimales) de apertura óptica, o valor angular de su diámetro. Esta apertura corresponde a 1/ 07 radianes, lo cual es un dato esencial al tratar con la radiación solar. Asimismo es fundamental tener en cuenta la trayectoria diurna del sol, que a su vez cambia cada día; lo cual no es óbice para que dicha trayectoria se conozca muy bien para cada día del año, y para cada localización geográfica. Eso lleva a menudo a utilizar tablas astronómicas para efectuar el enfoque al sol de los aparatos de reflexión o de refracción que trabajan con la radiación solar, o la miden. Ahora bien, las tolerancias mecánicas de esos aparatos, más las propias de los sistemas de arrastre o giro, y de los motores eléctricos que en general producen esos movimientos, hace que no sea completamente fiable ese enfoque, y se usen medios para verificar su puntería o efectividad, como el propuesto en la solicitud de patente ES 2 325 975 A1 de este mismo inventor, aplicable a concentradores cilindro-parabólicos.

En esta invención se usa como geometría de la reflexión y concentración de la luz un dispositivo de múltiples espejos longitudinales, que giran alrededor de su eje longitudinal cuando han de seguir al sol para enfocar la radiación reflejada sobre un receptor que está en alto sobre los espejos. Este dispositivo presenta limitaciones ciertas en la concentración de radiación, según es conocido en la literatura científica sobre el tema; aunque dichas limitaciones no son tan drásticas como se creía, si se usan las pautas adecuadas para dimensionar los elementos constitutivos de éstos, según ha quedado en evidencia en las solicitudes de patente de este mismo inventor, ES 2 345 759 A1 y ES 2 346 629 A1 , con las cuales pueden mejorarse mucho las prestaciones de estos dispositivos en cuanto a concentración de la radiación. Pero esas invenciones carecen de un método de enfoque al sol y corroboración de su exactitud, pues suponen que ese enfoque es exacto, cosa que se aleja bastante de la realidad.

En el estado de la técnica se conocen referencias que describen algunos dispositivos de enfoque y seguimiento (tracking) solar, estando algunos de ellos dedicados a dispositivos longitudinales de reflexión, aunque las soluciones que aportan están muy alejadas de la presente invención. Algunas de ellas, como la del documento US 2008/0128017 A1 , parecen desconocer la característica de que todos los espejos de un montaje Fresnel (como muchos llaman a dispositivos de este tipo) han de rotar con la misma velocidad angular, aunque cada uno tenga inclinación distinta, pues todos han de reflejar los rayos solares sobre el receptor. Es decir, es un giro cuya velocidad angular es la misma para todos los espejos en un momento dado, pero la fase de giro en la que se mueve cada espejo es particular de dicho espejo.

Un grupo importante de solicitudes lo constituyen las US 2010/051075 A1 , US 2010/051016 A1 y US 2010/051018 A1 , con muchos puntos comunes en la descripción de los equipos, y con dos fallos fundamentales que inhabilitan su aplicabilidad, pues ignoran la apertura de 32 minutos en la luz solar, y hacen girar los espejos sobre un eje del soporte estructural del espejo, no coincidente con la superficie reflectiva en sí misma, lo cual produce unas inexactitudes tremendas en el enfoque.

Los documentos US 2010/051017 A1 y WO 2009/131787 A1 , se refieren al seguimiento en dos ejes, y responden a la vía más clásica de usar datos astronómicos para efectuar el seguimiento, que pasa a ser así cosa de diagramas de bloques expresando qué se debe hacer, sin detallar exactamente cómo se hace.

Volviendo al caso del seguimiento con giro en 1 eje, se encuentran los documentos US 2008/0163864 A1 y US 2008/295825 A1 , pero también ignoran la apertura de 32' y no contienen ningún dispositivo que testifique que la orden dada al seguidor o "tracker" se verifique exactamente. Se usan tornillos sin fin o correas para transmitir el giro, lo cual es práctica común en la tecnología, pero no es adecuado en un aparato solar, que por la apertura de la radiación debe tener una precisión mejor que una fracción moderada de la apertura del disco solar. En definitiva, precedente directo no existe, pues además la invención se basa en dispositivos de acción discretizada, en los que quedan acotados los errores cometidos, y se usa la propia posición del sol para garantizar la corrección del enfoque. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un sistema que emplea ruedas compuestas de dos partes concéntricas, que producen el giro de los espejos de manera discreta, en saltos de N minutos sexagesimales, actuando el motor eléctrico que produce el giro sólo el tiempo necesario para efectuar el giro antedicho. Esto se materializa en dos acciones, de puesta en marcha del motor que induce el giro, súbito, de N minutos sexagesimales; y la interrupción de la acción del motor en cuanto se han girado dichos N minutos, siempre en la dirección del sol en el plano de trabajo de la invención, que es un plano perpendicular a los ejes de los espejos y del receptor. Esta última acción de interrupción o parada, se materializa porque la corriente de alimentación a dicho motor se corta abruptamente cuando el giro de los espejos alcanza los N minutos antedichos, girando todos los espejos la misma cantidad, aunque están en desfase unos con otros.

