BR112014019754B1 - Seguidor solar de concentração por refração - Google Patents

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Jordi MAS MULET
Eduardo Fernández Lacruz
Bernabe Gonzalo Peris Domingo
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Abstract

seguidor solar de concentração por refração. compreende uma estrutura (3) que suporta pelo menos um elemento de concentração de refração (1) e pelo menos um captador (2) mutuamente paralelos, e primeiros meios de acionamento conectados operativamente para girar dita estrutura em relação a uma base (4) em torno de um primeiro eixo (el) paralelo à dito elemento de concentração e ao referido captador para seguir um movimento relativo do sol. o referido elemento de concentração está fixado em uma posição estacionária na referida estrutura e o captador está suportado na referida estrutura por, pelo menos, dois braços oscilantes (5) mutuamente paralelos, conectados aos seus extremos formando um mecanismo de quadrilátero articulado, e segundos meios de acionamento estão operacionalmente conectados ao para girar ditos braços em relação à estrutura em torno dos respectivos segundos eixos (e2) adjacentes ao elemento de concentração e perpendiculares ao referido primeiro eixo para posicionar o captador a todo o momento em um ponto de concentração máxima.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção refere-se a um seguidor solar de concentração por refração que compreende um ou mais elementos de concentração por refração instalados em uma estrutura móvel, os quais concentram os raios solares através de um ou mais respectivos captadores montados na mesma estrutura móvel. Um primeiro meio de acionamento move a estrutura, móvel em relação a uma base, para seguir um movimento relativo do sol numa primeira direção e um segundo meio de acionamento move os um ou mais captadores em relação à estrutura móvel para seguir um movimento relativo do sol em uma segunda direção.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] O documento GB 1590841 revela um seguidor solar de concentração por refração que compreende uma estrutura móvel sobre a qual são fixadas uma ou mais lentes de concentração linear, e um ou mais captadores lineares, mutuamente paralelos e rigidamente interligados por uma estrutura. Cada um dos captadores lineares está disposto de modo a captar os raios solares concentrados por uma das lentes de concentração linear. Este seguidor solar compreende ainda meios de acionamento conectados operacionalmente para girar a referida estrutura móvel em relação a uma estrutura de suporte ao redor de um primeiro eixo paralelo às ditas lentes de concentração linear e a ditos captadores lineares para acompanhar um movimento relativo do sol em uma direção (movimento sazonal). A lente ou o conjunto de lentes também gira em relação à referida estrutura móvel em torno de um eixo transversal do mesmo, perpendicular ao citado primeiro eixo, para o acompanhamento do movimento solar durante o dia. Uma desvantagem da solução proposta é que a distância entre as lentes de concentração lineares e os captadores se mantêm fixa, de modo que não é possível alterá-la e otimizar as condições de concentração da radiação sobre os ditos captadores. Além disso, a inclinação da lente não pode proporcionar uma concentração adequada no coletor, nas suas diferentes posições.
[003] Pelo documento US 2008/0295825, conhece-se um sistema de lentes com correção da distância focal para a concentração da radiação solar sobre um captador, que aporta uns meios para mover um conjunto de lentes de concentração linear em distanciamento ou aproximação de um captador fixo, ou para movimentar um coletor no distanciamento ou em aproximação em relação a uma lente ou um conjunto de lentes fixo, mediante um movimento circular oscilante (rotação em torno do centro de um disco ou barras giratórias) do referido conjunto de lentes. Tal movimento circular oscilante tem a desvantagem de não se aproveitar em determinadas fases do movimento, a capacidade de concentrar as lentes gerando sombras.
DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO
[004] A presente invenção proporciona um seguidor solar de concentração por refração, que compreende uma estrutura que suporta, pelo menos, um elemento de concentração por refração e, pelo menos, um captador mutuamente paralelos. O mencionado elemento de concentração por refração está fixo numa posição estacionária na dita estrutura, enquanto que o referido captador está suportado na referida estrutura por pelo menos, dois braços de balancins paralelos entre si formando um mecanismo de quadrilátero articulado. O seguidor solar inclui um primeiro meio de acionamento operacionalmente conectado para girar a estrutura em relação à uma base em torno de um primeiro eixo paralelo ao dito elemento de concentração por refração e ao referido captador para seguir um movimento relativo do sol, e um segundo meio de acionamento conectado operativamente para girar os referidos braços oscilantes em relação à estrutura em torno dos respectivos segundos eixos perpendiculares ao referido primeiro eixo para posicionar o captador linear num ponto de concentração máxima de raios solares.
