BR112020023496A2 - Usina solar com uma mesa modular pivotável - Google Patents

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Nathalie Kermelk
Peter Birr
Benjamin Bauer
Ronny Rehm
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Abstract

a presente invenção se refere a uma usina solar (1) com pelo menos uma mesa modular pivotável (2a, 2b, 2c) que suporta pelo menos um módulo solar fotovoltaico (3), preferivelmente, múltiplos módulos solares fotovoltaicos (3), e é acoplada de uma maneira tal em pelo menos um elemento de engrenagem (4) pivotável ao redor de um eixo geométrico (a) que, pivotando o elemento de engrenagem (4), faz com que a mesa modular (2a até 2c) seja pivotada de forma que os módulos solares (3) rasteiem o movimento do sol, o elemento de engrenagem (4) sendo acionado e, assim, pivotado por um eixo de acionamento eletricamente acionado (5), pelo menos um elemento de atuação (8) sendo integrado no eixo de acionamento (5), o elemento de engrenagem (4) sendo tanto acionado quanto bloqueado pelo elemento de atuação (8), o elemento de atuação (8) encaixando na endentação (11) do elemento de engrenagem (4) para acionar ou bloquear o elemento de engrenagem (4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “USINA SOLAR COM UMA MESA MODULAR PIVOTÁVEL”
[001] A presente invenção se refere a uma usina solar com pelo menos uma mesa modular que suporta pelo menos um módulo solar fotovoltaico, preferivelmente, múltiplos módulos solares fotovoltaicos, e é pivotável ao redor de pelo menos um eixo geométrico.
[002] Tais usinas solares são conhecidas a partir de estado da arte como assim denominados rastreadores horizontais, por exemplo. Devido ao fato de que as mesas modulares de tais usinas solares são pivotáveis, as mesmas podem rastear o movimento do sol, de forma que uma radiação do sol incidente ideal seja garantida durante o curso do dia.
[003] A maioria dos assim denominados rastreadores horizontais é configurada em um tubo suportado centralmente por uma engrenagem. Pela rotação do tubo ao redor do seu eixo geométrico longitudinal, as mesas modulares e, consequentemente, os módulos solares são pivotados. O comprimento total de uma mesa é, no geral, de até 80 metros. Quando uma mesa modular for deste tamanho, o comprimento total de uma aba lateral, que se estende do tubo rotativo até a extremidade livre da mesa, é cerca de 40 metros.
[004] Um problema principal com as usinas solares conhecidas a partir do estado da arte consiste na pivotagem descontrolada das mesas modulares quando as cargas eólicas ocorrerem. Os testes com túneis de vento conduzidos pelo requerente produziram o resultado de que a carga dobra quando a inclinação da mesa modular originalmente horizontal for alterada em 5 graus. Isto frequentemente leva a um perigoso desenvolvimento de oscilações sob cargas eólicas, o assim denominado efeito galopante.
[005] A fim de ter este problema sob controle, foram desenvolvidos sistemas rastreadores que tentam compensar as oscilações, que surgem em virtude dos ventos, usando amortecedores hidráulicos ou construções auxiliares similares. Isto, entretanto, tem se provado adequado apenas até uma extensão limitada como uma medida para resolver as desvantagens supradescritas. Além do mais, tais construções são difíceis de instalar e, assim, mais onerosas.
[006] O objetivo da presente invenção é prover uma usina solar da forma descrita na introdução que supera as desvantagens supradescritas conhecidas a partir do estado da arte. O objetivo da invenção é, em particular, prover uma usina solar cujas mesas modulares são impedidas de exibir um desenvolvimento de oscilações devido a ventos o tanto quanto possível.
[007] Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção por uma usina solar mencionada na introdução cuja mesa modular é acoplada de uma maneira tal em pelo menos um elemento de engrenagem pivotável ao redor de um eixo geométrico que, pivotando o elemento de engrenagem, faz com que a mesa modular seja pivotada, de forma que os módulos solares rastreiem o movimento do sol, o elemento de engrenagem sendo acionado e, assim, pivotado por um eixo de acionamento eletricamente acionado, pelo menos um elemento de atuação sendo integrado no eixo de acionamento, o elemento de engrenagem sendo capaz de ser tanto acionado quanto bloqueado pelo elemento de atuação, o elemento de atuação encaixando na endentação do elemento de engrenagem para acionar ou bloquear o elemento de engrenagem.
