ES1066600U - Seguidor solar mecanico. - Google Patents
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Abstract
1. Seguidor solar mecánico, destinado a la mejora del rendimiento de captadores solares de energía y además orientar sistemas de concentración de radiación solar perfectamente al sol siendo capaz de crear un foco fiable en el receptor concentrador ya sea fotovoltaico o termodinámico, caracterizado por el hecho de constituir el conjunto, un reloj o crono-posicionador totalmente mecánico el cual al recibir pulsos o momentos de giro con una frecuencia establecida y constante en cuanto a dirección y fuerza, es capaz de realizar una serie de movimientos los cuales hacen que un receptor esté siempre orientado al astro sol desde el planeta tierra, pudiéndose así utilizar tanto como orientador para receptores solares de energía o como orientador de sistemas de concentración de foco en receptores concentrados fotovoltaicos, de alta temperatura o termodinámicos.
Description
Seguidor solar mecánico
La presente invención, según lo expresa el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un seguidor
solar mecánico y aporta un sistema de seguimiento de la posición
del sol con respecto a la tierra, con el fin de direccionar
sistemas captadores y transformadores de energía solar
fotovoltaicos y térmicos, ya sean de radiación electromagnética
dispersa o concentrada en cualquiera de sus variedades con el fin de
conseguir una buena perpendicularidad en los de captación dispersa
y una perfecta focalización en los sistemas de concentración, con
referencia al astro sol. Tiene la particularidad de que es, a
grandes rasgos, un reloj astronómico, siendo en cuanto a
construcción, prácticamente mecánico y permanente en el tiempo,
siguiendo fielmente los movimientos de la tierra respecto al sol, a
lo largo de los años de funcionamiento.
Esta invención tiene su aplicación en la
industria de la transformación de energías limpias renovables, en
energías derivadas para uso general, ya sea eléctrica, térmica, o
combustibles químicos como por ejemplo hidrógeno.
Los beneficios que aportan los seguidores
solares a los captadores antes nombrados son ya conocidos y
estudiados, por lo que existen multitud de inventos los cuales
hacen posible un aumento considerable del rendimiento de dichos
captadores. En la actualidad existen diferentes sistemas
construidos que se pueden agrupar según criterios de funcionamiento
mecánico en cinco grupos:
1.- De eje vertical de movimiento azimutal. El
más sencillo después del fijo. Solo en dos ocasiones al día
permanece perpendicular al sol.
2.- De eje horizontal de movimiento este/oeste.
El más utilizado para concentradores cilindro parabólicos. Nunca
está perpendicular al sol excepto en instalaciones en el ecuador
terrestre.
3.- De dos ejes antes mencionados. Sigue al sol
mediante el movimiento conjunto de los dos ejes: azimutal y
norte/sur. Guiados por complicados sistemas de control y
supervisión de posición principalmente electrónicos.
4.- De eje polar. Sigue al sol mediante un eje
paralelo al eje de giro polar de la tierra. Solo esta perpendicular
al sol, dos días al año aproximadamente cuando el sol respecto a
la tierra, esta a la altura del ecuador, en su movimiento de
translación.
5.- Cualquier conjunto montado por los
anteriores sistemas de distintas formas y dimensiones con el fin de
mejorarlos, en cuanto a coste de fabricación y rendimiento
obtenido.
Algunos de los sistemas antes mencionados
utilizan reductores de velocidad con motores eléctricos DC/AC
sobredimensionados o cilindros hidráulicos actuadores, los cuales
funcionan de forma intermitente según el movimiento diario con
respecto al sol. Estos movimientos intermitentes ocasionan altos
consumos en diversos momentos del día y en otros están parados ya
que el movimiento es según las necesidades detectadas por los
sensores de posicionamiento solar.