[005] Assim, mediante o movimento da estrutura em relação à base, que é fixa em relação ao solo, um plano imaginário que compreende um eixo de simetria longitudinal do elemento de concentração por refração e um eixo de simetria longitudinal do captador pode ser posicionado em diferentes momentos ao longo do dia, paralelo aos raios solares, e mediante o movimento do balancim do captador em relação à estrutura, e, por conseguinte, em relação ao elemento de concentração por refração, é possível situar o captador linear em diferentes momentos ao longo do dia em um ponto de concentração máxima dos raios solares, ou o que é o mesmo, no foco linear do elemento de concentração por refração, em particular uma lente de concentração.
[006] Num exemplo de realização, a lente é uma lente Fresnel de concentração linear, e o captador linear pode ser um captador de energia térmica ou fotovoltaica. Outros elementos de concentração por refração poderiam ser alguns prismas ou algumas lentes esféricas.
[007] Em uma realização, a estrutura tem fixados pelo menos, dois elementos de guia circular concêntricos com o primeiro eixo, os quais estão separados uns dos outros e dispostos ao redor do captador e dos braços oscilantes. Estes elementos de guia circulares estão acoplados a um dispositivo de suporte instalado e guiado na base. Por exemplo, o acima mencionado dispositivo de suporte guiado pode compreender, para cada elemento de guia circular, pelo menos, dois rodízios exteriores apoiados na base sobre os quais se apoia uma pista externa do elemento de guia circular e pelo menos um rodízio interno suportado na base e apoiado sobre uma pista interna dos referidos elementos de guia circulares.
[008] Neste caso, o referido primeiro meio de acionamento pode compreender um elemento de tração flexível, tal como uma corrente de rodízios, um cabo ou similar conectado à estrutura e apoiado sobre seções de uma superfície circular externa do elemento de guia circular localizados em lados opostos da mesma, e um mecanismo de tração acionado por um motor elétrico e disposto para tirar do referido elemento de tração flexível seletivamente em sentidos opostos.
[009] Alternativamente, o primeiro meio de acionamento pode compreender um setor de coroa dentada fixada a um dos elementos de guia circular e um motor elétrico conectado operativamente para girar um pinhão engrenado com o referido setor de coroa dentada.
[0010] Em outra realização, a estrutura compreende alguns suportes de eixo que suportam um eixo de articulação numa posição coaxial com o primeiro eixo, e o referido eixo de articulação está apoiado de forma rotativa sobre uns membros de apoio fixados na base. Neste caso, o primeiro meio de acionamento pode compreender, por exemplo, um motor elétrico, ligado operativamente para girar o eixo de rotação em direções opostas de forma seletiva.
[0011] Qualquer que seja o sistema de suporte, guiado e o acionamento dos movimentos da estrutura, o seguidor solar pode incluir um único elemento de concentração por refração fixado numa posição estacionária na estrutura e um único captador suportados na estrutura dos por meio dos correspondentes braços de balancim, ou uma pluralidade de elementos de concentração por refração (lentes, prismas ou outro elementos ópticos adequados conhecidos do estado da técnica), mutuamente paralelos fixados em respectivas posições estacionárias na estrutura e uma pluralidade de captadores suportados pela estrutura por uma pluralidade de braços de oscilantes, com um dos captadores associados a cada um dos elementos de concentração por refração.
[0012] Numa forma de realização, a estrutura é feita de aço ou de alumínio, e compreende uma pluralidade de membros estruturais longitudinais e transversais conectados entre si, e uma pluralidade de barras e tirantes de reforço conectados aos ditos membros longitudinais e transversais formando triangulações. Assim, a estrutura está dotada de uma extraordinária rigidez e leveza, e tem um comportamento excepcional frente a esforços de flexão e torção, em parte devido ao peso da estrutura, mas principalmente por cargas de vento a que podem estar expostas durante a operação.