[008] Por meio do elemento de atuação integrado no eixo de acionamento, portanto, é possível tanto pivotar quanto travar a mesa modular e, assim, para impedir a mesma de pivotar sob cargas eólicas. A rotação do eixo de acionamento ao redor do seu eixo geométrico longitudinal leva ao elemento de engrenagem ser pivotado (atuado) pelo elemento de atuação que encaixa na endentação do elemento de engrenagem e aciona (pivota) a mesma. Se a mesa modular precisar ser impedida de pivotagem adicionalmente (por exemplo, quando os ventos surgirem), o movimento rotacional do eixo de acionamento é interrompido, então, o mesmo para. A fim de, agora, bloquear a mesa modular, o elemento de atuação permanece na endentação do elemento de engrenagem quando o eixo de acionamento for travado e, consequentemente, impede uma pivotagem adicional do elemento de engrenagem e,
assim, uma pivotagem da íntegra da mesa modular (por exemplo, quando as cargas eólicas surgirem).
[009] Vantajosamente, o elemento de engrenagem é um segmento de engrenagem. Um segmento de engrenagem como este tem um arco que conduz a endentação do segmento de engrenagem. O lado do segmento de engrenagem oposto ao arco é, no geral, conectado na mesa modular a ser pivotada tanto diretamente quanto por meio de um elemento de conexão. O elemento de conexão pode ser um reforço transversal de uma mesa modular ou de um quadro modular, por exemplo.
[010] Em uma modalidade particularmente preferida da usina solar de acordo com a invenção, o elemento de atuação compreende pelo menos dois pinos de atuação que ficam dispostos essencialmente paralelos um ao outro e encaixam na endentação do elemento de engrenagem para acionar (pivotar) ou bloquear o elemento de engrenagem, preferivelmente, ambos os pinos de atuação, cada qual repousando em um espaço do dente diferente, em particular, em espaços do dente adjacentes, do elemento de engrenagem e permanecendo ali para bloquear o elemento de engrenagem. Uma modalidade como esta do elemento de atuação é particularmente fácil de produzir e, ao mesmo tempo, idealmente adequada tanto para acionar quanto para bloquear o elemento de engrenagem. Se ambos os pinos de atuação forem, cada qual, imóveis em um espaço do dente correspondente do elemento de engrenagem, a pivotagem do elemento de engrenagem adicionalmente não é mais possível. Isto, então, também impede um desenvolvimento de oscilações do módulo sob cargas eólicas.
[011] O elemento de atuação pode ser um anel ou quadro angulares ou redondos, por exemplo. Uma modalidade como esta do elemento de atuação é particularmente fácil de produzir e efetiva em seu uso.
[012] Vantajosamente, a pelo menos uma mesa modular é montada no pelo menos um elemento de engrenagem. Isto pode ser realizado tanto diretamente quanto indiretamente por meio de um elemento de conexão.
[013] Preferivelmente, o eixo geométrico longitudinal do eixo de acionamento, ao redor do qual o mesmo rota, se estende através da endentação do pelo menos um elemento de engrenagem. Em uma modalidade como esta, o elemento de engrenagem pode ser bloqueado simplesmente pelo eixo de acionamento que fica parado em virtude de o elemento de atuação encaixar na endentação do elemento de engrenagem.
[014] Vantajosamente, a usina solar de acordo com a invenção compreende os postes verticais para montagem elevada da pelo menos uma mesa modular, os postes verticais pelo menos compreendendo parcialmente as placas de suporte para suportar o eixo de acionamento. Tais placas de suporte desviam as cargas que ocorrem a partir do eixo de acionamento diretamente nos postes verticais e, consequentemente, na fundação.
[015] Os recursos adicionais da invenção são derivados a partir da seguinte descrição das modalidades exemplares preferidas da invenção em conjunto com os desenhos e as reivindicações dependentes. Os recursos individuais podem ser realizados por si mesmos ou em combinação uns com os outros.
[016] A figura 1 é uma vista esquemática de uma usina solar de acordo com a invenção; a figura 2 é uma vista em perspectiva de um detalhe da usina solar da figura 1 na área de um elemento de engrenagem; a figura 3 mostra um detalhe ampliado da figura 2 na área do elemento de atuação do eixo de acionamento; as figuras 4a-4c são vistas laterais da usina solar da figura 1 durante o curso do dia; a figura 5 é uma vista de topo de um elemento de engrenagem e um elemento de atuação do eixo de acionamento da usina solar da figura 1; as figuras 6a-6b mostram uma seção transversal através de um elemento de atuação do eixo de acionamento da usina solar da figura 1.