Debido a estos movimientos intermitentes, es
prácticamente imposible centrar un foco de concentración en el
receptor, ya que estos sistemas necesitan un movimiento continuo
para poder concentrar la energía solar en un solo punto, el cual se
queda desenfocado con solo un grado de error con respecto al la
perpendicular al sol. En el caso de placas fotoeléctricas o
térmicas no es tan relevante. Los sistemas actuales hacen un
movimiento acimutal de seguimiento al sol que viene a durar una
media de 14 horas diarias o el 60% del giro. Una vez que se ha
puesto el sol, comienza el ciclo contrario para regresar al punto
donde sale el sol, por lo que tiene que recorrer otro 60% en
sentido contrario durante la noche. Total el 120% de un giro
terrestre. Con el movimiento de norte/sur en los seguidores de dos
ejes ocurre parecido. Cada día, el movimiento norte/sur, tiene que
elevarse hasta medio día y por la tarde descenderá otra vez asta el
ocaso. Por lo que necesita girar toda la placa de capadores 90
grados hacia el norte y después 90 grados hacia el sur. Con el
consiguiente gasto de energía.
La actual forma y tamaño de algunos seguidores
les obliga a colocar un sistema de seguridad el cual detecta las
ráfagas de viento elevadas. Colocando automáticamente el seguidor
de forma paralela al terreno ofreciendo así, la menor superficie en
contra del viento, asegurando una mayor vida útil por reducción de
esfuerzos intempestivos.
Los sistemas actuales siguen la estrategia
comercial de reducir los problemas que origina el diseño de la
mecánica de los seguidores, supliéndolos con sofisticados sistemas
electrónicos de control de seguimiento. Pueden ser tanto
cronométricos como de seguimiento según la sombra que hace el sol
en distintos sensores determinando un autómata la dirección del sol
según lo que recibe de dichos sensores. Estas estrategias
simplifican la mecánica de dos ejes que son contrarios a la
naturaleza del movimiento de la tierra con respecto al sol pero
cargan de elevados movimientos a los controladores y actuadores que
obran el seguimiento.
Todos estos sistemas están ideados para la
mejora de rendimiento de los captadores solares. Por lo que no
tiene sentido, como se hace a menudo, perder ese rendimiento en el
consumo de los motores que accionan dichos seguidores sobre todo en
los de dos ejes que incorporan mas piezas en movimiento que los
simples, no satisfaciendo las directrices de las energías
renovables que se persiguen en la actualidad.
En líneas generales, el seguidor solar mecánico,
objeto de la invención, se ha ideado para solventar los
inconvenientes anteriormente señalados y a ser posible con un coste
similar o inferior si cabe.
Para ello se dispone de un sistema completamente
mecánico a excepción de un reloj de pulsos similar a los normales
pero de una potencia proporcionada con las necesidades del esfuerzo
de accionamiento del sistema completo. Por lo que el movimiento
será continuo en cuanto a frecuencia y dirección de giro.
Transmitiendo dicho movimiento a través de las siguientes fases de
orientación solar resolviéndolas en dos partes diferenciadas el
movimiento de rotación de la tierra y el movimiento de translación
a lo largo del año. El sistema es igual de valido tanto para
potencias grandes como pequeñas, siendo fácilmente escalable en
tamaño sin necesidad de sustituir el diseño realizado.
Se dispondrá de un eje hueco solidario al
terreno preferentemente mediante tres puntos de apoyo, uno fijo y
pivotante y otros dos extensibles en longitud de forma manual a
modo de trípode que se unen al fijo hueco en su mitad
aproximadamente. La finalidad de esta regulación es la de colocar
el eje hueco paralelo al eje imaginario en torno al que gira la
tierra en su movimiento de rotación y que al estar este en continuo
movimiento aunque insignificante en la corta vida de un seguidor
solar (25 años) este eje cambia su inclinación movido por las
fuerzas de precesión y mutación con ciclos regulares conocidos en
la actualidad. Por lo que una vez orientado en su puesta en marcha
no será necesario volverlo a orientar. Hacer hincapié en el desfase
de este con respecto al sistema de eje polar ya que una orientación
hacia la estrella polar o paralelo a este no es correcto hasta
aproximadamente el año 2016 y después se irá alejando hasta que
coincida dentro de 25.800 años aproximadamente. Estos apoyos
regulables servirán para contrarrestar los errores a la hora de
realizar la zapata de hormigón que soportara el sistema. En el
interior del eje hueco o principal se alojara otro eje que girara
en el interior del fijo, apoyándose en un rodamiento interior en
uno de los extremos el cual soportara esfuerzos axiales y de
rodadura con la particularidad de dejar un pequeño hueco
concéntrico, para pasar los conductos de energía que circulan por
el interior del eje interno o secundario procedente de los
captadores solares.