Este giro corresponde a un movimiento solar que vale 2N minutos sexagesimales, medido en la proyección de la trayectoria astronómica solar sobre el plano de trabajo de la invención, efectuándose la medición de dicho movimiento solar por medio de un conjunto de fotocélulas, lo cual activa, mediante un circuito-relé, el accionamiento del motor eléctrico previa liberación de su enclavamiento interior. En la otra acción, con la que finaliza ese giro súbito, se corta la corriente del motor eléctrico, y queda éste en fase de bloqueo y freno, merced a que la rueda compuesta motriz que es girada por el motor, tiene solidaria a ella una gran aguja minutero, que gira sobre el mismo eje de la rueda compuesta; y tiene dicho minutero en su extremo una pieza de contacto eléctrico. El minutero gira N minutos sexagesimales solidariamente con la rueda motriz, cuando ésta gira por acción del motor; encontrando el minutero tras ese giro súbito una nueva hendidura o valle en la entalladura, en donde hay otro contacto eléctrico, con el que cierra el minutero ese circuito específico, que es un relé que corta la alimentación del motor y al mismo tiempo bloquea los ejes de giro, por bloquear el motor eléctrico solidario a ellos y a su sistema de transmisión, basado en las ruedas compuestas solidarias con cada eje, accionadas por un vástago corrido tractor/empujador; siendo el número de minutos N un valor fijado por diseño, que es inferior a los 32 minutos sexagesimales de apertura de la luz solar al llegar a la Tierra.

La invención incluye el montaje de los espejos con el eje de giro en perfecta coincidencia con un eje longitudinal perfectamente identificado en la superficie especular propiamente dicha, coincidiendo por lo común este eje con el eje de simetría del espejo. Ello se materializa mediante un eje de sustentación y giro, para cada espejo, que corresponde a un cilindrico completo en los tramos en los que queda alojado dentro del cojinete de asentamiento en cada pilar-soporte de la estructura; quedando rebajado dicho cilindro completo a menos de medio cilindro, lo cual se denomina cuasi-semi-cilindro, en la parte que es solidaria con el espejo; asentándose la pieza soporte del espejo sobre dicho cuasi-semi-cilindro con la prescripción de que el espesor de la pieza soporte del espejo, hasta la superficie especular propiamente dicha, es igual a la distancia que se ha rebajado el material del eje cuasi-semi-cilindro, desde el centro de su sección recta circular primitiva hasta la cara física que ha quedado en la línea longitudinal central del cuasi-semi-cilindro.

Así se logra que el eje geométrico de giro, que es una línea virtual que va de apoyo a apoyo, de centro de cilindro a centro de cilindro dentro de cada cojinete de los soportes en los extremos, coincida justo con una línea sobre la superficie especular.

En definitiva la invención se compone de:

- un conjunto de ruedas compuestas de accionamiento de giro de cada espejo, montadas en el eje de giro de cada espejo, en uno de sus extremos, estando compuesta cada rueda de dos partes concéntricas, que se ensamblan por estar la periferia de la parte interior, y la superficie interior de la parte exterior, talladas con el mismo tipo de dientes, abarcando cada diente un número M de minutos sexagesimales;

- un conjunto de fotocélulas que activan, mediante un circuito-relé, el accionamiento de un motor eléctrico; estando acoplado el piñón del eje del motor eléctrico a una rueda dentada montada sobre el eje de giro del espejo motriz, disponiendo la rueda compuesta motriz acoplada a dicho eje, de un vastago empujador-tractor que actúa sobre las distintas ruedas compuestas por el acoplamiento de sucesivos ojales de dicho vástago con los tetones existentes en la periferia lateral de cada una de las ruedas compuestas;

- una gran aguja minutero, que gira solidaria al mismo eje de la rueda compuesta motriz, teniendo dicho minutero en su extremo una pieza, o puntero, perpendicular a la aguja, y provisto de un contacto eléctrico, deslizándose dicho puntero sobre la entalladura del borde superior de un tablero fijo, paralelo a la rueda motriz, y teniendo dicha entalladura unos dientes, siendo la anchura angular de cada diente de N minutos sexagesimales, y correspondiendo dicho borde superior del tablero a un arco circular de radio igual al de la rueda compuesta motriz en el punto en el que sobresale su tetón lateral; y existiendo en los valles o hendiduras de la entalladura otro contacto eléctrico, cerrándose el correspondiente circuito cuando el contacto del puntero contacta con el contacto de un valle o hendidura, lo cual corta la alimentación eléctrica del motor de accionamiento de giro, quedando enclavados los ejes, el vástago y las ruedas compuestas en la posición que en ese instante tuvieran;

- y quedando así mismo fijos los espejos por ser solidarios cada uno con su eje, correspondiendo cada eje a un cilindrico completo en los tramos en los que queda alojado dentro del cojinete de asentamiento en cada pilar-soporte de la estructura; quedando rebajado dicho cilindro completo a menos de medio cilindro, lo cual se denomina cuasi-semi-cilindro, en la parte que es solidario con el espejo, asentándose la pieza soporte del espejo sobre dicho cuasi-semi-cilindro con la prescripción de que el espesor de la pieza soporte del espejo, hasta la superficie especular propiamente dicha, es igual a la distancia que se ha rebajado el material del eje cuasi-semi-cilindro, desde el centro de su sección recta circular primitiva, hasta la cara física que ha quedado en la línea longitudinal central del cuasi-semi-cilindro.

En el puntero del minutero antedicho se coloca un terminal adicional, para tener redundancia independiente en la orden a generar, que se genera cuando el minutero, por la actuación de giro comunicada al espejo, pasa de un valle de la entalladura al otro. Al llegar a éste, merced al contacto producido por uno de los dos terminales que lleva, se interrumpe la alimentación eléctrica al motor que mueve al espejo principal, cuya rueda es la motriz. Los dos terminales en cuestión son: 1) el contacto eléctrico ya descrito; 2) un contacto fotónico, por llevar el puntero un diodo emisor de luz, y tener cada valle de las entalladuras de la superficie superior del tablero, una fotocélula que activa su circuito-relé cuando es iluminada por dicho diodo; produciendo cualquiera de estos dos tipos de relé la interrupción de la alimentación eléctrica del motor de actuación de giro, y bloqueando su posición de giro.