[017] A figura 1 mostra uma usina solar 1 com três mesas modulares 2a, 2b, 2c.
Cada uma das três mesas modulares 2a até 2c suporta múltiplos módulos solares fotovoltaicos 3. Cada uma das três mesas modulares 2a até 2c é acoplada em quatro elementos de engrenagem na forma de segmentos de engrenagem 4. Este acoplamento entre as mesas modulares 2a até 2c e os segmentos de engrenagem 4 causa uma pivotagem dos segmentos de engrenagem 4 para causar uma pivotagem das mesas modulares 2a até 2c, então, os módulos solares individuais 3 podem rastear o movimento do sol. Os segmentos de engrenagem 4 são acionados e, assim, pivotados por um eixo de acionamento eletricamente acionado 5. O eixo de acionamento 5 é acionado por uma unidade de transmissão 6 e aciona todas as três mesas modulares 2a até 2c.
[018] As figuras 2 e 3 mostram um detalhe da usina solar 1 na área de um segmento de engrenagem 4. A fim de representar mais claramente os elementos decisivos, os módulos solares limítrofes aos módulos solares ilustrados 3 foram omitidos. Como a figura 2 mostra claramente, o segmento de engrenagem 4 é fixado em um reforço transversal 7 que serve para o reforço transversal da mesa modular 2a ilustrada. O segmento de engrenagem 4 é parafusado no reforço transversal 7 neste caso. O segmento de engrenagem 4 e, consequentemente, o reforço transversal 7 são pivotáveis ao redor do eixo geométrico transversal A do reforço transversal 7. A pivotagem do segmento de engrenagem 4 ou do reforço transversal 7, inevitavelmente, leva a mesa modular 2a a ser pivotada, já que o reforço transversal 7 é um componente integral da mesa modular 2a. Os movimentos rotacionais possíveis do eixo de acionamento 5 e os movimentos de pivotagem do segmento de engrenagem 4 e, consequentemente, da mesa modular 2a são indicados pelas setas correspondentes.
[019] Como as figuras 2 e 3 claramente representam, um elemento de atuação 8 é integrado no eixo de acionamento 5. O elemento de atuação 8 também é ilustrado nas figuras 5, 6a e 6b em uma vista ampliada. Nesta modalidade exemplar, o elemento de atuação 8 é realizado como um tipo de quadro oblongo com dois pinos de atuação 9a, 9b dispostos paralelos um ao outro. Os pinos de atuação 9a e 9b são conectados um no outro em uma peça por meio de duas seções de conexão 10. Durante o acionamento (pivotagem) da mesa modular 2a, o eixo de acionamento 5 rota ao redor do seu eixo geométrico longitudinal L. Os pinos de atuação 9a e 9b são espaçados em uma distância como esta um em relação ao outro, de forma que os mesmos encaixem na endentação 11 de segmento de engrenagem 4 e possam fazer com que o segmento de engrenagem 4 rote (pivote) devido ao movimento rotacional do eixo de acionamento. Dependendo se o eixo de acionamento 5 é rotado no sentido horário ou no sentido anti-horário, a mesa modular 2a também é pivotada em uma ou na outra direção. A interação entre o elemento de atuação 8 e a endentação 11 do segmento de engrenagem 4 é ilustrada com detalhes adicionais nas figuras 6a e 6b. Na figura 6a, cada um de ambos os pinos de atuação 9a e 9b repousa em um espaço do dente 12a, 12b da endentação 11. Os espaços do dente 12a e 12b ficam dispostos adjacentes um ao outro. O número de referência 13 denota os dentes da endentação
11. Nas situações ilustradas nas figuras 6a e 6b, o eixo de acionamento 5 rota no sentido horário. Durante este movimento rotacional, o pino de atuação 9b deixa o espaço do dente 12b e é, então, pivotado de uma maneira tal, em virtude do movimento rotacional do eixo de acionamento, que o pino de atuação 9b fique localizado diretamente abaixo do espaço do dente 12a (conforme a seta pequena). O pino de atuação 9a se move mais profundo no interior do espaço do dente 12a ao mesmo tempo. Esta situação é ilustrada na figura 6b. Posteriormente, o pino de atuação 9b é pivotado adicionalmente na direção do espaço do dente 12c. O pino de atuação 9a é retraído adicionalmente a partir do espaço do dente 12a ao mesmo tempo. Devido a este movimento rotacional do eixo de acionamento e, assim, do elemento de atuação 8 na direção do sentido horário, o segmento de engrenagem 4 é rotado ou pivotado na direção do sentido anti-horário (conforme a seta grande). Na próxima etapa, o pino de atuação 9a é movido da mesma maneira que o pino de atuação 9b antes. Isto é seguido pelo pino de atuação 9b sendo movido da mesma maneira e assim por diante.