El eje secundario interno girara apoyándose en
el fijo primario mediante un sistema de trinquetes accionados por
levas o actuadores hidráulicos. Dicho sistema de trinquetes
constara de dos o más mazas dentadas mediante mecanizado las cuales
engranaran con una corona solidaria al eje secundario. Mediante los
movimientos frecuentes de engrane y desengrane alternándose con
movimientos angulares precisos de desplazamiento lateral de las
mazas, se puede crear un movimiento continuo sobre la corona
dentada del eje secundario de forma continua y muy precisa
eliminándose las posibles holguras que crea un sistema típico de
reductor con husillo y corona dentada. Estos pequeños movimientos
de las mazas se controlan mediante un reloj de pulsos. Dichos
pulsos van dando movimiento a un sistema de levas excéntricas
alojadas estratégicamente en las mazas las cuales se desplazan
según les van empujando las levas en su giro continuo. Se podría
sustituir este sistema de levas por un sistema hidráulico central,
el cual además accionaría más de un seguidor en caso de ser
instalaciones grandes de explotación con un gran número de
seguidores. Dicho sistema hidráulico sustituiría a las levas por
miniactuadores tipo cilindro, situados también en el interior de
las mazas los cuales les proporcionarían los movimientos oportunos
de movimientos y a su vez las mazas transmitirían el movimiento al
eje secundario o giratorio. Con este giro y con un correcto
sincronismo de los pulsos con el número de dientes de la corona del
eje secundario se conseguiría un giro completo cada 23 horas 56
minutos y 4 segundos aproximadamente denominado como día sidéreo.
Con este movimiento y orientación de los ejes se sigue al sol
desde la tierra en su movimiento de rotación. En uno de los
extremos del eje primario o en el centro según las necesidades de
la zona, se colocara un segundo rodamiento de bolas simples
pudiendo ser de agujas cónicas doble que será del mismo diámetro
interior que el eje hueco primario y fijo. En el cuerpo exterior
del rodamiento se unirá una muñequilla articulada formada por dos
cilindros cortados por un plano inclinado de aproximadamente 11°
43' 30'' sometido este valor a variaciones por el movimiento de
mutación creado por la luna. Dichos cilindros girarán entre sí en
sentido contrario uno de otro mediante un casquillo deslizante de
nailon o bronce. Cada uno de ellos girará: uno sobre el rodamiento
ya mencionado y otro sobre un casquillo deslizante de nailon o
bronce en el otro extremo de dicha muñequilla. Si a esta muñequilla
le hacemos girar ambos cilindros en sentido contrario, una vuelta
completa cada 366,25 días aproximadamente conseguiremos que en el
movimiento de translación de la tierra alrededor del sol, se
contrarreste la inclinación del eje de giro de la tierra en las
distintas estaciones del año. El accionamiento de los dos cilindros
de la muñequilla se hará con un sistema similar al movimiento de
giro del eje secundario.
En vez de mover las mazas una corona dentada en
un eje interior lo pueden hacer dos coronas dentadas, una cada
cilindro, situadas en ejes exteriores por lo que el principio de
funcionamiento es similar pero difiere el diseño y la forma de las
mazas. También difiere el accionamiento en que esta vez lo da el
eje primario fijo con respecto al conjunto de muñequilla la cual
recibe a través de una corona y un piñón o a través de un pulso
hidráulico de movimiento diario, dando un movimiento angular
aproximado de 0,98°. Los distintos movimientos de las mazas sobre
las coronas lo proporcionas un conjunto interno de levas o
cilindros hidráulicos al igual que el accionador principal. El
conjunto se termina en el extremo donde se junta el eje secundario
giratorio a través de una unión basculante
semi-cardan, con el segundo cilindro de la
muñequilla a través del casquillo de nailon o bronce
deslizante.