La puesta en marcha y parada del motor eléctrico en cada salto de N minutos sexagesimales se puede determinar por las tablas astronómicas, pero la invención incorpora un sistema activado directamente por la posición del sol, lo cual sirve a su vez de garantía de buen enfoque, consistiendo dicho sistema en la generación de una señal eléctrica que pone en marcha el motor eléctrico, para efectuar un giro de N minutos sexagesimales en los espejos, en la misma dirección que gira el sol, y generándose dicha señal eléctrica cuando cesa la interacción luminosa causada en una fotocélula por el rayo reflejado desde una pestaña longitudinal adherida solidariamente a un extremo lateral del espejo al que va acoplada la rueda motriz, o eventualmente a cualquier otro espejo, o bien como pestaña prolongación en un extremo del mismo, y que en su cara reflectiva tiene una línea longitudinal bien marcada, que es donde acaba la superficie de alta reflectividad, siendo la superficie exterior a dicha línea de muy baja reflectividad, y siendo esta línea paralela al eje del espejo, y teniendo dicha pestaña la recta normal a su plano bien definida y conocida respecto de la normal al espejo principal en su punto medio; y por otro lado, a una altura escogida por diseño, sin superar la del receptor, se ubica una tablilla transversal, con al menos N+1 fotocélulas, en paralelo al plano de trabajo de la instalación, estando situadas las al menos N fotocélulas una tras otra a lo largo de la tablilla, en inmediata vecindad entre ellas, siendo eléctricamente independientes entre sí todas las fotocélulas, y teniendo las mismas características fotométricas todas ellas, proporcionando la que está separada la señal de referencia de la radiación de fondo, por estar situada en una posición en la que no recibe ni radiación solar directa, ni reflejada desde los espejos; y proporcionando las otras fotocélulas una señal que indica, por su intensidad, si incide o no sobre cada una de ellas la luz reflejada desde la pestaña, y teniendo cada fotocélula una longitud, en el plano de trabajo, equivalente a un arco de 2 minutos sexagesimales, con un radio de dicho arco que es la distancia desde la pestaña al punto medio de las fotocélulas ubicadas juntas, medida esa distancia en el plano de trabajo; y generándose la señal-relé de puesta en marcha del motor de accionamiento del giro cuando el movimiento solar natural anula en N fotocélulas consecutivas la radiación reflejada desde la pestaña, por desplazamiento del extremo del haz luminoso, al desplazarse el sol ese arco de 2N minutos sexagesimales en el plano de trabajo.

Ya se ha dicho que los espejos que conforman un conjunto longitudinal de reflexión, y que apuntan hacia un mismo receptor cuyo eje longitudinal es paralelo a los ejes de giro de los espejos, giran los mismos grados todos ellos en un período de tiempo determinado en su seguimiento al sol, aunque cada espejo tiene distinta inclinación, y en todos ellos la normal al espejo, que marca el giro del espejo, gira la mitad del ángulo que ha avanzado el sol, en su trayectoria proyectada sobre el plano de trabajo de la invención, y dicho giro de cada espejo se efectúa por medio de la rueda compuesta ya explicada, solidaria con el eje del espejo.

Es conocido que existen dos alineaciones esenciales para este tipo de dispositivos longitudinales: 1) según el meridiano, y 2) según el paralelo. Cabría cualquier otra, pero en tal caso la definición de la trayectoria solar habría que plasmarla rigurosamente en el plano de trabajo, que siempre es perpendicular a los ejes longitudinales de giro del espejo, y del receptor, paralelos entre sí. En todo caso, habida cuenta que los dos montajes cartográficamente bien definidos son según el meridiano y según el paralelo, se expondrá la aplicación en ambos, que tienen absolutamente el mismo fundamento, distinguiendo en cada uno de ellos las variantes existentes según la posición relativa del campo de espejos respecto del receptor. Para los montajes según el meridiano, la aplicación de la invención tiene dos variantes, según el campo de espejos esté a levante o a poniente del receptor, dándose las pautas de aplicación para el hemisferio Norte, y siendo simétricas para el hemisferio Sur. Para ello se señala que, cuando el campo de espejos está a levante, con los espejos quietos durante el paso de trayectoria solar de 2N minutos sexagesimales, los rayos de sol reflejados desde la pestaña van incidiendo cada vez más arriba en el cordón de fotocélulas, tal como el sol sigue su marcha hacia poniente. Por el contrario, cuando el campo de espejos está a poniente del receptor, los rayos de sol reflejados desde la pestaña van incidiendo cada vez más abajo. Este fenómeno natural sirve para activar el motor eléctrico y girar los espejos minutos sexagesimales. Téngase en cuenta que la normal al espejo es la bisectriz del ángulo de reflexión, y que por tanto su movimiento abarca, en grados, la mitad del arco que recorre el sol en su movimiento aparente en el plano de trabajo.

Por ello, cuando el campo de espejos está a levante, la invención funciona según la pauta técnica que sigue: la iluminación de las fotocélulas se va desplazando hacia arriba, y según como se haya hecho la calibración inicial de la jornada, habrá una fotocélula iluminada por la reflexión desde la pestaña, que será la fotocélula que esté más abajo de todas las iluminadas, y es la que se toma como referencia. En ella incide, al comienzo del paso de tiempo, el extremo izquierda (extremo occidental) del haz reflejado desde la pestaña, que se irá desplazando hacia arriba a medida que el sol avanza en su camino, dentro de ese paso discretizado, en el que no se mueven los espejos. Eso quiere decir que la fotocélula de referencia es la primera en dejar de estar iluminada, y luego deja de estarlo su vecina de más arriba, y así sucesivamente. Cuando han quedado sin iluminación N fotocélulas, como en total representan 2N minutos sexagesimales, el paso se da por concluido. Así pues, cuando la fotocélula que hace la número N desde la de referencia, contando ésta como la 1 , se queda sin iluminación desde la pestaña, y sólo recibe la radiación de fondo, se cierra el circuito de mando del motor eléctrico, para hacer que éste provoque el giro de las ruedas y los espejos en N minutos sexagesimales, en la dirección de avance del sol. Eso lleva a situar de nuevo la iluminación sobre la tablilla de fotocélulas en un punto que está N fotocélulas más abajo de lo que estaban antes del giro del espejo en N minutos sexagesimales; con lo cual vuelve la iluminación hasta la fotocélula de referencia. El paso se repite una y otra vez con estas características.