[020] Se o movimento rotacional do eixo de acionamento for agora interrompido,
pelo menos um dos dois pinos de atuação 9a, 9b permanece em um espaço do dente da endentação 11. Isto bloqueia o segmento de engrenagem 4, de forma que o segmento de engrenagem não mais possa ser pivotado ou rotado. Se a usina solar 1 for exposta a cargas eólicas maiores e houver um risco de um desenvolvimento de oscilações das mesas modulares 2a até 2c, o eixo de acionamento 5 é travado de uma maneira tal que pelo menos um pino de atuação 9a, 9b dos correspondentes elementos de atuação 8 permaneça na endentação 11 dos correspondentes segmentos de engrenagem 4. A posição ideal de um elemento de atuação 8 durante o bloqueio de um segmento de engrenagem 4 é ilustrada na figura 6a, que é quando ambos os pinos de atuação 9a e 9b estiverem localizados em um espaço do dente 12a, 12b. Nesta posição, o segmento de engrenagem 4 e, assim, a íntegra da mesa modular 2a são bloqueados de forma particularmente estável.
[021] A fim de poder alcançar imediatamente uma posição bloqueada como esta quando grandes cargas eólicas surgirem, o eixo de acionamento pode ser acoplado em um sensor de vento, por exemplo. Este sensor de vento pode disparar o travamento do eixo de acionamento 5 na posição ilustrada na figura 6a quando as grandes cargas eólicas surgirem.
[022] Da forma vista na figura 1, todas as três mesas modulares 2a até 2c são acionadas pelo mesmo eixo de acionamento 5. Cada uma das três mesas modulares 2a até 2c é acoplada em quatro segmentos de engrenagem 4. A fim de poder atuar todos os doze segmentos de engrenagem da usina solar 1 ilustrada, o eixo de acionamento 5 também compreende um total de doze elementos de atuação 8. Este desenho garante que todas as três mesas modulares 2a até 2c possam ser pivotadas ou - se exigido - travadas (bloqueadas) simultaneamente. Na presente ilustração, três mesas modulares 2a até 2c são movidas por meio de um único eixo de acionamento
5. Um único eixo de acionamento pode até mesmo mover uma pluralidade de mesas modulares.
[023] As figuras 4a a 4c mostram de que maneira a usina solar 1 rastreia o sol durante o curso do dia. A figura 4a mostra a situação na manhã. A fim de mover gradualmente os módulos solares 3 da posição da manhã para a posição do meio-dia (conforme a figura 4 b), o eixo de acionamento 5 é virado no sentido horário. Isto causa uma pivotagem da mesa modular da posição inicial ilustrada na figura 4a para uma posição horizontal (posição do meio-dia). Enquanto o eixo de acionamento 5 for rotado no sentido horário, o segmento de engrenagem 4 pivota ou rota no sentido anti- horário.
[024] Uma rotação adicional do eixo de acionamento 5 na direção do sentido horário, em última análise, leva as mesas modulares e os módulos solares 3 a chegarem na posição do entardecer ilustrada na figura 4c.
[025] Se as mesas modulares e os módulos solares 3 precisarem ser movidos de volta da posição do entardecer para a posição do meio-dia ou da manhã, o eixo de acionamento 5, agora, precisa ser movido na direção do sentido anti-horário. Uma rotação como esta do eixo de acionamento 5 leva o segmento de engrenagem 4 e, assim, a mesa modular acoplada no mesmo a ser pivotado ou rotado na direção do sentido horário.
[026] Na modalidade mostrada, os segmentos de engrenagem 4 e o eixo de acionamento 5 com os elementos de atuação 8 são feitos de aço.
[027] Como pode ser visto de forma particularmente clara nas figuras 6a e 6b, o eixo geométrico longitudinal L do eixo de acionamento 5 se estende através da endentação 11 do segmento de engrenagem 4. Isto tem a vantagem de a posição do eixo geométrico longitudinal L do eixo de acionamento 5 não precisar ser mudada a fim de mover o elemento de atuação para a posição ilustrada na figura 6a para alcançar um bloqueio ideal do segmento de engrenagem 4.