[0013] O desenho da estrutura permite que a mesma seja construída inteiramente na oficina, com meios materiais e tecnológicos convencionais, e subsequentemente transferida para o local definitivo totalmente montado. Desta forma é possível minimizar as operações in situ sobre a estrutura, o que implica uma minimização dos custos.
[0014] De preferência, o conjunto do seguidor solar é autoestável, de modo que em caso de falha ou quebra dos meios de acionamento, a estrutura retorna por si mesma e gradualmente, a uma posição estável evitando acidentes por impacto, capotamentos repentinos, ou quebras em outras partes da instalação.
[0015] Em resumo, o seguidor solar de concentração por refração da presente invenção tem as seguintes vantagens: - seguir o sol em relação a um eixo mediante a rotação da estrutura de suporte da lente; - posicionar o captador de energia solar em todo momento com o ponto de concentração máxima por rotação adequada dos braços de balancins; - o seguidor solar pode estar situado em qualquer orientação em relação ao sol otimizando a captação solar, visto que não é necessário que esteja alinhado com os eixos norte-sul ou leste-oeste; - a estrutura que segura a lente tem uma resistência máxima e rigidez contra o vento com o uso mínimo de materiais e uma grande simplicidade de fabricação e montagem; - a incorporação, que inclui o giro guiado através de elementos de guia circular, implica numa grande simplificação dos acionamentos para conseguir os movimentos, por exemplo, um moto-redutor com corrente ou coroa dentada para rodar a estrutura e um ou mais dispositivos atuadores lineares para o movimento dos balancins; - a realização, que inclui a rotação mediante um eixo de giro permite simplificar e baratear os acionamentos para conseguir os movimentos: por exemplo, um moto-redutor com corrente ou coroa dentada para o giro da estrutura e o atuador linear para o movimento dos balancins; - é previsto um invólucro ou revestimento que cobre a estrutura que mantém a lente em toda a extensão de uma ou várias estruturas unidas em série e fechadas nas extremidades. Com isto consegue-se um comportamento melhorado da estrutura frente ao vento e um incremento da temperatura no interior do revestimento em relação ao exterior, melhorando significativamente o comportamento térmico do captador.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0016] As características e vantagens acima e outros tornam-se mais evidentes a partir da seguinte descrição de formas de realização exemplares com referência aos desenhos anexos, onde:
[0017] A Figura 1 é uma vista em perspectiva, simplificada, de um seguidor solar de concentração por refração de acordo com uma forma de realização da presente invenção;
[0018] A Figura 1A é uma representação esquemática da vista frontal parcial, que mostra um possível acionamento do seguidor da Figura 1;
[0019] A Figura Fig. 2 é uma vista lateral simplificada do seguidor, que mostra um primeiro deslocamento relativo do seguidor, em relação ao conjunto de elementos de concentração por refração, aproximando ambos elementos, com o fim de otimizar a concentração de energia, concentrada sobre o captador para uma primeira disposição relativa do seguidor solar em relação ao sol;
[0020] A Figura 3 é uma vista equivalente a anterior, mas que mostra o deslocamento do captador para o lado oposto, igualmente modificando a distância entre o conjunto de elementos de concentração por refração e o captador, para responder a uma segunda disposição relativa do seguidor solar em relação ao sol;
[0021] A Figura 4 mostra um exemplo alternativo de construção da estrutura de suporte do conjunto de lentes, que gira em relação a um eixo longitudinal central; e
[0022] A Figura 5 é uma vista em perspectiva que mostra uma estrutura aplicável ao seguidor solar de acordo com a construção da Figura 1, ou segundo a construção da Figura 4.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUNS EXEMPOS DE CONCRETIZAÇÕES.
[0023] A Figura 1 mostra um primeiro exemplo de realização de um seguidor solar de concentração por refração, de acordo com a invenção, compreendendo uma estrutura 3 que suporta pelo menos um elemento de concentração por refração 1 e, pelo menos, um captador 2 mutuamente paralelos, e um primeiro meio de acionamento operativamente conectado para girar dita estrutura 3 em relação a uma base 4 ao redor de um primeiro eixo E1 paralelo ao referido elemento de concentração por refração 1 e ao referido captador 2 para seguir um movimento relativo do sol, tal como já foi descrito em GB 1590841.