Cuando el campo de espejos está a poniente del receptor, la invención funciona según la misma pauta técnica, pero invirtiéndose el sentido del desplazamiento de la iluminación de las fotocélulas dentro de un paso de 2N minutos sexagesimales; y cuando el desplazamiento ha descendido N fotocélulas, se cierra el circuito de mando del motor eléctrico, para hacer que éste provoque el giro de N minutos sexagesimales en los espejos, siempre en la dirección de avance del sol.

Conviene precisar que el avance de 2N minutos sexagesimales por parte del sol en la proyección de su movimiento en el plano de trabajo no supone siempre el mismo paso temporal, pues depende precisamente del ángulo que forma el vector de la radiación solar con el plano de trabajo. Este vector se puede descomponer en dos componentes: una contenida en el plano de trabajo; y otra perpendicular a él, que es paralela a los ejes de los espejos. De cara a la rotación necesaria para seguir al sol, la componente longitudinal no influye; y la otra es la que gobierna el avance solar; lo cual se ha discretizado en avances de 2N minutos sexagesimales, a los que corresponden giros de los espejos de N minutos sexagesimales, efectuados súbitamente, cuando lo ordena la tablilla de fotocélulas.

En los montajes según el paralelo, caben a su vez otras dos variantes, pues el campo de espejos puede estar al norte del receptor, o al sur de éste; pero en el plano de trabajo de este montaje, que es perpendicular al paralelo local, la trayectoria solar es menos simple que en el caso de alineación de ejes Norte-Sur (meridiano), habiendo además una marcada diferencia de invierno a verano, no sólo cuantitativa, como es la máxima ascensión del sol, que es menor en invierno; sino de tipo cualitativo. Téngase en cuenta que en verano el sol nace, en el hemisferio Norte, al norte del punto cardinal local Este, y se pone al norte del punto cardinal Oeste, y toma mucha altura, llegando a una ascensión sobre el horizonte local que es igual al complementario de la latitud más 23° 27', que es la inclinación del eje de la eclíptica. Por el contrario, en invierno el sol nace al sur del Este y se pone al sur del oeste, y su ascensión sobre el horizonte local es igual al complementario de la latitud menos 23° 27'. Esos hechos astronómicos hacen que el seguimiento al sol en estos montajes según el paralelo no evidencie una trayectoria mantenida en el plano de trabajo, y por tanto el desplazamiento de la iluminación de las fotocélulas de la tablilla testigo puede ser hacia arriba o hacia abajo, según la estación y según la hora. En concreto, el desplazamiento de la iluminación en la tablilla de fotocélulas, dentro de un paso de tiempo en el cual los espejos están quietos, es como sigue, para la casuística que se define:

Con el campo al Norte del receptor,

- En verano, antes del mediodía local, la iluminación por las fotocélulas asciende, y después del mediodía desciende. - En invierno, antes del mediodía local, la iluminación por las fotocélulas desciende, y después del mediodía asciende

Con el campo al Sur del receptor,

- En verano, antes del mediodía local la iluminación por las fotocélulas desciende, y después del mediodía asciende.

- En invierno, antes del mediodía local la iluminación por las fotocélulas asciende, y después del mediodía desciende

Cabe reseñar a efectos prácticos, aunque no afecte a la invención en sí, que en los montajes según el paralelo, el giro total de los espejos a lo largo de una jornada es menor que el giro que ha de haber en esa misma jornada en los montajes según el meridiano, pues el movimiento aparente del vector que representa la radiación solar, se mueve menos en la proyección sobre el plano de trabajo de los montajes según el paralelo. En todo caso, en los montajes según el paralelo, la orden de accionamiento del motor de giro se genera cuando se produce la anulación de la iluminación por reflexión desde la pestaña, en N fotocélulas consecutivas, efectuándose el giro siempre siguiendo al sol en su trayectoria proyectada en el plano de trabajo de la invención.

Los espejos que conforman un conjunto longitudinal de reflexión se disponen en paralelo, y tendidos horizontalmente en sentido longitudinal, o con poca inclinación, y sus ejes estructurales, que ya se ha dicho coinciden en su centro con el eje virtual de giro, se apoyan cada cierto trecho en los pilares de sujeción, que van provistos de un asentamiento para el cojinete que abraza al eje estructural. En un extremo de cada espejo (y en particular, en su extremo norte, en el caso de los montajes según el meridiano) sobresale el eje para engastar la rueda compuesta que determina el giro del espejo, y que va actuada por el vástago engarzado en los sucesivos tetones o protuberancias que sobresalen de una de las caras de las sucesivas ruedas, en un punto de su periferia o borde.