[028] Como pode ser visto na figura 1, a usina solar 1 compreende os postes verticais 14 para montagem elevada das mesas modulares 2a até 2c. O número dos ditos postes verticais 14 corresponde ao número dos segmentos de engrenagem 4 no presente caso. Os postes verticais 14 ficam, todos, também dispostos na área dos segmentos de engrenagem 4.
[029] Como, em particular, as figuras 2, 3 e 4a a 4c mostram, as placas de suporte 15 ficam dispostas nos postes verticais 14. Estas placas de suporte 15 servem para suportar o eixo de acionamento 5, que penetra nas placas de suporte 15. As placas de suporte 15 absorvem as forças que agem no eixo de acionamento 5 e desviam as mesmas para a fundação na forma de postes verticais 14. As forças mencionadas são, em particular, tais forças que surgem devido às grandes cargas eólicas e são transferidas para o eixo de acionamento 5 a partir dos segmentos de engrenagem 4. Quando o eixo de acionamento 5 for travado, a estabilidade da íntegra da usina 1 é comparável com a estabilidade de uma usina solar montada em um sistema de montagem em elevação estacionário. Assim, até mesmo grandes cargas eólicas podem agir na usina solar 1 sem danificar a mesma.
[030] Deve-se entender que os elementos da usina solar 1 de acordo com a invenção, da forma ilustrada nos desenhos, podem ser realizados de diferentes maneiras. Por exemplo, é concebível que o elemento de atuação seja constituído por duas placas, por exemplo, placas em forma de disco, que são conectadas por meio de dois pinos de fixação dispostos paralelos um ao outro. Cada uma das duas placas pode ser soldada em uma extremidade de uma seção do eixo de acionamento, por exemplo.
LISTA DOS NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 usina solar 2a - 2c mesas modulares 3 módulos solares 4 segmentos de engrenagem 5 eixo de acionamento 6 unidade de transmissão 7 reforço transversal 8 elemento de atuação 9a, 9b pinos de atuação 10 seções de conexão 11 endentação
12a - 12c espaços do dente 13 dentes 14 poste vertical 15 placas de suporte A eixo geométrico transversal L eixo geométrico longitudinal

Claims (7)

REIVINDICAÇÕES
1. Usina solar (1), caracterizada por ter pelo menos uma mesa modular pivotável (2a, 2b, 2c) que suporta pelo menos um módulo solar fotovoltaico (3), preferivelmente, múltiplos módulos solares fotovoltaicos (3), e é acoplada de uma maneira tal em pelo menos um elemento de engrenagem (4) pivotável ao redor de um eixo geométrico (A) que, pivotando o elemento de engrenagem (4), faz com que a mesa modular (2a até 2c) seja pivotada de forma que os módulos solares (3) rastreiem o movimento do sol, o elemento de engrenagem (4) sendo acionado e, assim, pivotado por um eixo de acionamento eletricamente acionado (5), pelo menos um elemento de atuação (8) sendo integrado no eixo de acionamento (5), o elemento de engrenagem (4) sendo tanto acionado quanto bloqueado pelo elemento de atuação (8), o elemento de atuação (8) encaixando na endentação (11) do elemento de engrenagem (4) para acionar ou bloquear o elemento de engrenagem (4).
2. Usina solar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o elemento de engrenagem ser um segmento de engrenagem (4).
3. Usina solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por o elemento de atuação (8) compreender pelo menos dois pinos de atuação (9a, 9b) que ficam dispostos essencialmente paralelos um ao outro e encaixam na endentação (11) do elemento de engrenagem (4) a fim de acionar (pivotar) ou bloquear o elemento de engrenagem (4), preferivelmente ambos os pinos de atuação (9a, 9b), cada qual repousando em um espaço do dente, em particular, em espaços do dente adjacentes (12a, 12b, 12c), da endentação (11) do elemento de engrenagem (4) e permanecendo ali para bloquear o elemento de engrenagem (4).
4. Usina solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o elemento de atuação (8) ser um anel ou quadro angulares ou redondos.
5. Usina solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a pelo menos uma mesa modular (2a, 2b, 2c) ser montada no pelo menos um elemento de engrenagem (4).
6. Usina solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o eixo geométrico longitudinal (L) do eixo de acionamento (5), ao redor do qual o mesmo rota, se estender através da endentação (11) do pelo menos um elemento de engrenagem (4).
7. Usina solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a usina solar compreender postes verticais (14) para montagem elevada da pelo menos uma mesa modular (2a, 2b, 2c), os postes verticais (14) pelo menos compreendendo parcialmente as placas de suporte (15) para suportar o eixo de acionamento (5).
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