[0024] De acordo com a proposta desta invenção o dito elemento de concentração por refração 1 (no exemplo duas unidades, paralelas, longitudinais, por exemplo, lentes de concentração linear) está fixado em uma posição estacionária na dita estrutura 3 e o captador 2 (neste exemplo, duas unidades, paralelas) estão suportadas na referida estrutura 3 por, pelo menos, dois braços oscilantes 5 mutuamente paralelos formando um mecanismo de quadrilátero articulado, e um segundo meio de acionamento é conectado operativamente para girar os referidos braços oscilantes 5 em relação a estrutura 3 em torno dos respectivos segundos eixos E2 que são adjacentes ao elemento de concentração por refração 1 e perpendiculares ao referido primeiro eixo E1 para posicionar o captador 2 num ponto de concentração máxima.
[0025] Tal como mostrado nas Figs. 1, 2 e 3, a estrutura 3 tem fixados, pelo menos, dois elementos de guia circulares 6, concêntrico com o primeiro eixo E1, separados uns dos outros e dispostos ao redor dos captadores 2 e os braços oscilantes 5, e os ditos elementos de guia circular 6 estão acoplados a um dispositivo de suporte e guiado instalado na referida base 4.
[0026] Conforme um exemplo de realização ilustrada nas Figs. 2 e 3 de forma esquemática e na Figura IA, com um maior detalhe o dispositivo de suporte e de guia que compreende, para cada elemento de guia circular 6, pelo menos, dois rodízios exteriores 7 apoiados sobre a base 4, sobre os quais se apoia uma pista externa do elemento de guia circular 6 e pelo menos um rodízio interno 8 apoiado sobre a base 4 e que se apoia sobre uma pista interna do referido elemento de guia circular 6. Conforme mostra a dita Figura 1A, o primeiro meio de acionamento pode compreender um elemento de tração flexível 9 (tal como uma corrente ou similar) conectados às estrutura 3 e apoiado sobre seções de uma superfície circular externa do elemento de guia circular 6 em lados opostos da mesma e um mecanismo de tração acionado por um motor elétrico 10 disposto para puxar do dito elemento de tração flexível 9 seletivamente em direções opostas.
[0027] No exemplo de realização da Figura 4, a estrutura alternativa 3 compreende alguns suportes de eixo 1 1, que suportam um eixo de articulação 12, coaxial com o primeiro eixo E1, e o referido eixo de articulação 12 é suportado de forma rotativa sobre uns membros de apoio 13 fixos à base 4. Neste caso, o primeiro meio de acionamento compreende um motor elétrico convencional (não mostrado) conectado operativamente para girar o eixo de articulação 12, seletivamente em direções opostas.
[0028] O seguidor solar explicado acima pode compreender uma pluralidade dos referidos elementos de concentração por refração 1 fixados nas respectivas posições estacionárias na estrutura 3 e uma pluralidade de ditos captadores 2, suportados na referida estrutura 3 por uma pluralidade de braços oscilantes 5, com um dos captadores 2 associado a cada um dos elementos de concentração por refração 1.
[0029] Tal como mostrado na Figura 5, com o objetivo de melhorar a resistência da estrutura 3 descrita, prevê-se que a mesma compreende uma pluralidade de elementos longitudinais 31 e membros transversais 32 conectados entre si, e uma pluralidade de barras de reforço 33 e tirantes de reforço 34 conectados aos referidos elementos longitudinais e transversais 31, 32 que formam as triangulações.
[0030] No topo da estrutura 3 há um quadro superior retangular em forma de treliça que suportam os elementos de concentração por refração 1, de modo que deve permanecer sob um mínimo de faixas de deformação, para garantir o posicionamento correto das manchas solares. O quadro é construído por seções circulares, o que contribui para que o conjunto tenha um mínimo de deformação, qualquer que seja a posição do conjunto da estrutura 3 e a direção das forças do vento, que a lente está recebendo.
[0031] Abaixo dito quadro superior retangular há uma seção em "W", na qual se movem os braços de balancins 5 e os captadores 2. A disposição espacial triangular das barras e tirantes de reforço 33, 34 proporciona um núcleo central completamente rígido com seções estruturais de mínima seção. As barras laterais têm uma grande inércia orientada de modo que a deformação das mesmas, quando a estrutura 3 está inclinada é a menor possível para a relação inércia/peso da seção.