La morfología de la rueda que determina el giro del espejo, permite ajusfar la inclinación relativa de éste respecto del espejo principal o motriz, dentro de la tolerancia marcada por las entalladuras exterior e interior de las partes interna y externa, o anillo, respectivamente. Cada diente de la entalladura tendrá un determinado arco de circunferencia, que cabe expresar como M minutos sexagesimales. Cuanto más pequeño sea M, más precisa puede ser la alineación del espejo respecto del espejo principal. Por coherencia geométrica, M no debe ser mayor que N, y la prescripción base de la invención es M = N. Téngase en cuenta que la parte exterior de la rueda, o anillo, va forzada en una determinada posición por el tetón o protuberancia en el que se ensambla el vástago. La parte interior debe engastarse en la entalladura común con el anillo, y a su vez en el eje físico del espejo, y por tanto su inclinación se puede rotar en módulos de M minutos sexagesimales; y esta propiedad se aprovecha para fijar cada espejo con una inclinación determinada respecto del espejo principal o motriz, que es la adecuada para el enfoque al sol, por más cercana al valor dado por diseño, relativa al espejo principal o motriz. Esto se realiza con todo el conjunto de espejos accionados por el mismo mecanismo.

Un campo de espejos de una instalación dada puede subdividirse en varios conjuntos de espejos agrupados, con su propio mecanismo motriz cada uno de estos conjuntos.

En el eje de un espejo principal o motriz se engasta la rueda de actuación de giro, que hace de rueda principal, y en cuya protuberancia en el borde del anillo se engasta el vástago empujador-tractor de actuación de giro. Según se estime en función de la resistencia al giro del conjunto de espejos, y por estabilidad mecánica del sistema, se pueden usar dos vástagos empujadores-tractores, paralelos entre sí, y que se engastan en protuberancias al borde del anillo, en posiciones diametralmente opuestas en cada rueda.

También va acoplado solidariamente al eje del espejo principal el minutero que, en su giro, roza la cara superior del tablero de testificación de giro, que lleva una entalladura con dientes de N minutos sexagesimales de arco en dicha cara superior, la cual tiene un perfil circunferencial de radio igual al de las ruedas de actuación de giro. El minutero antedicho lleva un puntero perpendicular en su extremo, con flexibilidad en su base, y que descansa sobre la superficie exterior entallada de la cara superior del tablero.

Por otro lado, la ubicación, en la coordenada longitudinal, de la tablilla de fotocélulas está determinada por la reflexión de los rayos solares desde la pestaña testigo, que debe ser suficientemente larga, longitudinalmente, según lo requiera el montaje en cuestión y la latitud del lugar, pues ésta tiene mucha influencia en el valor de la componente longitudinal del vector solar, y cuanto mayor es dicha componente, más viaja el rayo reflejado desde la pestaña hasta la tablilla de fotocélulas, y más larga tiene que ser la pestaña. Si A es la altura a la que se ubica el centro de la tablilla de fotocélulas sobre el nivel al que se encuentra el eje del espejo principal, y G es el menor valor del ángulo que forma sobre la horizontal la componente longitudinal del vector de la radiación solar que interesa aprovechar, la longitud de la pestaña ha de ser como mínimo A/tgG, donde tgG significa el valor de la tangente del ángulo G. Respecto de la ordenada longitudinal en la que tiene que ubicarse la tablilla, en el montaje según el meridiano puede estar en cualquier posición en la que tenga, a su sur, una longitud de pestaña del tamaño especificado anteriormente, A/tgG, teniendo a su norte una longitud de pestaña de valor A/tgF, siendo F el menor valor del ángulo que forma sobre la horizontal la componente longitudinal del vector de la radiación solar, cuando el sol se encuentra por encima del paralelo local, bien a primeras horas tras el orto solar en verano, bien a últimas horas antes del ocaso.

Como variante a la ubicación de la pestaña testigo en un extremo lateral del espejo principal, o de otro espejo que esté bien certificado en su inclinación respecto del principal, cabe ubicar la pestaña a continuación del eje de giro de un espejo, siendo en este caso la pestaña una pieza rectangular, alargada y estrecha, con superficie de reflectividad similar a la de los espejos; siguiendo las pautas ya especificadas anteriormente sobre el desplazamiento de la iluminación de las fotocélulas en las diversas condiciones estacionales, horarias, y de ubicación relativa del campo de espejos y el receptor.

En resumen, la invención se ejecuta a través de circuitos relés, bien de accionamiento del motor de giro de la rueda principal o motriz del conjunto de espejos, o bien de interrupción de dicho accionamiento. La interrupción de accionamiento se realiza cuando cualquiera de los dos circuitos relés que actúan a través del movimiento del minutero, sea el de contacto eléctrico, sea el de contacto fotónico, o ambos, cierran el circuito-relé en cuestión; incluyendo, en la interrupción del accionamiento de giro, el enclavamiento del motor eléctrico en esa posición, lo cual también enclava a los espejos en la inclinación que tienen cuando se produce la interrupción.

El accionamiento del motor de giro de la rueda principal se pone en marcha cuando la iluminación sobre la tablilla de fotocélulas, procedente del extremo de la pestaña testigo, recorre, en sentido ascendente o descendente, una longitud que equivale a un arco de 2N minutos sexagesimales en el plano de trabajo. Mientras esa marca del extremo de la iluminación no recorra dicho arco, el conjunto de espejos permanece fijo, pues lo amordaza el propio sistema eléctrico motriz. Para medir el desplazamiento de la iluminación sobre las fotocélulas, se usa siempre la marca extrema de la luz reflejada desde la pestaña por el lado que se escoja en el diseño,

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra el esquema de un sistema de captación de energía solar con dos conjuntos de espejos longitudinales, concentrando la radiación solar sobre sendos receptores, siendo esta representación la correspondiente al plano de trabajo en el que actúa la invención.

La figura 2 muestra la sección recta de un espejo genérico.

La figura 3 muestra la sección recta de un espejo con la pestaña testigo en un extremo lateral.

La figura 4 muestra el esquema en planta de un conjunto de espejos, incluyendo los elementos motrices.

La figura 5 muestra la rueda, compuesta de dos concéntricas, de accionamiento de giro de cada espejo, y el vástago de accionamiento. Como alternativa pueden montarse dos vástagos paralelos engastados en protuberancias en el borde del anillo, en posiciones diametralmente opuestas.

La figura 6 muestra una variante de la rueda, con dos vástagos paralelos, que no necesita la entalladura interior a lo largo de toda la circunferencia.

La figura 7 muestra el tablero de testificación de giro de los espejos.

La figura 8 muestra el esquema de reflexión de los rayos solares en un montaje según el meridiano, para los dos casos a considerar, con el campo de espejos a levante del receptor (derecha); y a poniente (parte izquierda).

La figura 9 muestra la evolución del vector de la radiación solar en los montajes según el paralelo, con el campo al sur (izquierda en la imagen) o al norte (derecha) de respectivo receptor, y diferenciando entre invierno y verano..

La figura 10 muestra el esquema de interacción, con las fotocélulas de la tablilla, de la luz reflejada por la pestaña de testificación del desplazamiento de la luz solar. MODOS PREFERENTES DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Para facilitar la comprensión de las materializaciones preferentes de la invención, a continuación se relacionan los elementos relevantes de la misma, que aparecen en las figuras:

1. Receptor de la radiación solar. En la figura 1 se muestran dos receptores puestos simétricamente, en un montaje doble o dual.

2. Superficie o cara activa del receptor (1) que es altamente absorbente de la radiación, en el caso de aplicaciones térmicas, pero puede ser de tipo fotovoltaico o de otra naturaleza.

3. Punto central del segmento que representa la cara activa (2) del receptor (1), en el plano de trabajo de definición de la invención.

4. Radiación solar directa. Recta normal a un espejo genérico (7) en su eje central.

Radiación solar reflejada por los espejos (7).

Espejo genérico que refleja la radiación solar (4) sobre el receptor (1). Existe una pluralidad de espejos paralelos en el conjunto de ellos, que reflejan la radiación sobre un mismo receptor (1).

Báculos o pilares altos que mantienen en su altura y posición al receptor (1) de radiación y todos sus elementos internos.

Pilares bajos que mantienen en su altura y posición a los ejes de los espejos, genéricamente representados por (7).

Eje de ordenadas del plano de trabajo para un campo de espejos determinado, y es el eje vertical que pasa por el punto central (3) de la cara activa (2) del receptor (1).

Eje de abscisas del plano de trabajo, que es la recta horizontal que pasa por el punto central del espejo más cercano al receptor (1), y es por ende perpendicular al eje de ordenadas (10).

Origen de coordenadas, que es la intersección entre los ejes (10) y (11).

Eje de simetría vertical en los montajes duales, distinto del eje (10) que es el eje de ordenadas en el sistema de coordenadas de referencia.

Estructura transversal de rigidización de los receptores.

Entronque giratorio, merced a cojinete, del pilar (9) con el eje de giro del espejo genérico (7).

Ángulo de posición, respecto del eje de abscisas, de la recta normal (5) de un espejo genérico.

Ángulo de posición, respecto del eje de abscisas, de la radiación solar incidente (4).

Ángulo de posición, respecto del eje de abscisas, de la radiación reflejada por un espejo genérico (7). Cada rayo reflejado lo es de acuerdo a la ley fundamental de que la normal en el punto de incidencia de la radiación es la bisectriz del ángulo que forman los rayos incidente y reflejado.

Superficie especular propiamente dicha, de un espejo (7) del campo.

Eje geométrico virtual de giro del espejo, que coincide con una recta longitudinal de la superficie reflectora.

Eje (semi-eje) de sujeción de la estructura del espejo, y brazo de torsión, siendo un cuasi-semi-cilindro solidario con el eje cilindrico completo (24).

Pieza soporte del espejo, que se asienta sobre el semi-eje 21.

Pestaña lateral, en un espejo de calibración, de testificación de avance del sol. 24. Eje de giro y de sujeción de cada espejo.

25. Rueda compuesta de accionamiento de giro de cada espejo. Por razones de estabilidad mecánica, pueden ir alternadas a un lado y a otro del vástago 26. Una variante de esta rueda es el elemento 85.

26. Vástago empujador-tractor del mecanismo de giro de las ruedas 25 y 85.

Pueden ponerse dos, ensamblados mediante cojinetes en protuberancias (27) diametralmente opuestas, en el lateral del borde de la rueda.

27. Protuberancias o tetones solidarios con el borde lateral de la parte exterior, o anillo 33, de la rueda 25.

28. Tablero testigo del mecanismo de giro de los espejos reflectores (7).

29. Rueda del eje 81 del espejo motriz, que se engrana con el piñón de ataque (30) del motor eléctrico (31) de accionamiento del giro.

30. Piñón de ataque del motor eléctrico (31).

31. Motor eléctrico de accionamiento del giro del conjunto de espejos accionados por el vástago 26. El motor incorpora el enclavamiento de su eje cuando cesa la alimentación eléctrica.

32. Parte interior de la rueda 25. Va solidariamente unida al eje 24.

33. Parte exterior de la rueda 25, con la que es solidario el tetón 27.

34. Entalladura en la cara exterior de la pieza interior (32) de la rueda 25, que coincide con la de la cara interior de la parte exterior (33) de la rueda. Para efectuar el ensamblaje con una inclinación determinada del espejo, la parte interior de la rueda puede girarse en múltiplos del arco de anchura de los dientes de la entalladura 34, de M minutos sexagesimales, dado que el anillo 33 tiene su posición fijada por el vástago 26.