[0032] Na parte inferior da estrutura 3 há um quadro inferior retangular, que desempenha um duplo papel. Por um lado, vincula solidariamente os compartimentos da seção em "W", proporcionando consistência ao conjunto; por outro lado, confere rigidez torsional ao conjunto, que é um ponto crítico para o comportamento adequado ao giro da estrutura. Este quadro retangular inferior age como uma moldura rígida essencial para permitir o movimento de rastreamento, usando também alguns mínimos perfis de aço.
[0033] Nos exemplos ilustrados, os elementos de concentração por refração 1 são umas lentes de concentração linear e os captadores 2 são uns captadores lineares. No entanto, prevê-se que os elementos de concentração por refração podem ser, alternativamente, prismas, lentes concêntricas ou outros elementos ópticos capazes de realizar uma concentração dos raios solares por refração, e os captadores podem ser captadores pontuais.
[0034] Um perito na arte será capaz de introduzir modificações e variações aos modos de realização representados e descritos, sem nos afastarmos do escopo da invenção tal como definido nas reivindicações anexas.

Claims (5)

1. Seguidor solar de concentração por refração, compreendendo - uma estrutura (3) que suporta pelo menos um elemento de concentração por refração (1) e pelo menos um captador (2) mutuamente paralelos, - um primeiro meio de acionamento operacionalmente conectado para girar a referida estrutura (3) em relação à uma base (4) ao redor de um primeiro eixo (E1) paralelo ao dito elemento de concentração por refração (1) e ao referido captador (2) para seguir um movimento relativo do sol, em que o dito elemento de concentração por refração (1) está fixado numa posição estacionária na dita estrutura (3), no topo desta, e o captador (2) está suportado na referida estrutura (3) por, pelo menos, dois braços oscilantes (5) mutuamente paralelos, conectados aos seus extremos formando um mecanismo de quadrilátero articulado, e - um segundo meio de acionamento conectado operativamente para articular os referidos braços oscilantes (5) em relação à estrutura (3) em torno de um respectivo segundo eixo (E2) perpendicular ao referido primeiro eixo (E1) para situar o captador (2) em todos os momentos, em um ponto de concentração máxima mediante o movimento do dito captador (2) pela articulação dos referidos braços oscilantes (5), caracterizado por a dita estrutura (3) compreender um quadro superior retangular que suporta os elementos de concentração por refração (1), o dito segundo eixo (E2) sendo adjacente aos elementos de concentração por refração (1), e os referidos braços oscilantes serem conectados de maneira articulada ao referido quadro superior, e móveis dentro da estrutura (3).
2. Seguidor solar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma pluralidade dos referidos elementos de concentração por refração (1) estar fixada nas respectivas posições estacionárias na estrutura (3) e uma pluralidade dos ditos captadores (2) estar suportada na dita estrutura (3) por uma pluralidade de braços oscilantes (5), com um dos captadores (2) associado a cada um dos elementos de concentração por refração (1), em que o dito quadro superior retangular que suporta a pluralidade de elementos de concentração por refração (1) está na forma de treliça construída por seções circulares, que suporta a dita pluralidade de elementos de concentração por refração (1); e em que a estrutura (3) compreende ainda: - uma pluralidade de membros longitudinais (31) e membros transversais (32) conectados entre si, - uma seção em forma de W abaixo do referido quadro superior retangular, formada por uma pluralidade de barras de reforço (33) e tirantes de reforço (34) conectados aos referidos membros longitudinais e transversais (31, 32) formando triangulações nas quais a referida pluralidade de braços oscilantes (5) e captadores (2) se movem, e - uma estrutura retangular inferior que vincula solidariamente os compartimentos da seção em forma de W e confere rigidez à torção.
3. Seguidor solar de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo referido primeiro meio de acionamento compreender um motor elétrico conectado operativamente para girar o eixo de articulação (12) seletivamente em direções opostas.
4. Seguidor solar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a estrutura (3) compreende um invólucro ou revestimento que cobre a referida estrutura (3), deixando livre a superfície do elemento de concentração por refração (1).
5. Seguidor solar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo referido elemento de concentração por refração (1) ser uma lente de concentração linear e o referido captador (2) ser um captador linear.
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