35. Entalladura de la superficie superior del tablero 28.

36. Valles o hendiduras de la entalladura 35, donde se ubican los contactos eléctricos con el puntero 40, y donde se sitúan las fotocélulas de contacto fotónico con el emisor de luz del puntero 40.

37. Dientes de la entalladura 35. La anchura en arco de cada diente es de N minutos sexagesimales.

38. Cableado de cierre de los circuitos eléctricos y electro-fotónico del tablero 28.

39. Minutero del tablero 28, solidario con el eje 81 del espejo motriz (79).

40. Puntero al final del minutero 39, perpendicular a él.

41. Patas de soporte del tablero 28, sobre el terreno 42.

42. Terreno.

43. Cable de cierre eléctrico del circuito del minutero 39, a través de tierra. 44. Pica de tierra eléctrica.

45. Proyección de la trayectoria diurna del sol en el plano de trabajo, en el montaje según el meridiano.

46. Espejo de un campo a levante del receptor 1 , en un montaje según el meridiano.

47. Normal en el centro del espejo 46.

48. Rayo de sol en un momento dado.

49. Rayo reflejado en el espejo 46 por incidencia del rayo 48.

50. Rayo de sol en un momento posterior al del rayo 48.

51. Rayo reflejado en el espejo 46 por incidencia del rayo 50.

52. Desplazamiento de la iluminación reflejada desde el espejo 46 sobre el receptor, o sobre la tablilla de fotocélulas, tal como avanza el sol, con espejo fijo.

53. Espejo de un campo a poniente del receptor 1 , en un montaje según el meridiano.

54. Normal en el centro del espejo 53.

55. Rayo de sol en un momento dado.

56. Rayo reflejado en el espejo 53 por incidencia del rayo 55.

57. Rayo de sol en un momento posterior al del rayo 53.

58. Rayo reflejado en el espejo 53 por incidencia del rayo 57.

59. Desplazamiento de la iluminación reflejada desde el espejo 53 sobre el receptor, o sobre la tablilla de fotocélulas, tal como avanza el sol, con espejo fijo.

60. Punto genérico de un campo de espejos al sur del receptor, en un montaje según el paralelo,

61. Rayo a primeras horas de la mañana y últimas de la tarde en verano, en un montaje según el paralelo.

62. Rayo a mediodía local en verano, en un montaje según el paralelo.

63. Desplazamiento del vector solar desde el orto efectivo hasta mediodía local, en verano.

64. Desplazamiento del vector solar desde mediodía local hasta el ocaso, en verano.

65. Rayo a primeras horas de la mañana y últimas de la tarde en invierno, en un montaje según el paralelo.

66. Rayo a mediodía local en invierno, en un montaje según el paralelo. 67. Desplazamiento del vector solar desde el orto efectivo hasta mediodía local, en invierno.

68. Desplazamiento del vector solar desde mediodía local hasta el ocaso, en invierno.

69. Punto genérico de un campo de espejos al norte del receptor, en un montaje según el paralelo.

70. Fotocélulas que forman el conjunto que testifica el movimiento del sol respecto del sistema colector de radiación, y que reciben la radiación reflejada por la pestaña escogida, 23 ó 78.

71. Fotocélula que recibe luz difusa general, pero no reflejada por ningún espejo

(no tiene por qué estar en la tablilla 72).

72. Tablilla de fotocélulas.

73. Rayo solar en un momento dado.

74. Rayo reflejado en la pestaña 23, por incidencia del rayo 73.

75. Rayo solar en un momento posterior al del rayo 73.

76. Rayo reflejado en la pestaña 23, por incidencia del rayo 75. En este caso el avance del sol en su trayectoria equivale a un arco en el plano de trabajo que corresponde al barrido de una fotocélula, lo cual se fija en 2 minutos sexagesimales como valor de referencia.

77. Normal a la pestaña 23 de testificación.

78. Pestaña de testificación, cuando se ubica en un extremo de un eje 24.

79. Espejo motriz, a cuyo eje va engranado el motor (31), a través del piñón de ataque (30) y de la rueda dentada (29), así como el minutero (39) del tablero (28).

80. Rueda compuesta solidaria al eje de giro del espejo motriz 79.

81. Eje del espejo motriz (79) y de su rueda (80), en todo similar a los ejes (24) pero con funcionalidad específica.

82. Parte interior de la rueda 85. Va solidariamente unida al eje 24.

83. Parte exterior de la rueda 85, con la que son solidarios los tetones 27.

84. Entalladura en la cara exterior de la pieza interior (82) de la rueda 85, que coincide con la de la cara interior de la parte exterior (83) de la rueda.

85. Rueda compuesta, funcionalmente igual a la 25, pero que no necesita entalladura a lo largo de todo el círculo.

86. Huelgo entre las partes 82 y 83 para poder ensamblarlas en posiciones diferentes de coincidencia de la entalladura 84. 87. Pletinas de fijación de la partes 82 y 83, tras fijar el ensamblaje de su entalladura.

La realización de la invención parte de ensamblar los espejos longitudinales (7) y su estructura sobre el eje de sustentación y giro, que es cilindrico completo (24) en las partes insertadas en los cojinetes de apoyo, y queda en cuasi-semi-silindro (21) en la parte que sustenta al espejo; para lo cual se pueden utilizar diversos materiales de alta reflectividad, como la plata depositada en la parte posterior de una cubierta de vidrio, o una lámina de aluminio protegida por otra capa de material transparente que proteja a la anterior. En todo caso, la forma del espejo (7), en concreto su sección recta, debe ser la que se prescriba en la aplicación correspondiente, y lo que resulta sustancial es que el espejo se integre en su estructura, y en especial con su eje de giro y sustentación (21), de la manera prescrita por esta invención, siendo sustancial la condición de que el eje geométrico de giro (20), que como tal es una recta virtual que va desde el centro del cojinete de un soporte hasta el centro del cojinete del otro apoyo, coincida con una recta longitudinal en la superficie (19) del espejo.

Precisamente el eje físico de giro es cuestión esencial, y puede hacerse de acero u otro material de construcción de notoria resistencia, y cabe fabricarlo con piezas sucesivas, soldadas o embutidas, distinguiéndose dos partes: 1) que es la que asienta en los cojinetes de sustentación sobre los apoyos en el terreno, que son piezas cuya periferia es un cilindro completo (24); y 2) la parte que se ensambla con el resto de la estructura del espejo, y que es cuasi-medio-cilindro (21), ligeramente rebajado para que en la zona central se asiente bien el espejo, con la curvatura que haya que darle, como se aprecia en la figura 2.

Otra cuestión esencial es añadir la pestaña de testificación (23 ó 78) al espejo matriz, o a uno solidario a aquel en su giro, cumpliéndose que la normal a la pestaña tenga un valor conocido y mantenido respecto de la normal al espejo en su punto medio, dentro de la tolerancia marcada por los M minutos sexagesimales de anchura de los dientes de la entalladura (34) de la cara exterior de la parte interna (32) de la rueda (25), siendo dicha entalladura (34) coincidente con la de la cara interior de la parte exterior (33) de la rueda (25); según puede verse en la figura 5.

La ubicación de la pestaña y del espejo en el que se adhiere (figuras 3, para la pestaña lateral; y 4 para la del final), es condición esencial para fijar la tablilla (72) de fotocélulas (70), con las prescripciones dichas en la "Descripción de la invención", incluyendo la ubicación de la fotocélula (71) que sólo recibe radiación difusa de fondo, pero no directa del sol, ni directamente reflejada. La tablilla puede fijarse a uno de los pilares altos (8) que soportan al receptor o receptores (1), con inclinación tal que sea perpendicular a la recta que va desde el centro de la tablilla al centro de la pestaña, cuando el sol está en el mediodía, un día escogido, preferiblemente de comienzos de verano. La figura 10 representa el esquema de la idea, aunque no está a escala, pues no se puede plasmar todo el conjunto de prescripciones dadas sobre las fotocélulas ni sobre la posición relativa de la pestaña testigo. Sin embargo, la figura ayuda a la comprensión del principio aplicado; pues mientras el espejo y la pestaña están inmóviles, el sol avanza del rayo 73 al 75, y eso hace que el reflejado pase del 74 al 76, que es lo que va produciendo el desplazamiento de la señal luminosa sobre las fotocélulas. Este desplazamiento depende del montaje seguido en la instalación para sus ejes, y de la ubicación relativa del receptor y el campo de espejos. En la figura 8 se aprecian los dos casos (a levante, derecha; a poniente, izquierda) de montaje según el meridiano. En la 9 se expone el montaje según el paralelo, evidenciándose, tanto para campos al norte como campos al sur, y tanto para verano como para invierno, las precisiones formuladas en la Descripción de la Invención.

La longitud de la fotocélulas a lo largo de su sección recta en el plano de trabajo, está determinada por ser un giro de un número dado de minutos sexagesimales, típicamente 2, desde el centro de la pestaña de testificación (23; 78). Las fotocélulas (70, 71) generan una potencia eléctrica muy baja, pero suficiente para discriminar una situación de plena iluminación, respecto de otra en la que se ha perdido la radiación reflejada, y sólo queda la de fondo. Los circuitos eléctricos que se van desactivando al quedarse sin iluminación desde la pestaña se recuentan electrónicamente, y cuando el desplazamiento que eso comporta (52; 59) llega los 2N minutos sexagesimales, se genera en un relé la orden de activar el desenclave del motor (31) y el giro de éste. El motor no ha de reunir ningún requisito especial, ni por potencia ni por par. Su piñón de ataque (30) será de un número de dientes mucho menor que el engranaje (29) solidario al eje (24) del espejo motriz (79).

El giro del conjunto motriz, y por ende de los espejos asociados a un mismo vástago (26) acaba tal como el puntero (40) del minutero (39), que va solidariamente unido al eje (24) del espejo motriz, genera una señal relé, al cerrar el circuito asociado al siguiente valle de la entalladura (35) del tablero (28), bien sea el circuito eléctrico, bien sea el fotónico, o ambos, lo cual sucede tras un giro de N minutos sexagesimales, que es el valor angular de los dientes (37) de esa entalladura. El esquema del movimiento del minutero sobre el tablero se expone en la figura 7.

Tanto el tablero (28) con su entalladura, como las ruedas (25) de giro de los espejos (7) pueden hacerse de diverso material, no necesariamente metálico, sino más liviano y menos costoso, como el metacrilato. Más resistentes deben ser las protuberancias o tetones (27) que emergen hacia un lado del borde de cada rueda (25), así como el vástago (26) o par de vástagos que sirven para empujar o tirar de las ruedas en cuestión. Alternativamente a las ruedas compuestas que llevan entalladura a lo largo de todo su círculo de acoplamiento entre las partes interior y exterior, existen las ruedas compuestas como los elementos identificados por 85, que son funcionalmente idénticas a las ruedas compuestas 25, pero posiblemente más livianas y baratas. La entalladura se limita a dos arcos de la citada circunferencia, y una vez ensambladas sus partes interior y exterior, se fijan ambas con unas pletinas (87), bien soldadas, bien atornilladas, como se ve en la figura 6.

Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detallé siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.