Con esta muñequilla se solventa el movimiento de
traslación anual que tiene la tierra con respecto al sol. Creando
así un grupo compacto en el que una vez que se le han instalado los
diferentes captadores de energía con un ángulo de 90° con respecto
a la terminación del eje secundario giratorio, dichos paneles
estarán perpendiculares a los rayos del sol sin importar la fecha y
el momento del año ya que el conjunto se encarga de orientarlos
como si fuera un reloj el cual en vez de marcar la hora que es,
marcase la posición del sol con respecto a la tierra. Quedan de
resolver los siguientes movimientos menos importantes: Los
movimientos de mutación terrestre que se solventan introduciendo
cuñas en forma de calces para variar el ángulo del corte inclinado
de los cilindros de las muñequillas no son relevantes para la
orientación solar pero puede que en un futuro si sea necesario para
nuevas tecnologías de mas precisión. La variación de la distancia
de la tierra al sol a lo largo del año debido a la elíptica de
translación la cual hace que en el afelio la tierra se traslade a
menos velocidad que en el perihelio que es cuando más cerca esta
del sol supliéndose este desfase, si se considera importante para
algunas aplicaciones, realizando las coronas dentadas de los
cilindros de las muñequillas de forma elíptica y escalada con la
que forma la tierra en su movimiento alrededor del sol. Además se
utilizara la unión basculante del eje secundario giratorio para
accionar un avance en el giro de dicho eje el cual con el
movimiento de más-menos 23° 27' hace variar el
avance en 1° aproximadamente a lo largo del año, contrarrestando
así el retraso de días cumplidos por el exceso de velocidad de la
tierra en la translación durante el perihelio. Debido al giro
continuado del sistema se requiere de un sistema giratorio ya sea
mediante escobillas o colector de junta rotativa, para la
extracción de la energía evitando el enroscamiento de los cables o
conductos de salida de energía de los captadores. El sistema de
accionamiento mediante mazas dentadas y corona dentada consiste en
dos o más mazas o trinquetes los cuales se engranan mediante una
porción de circunferencia dentada con una corona también dentada en
la que se encaja y se desencaja a la vez que hace pequeños
movimientos angulares sincronizados. Con esto se consigue un
movimiento semi-continuo ya que aunque no se muevan
los trinquetes físicamente las levas encargadas de sincronizarlos
en sus distintas posiciones, siempre están en movimiento
accionadas por el actuador cronométrico o mecánico según este en el
eje principal o en la muñequilla de translación.
El conjunto de trinquete es una pieza de fácil
construcción y funcionamiento, además no es necesario materiales
especiales ya que no soportan grandes velocidades de movimiento ni
sobrecalentamientos por trabajo excesivo. Un ejemplo es el giro de
la muñequilla la cual dará una vuelta completa al año y en total
dará 25 vueltas en su vida útil siendo un sistema ideal en cuanto
al factor de envejecimiento y mantenimiento. Otro movimiento es el
de rotación el cual dará 365 vueltas al año y un total de 6625
vueltas en toda su vida útil de 25 años. Cuando cualquier motor
eléctrico AC/DC que se usa en la actualidad para el accionamiento
de seguidores da estas vueltas sobre la corona dentada en apenas 5
minutos de funcionamiento. Debido a las bajas revoluciones a las que
va a estar sometida, en los cilindros de la muñequilla se han
colocado casquillos giratorios de nailon o bronce según el tamaño
para poder dar libertad al giro de los cilindros con un máximo de
precisión superior al de los rodamientos ya que los casquillos son
radiales y longitudinales ajustados perfectamente y con canales de
lubricación para crear una película semi deslizante que garantiza
el giro pero a la vez la rigidez del sistema ante movimientos
producidos por el viento excesivo.
El sistema antes explicado, próximo al ideal con
todos los movimientos necesarios para obtener un seguimiento
preciso del sol. Pero en ocasiones no es necesaria tanta precisión
como en los sistemas de concentración. Siendo así se podría llegar
al caso de desechar parte de los sistemas de mejora de seguimiento,
creando otros con el mismo principio de funcionamiento pero que al
estar asociados por ejemplo a colectores fotovoltaicos de captación
dispersa, no es tan necesaria la precisión como la sencillez de
funcionamiento y diseño que forma este conjunto cuando solo se usan
los movimientos de rotación y translación de la tierra que son los
más importantes.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva, se acompaña una serie de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente.
Figura 1.- Es un esquema comparativo del
aprovechamiento de la energía solar manteniendo los paneles solares
perpendiculares a los rayos del sol, o cuando inciden
oblicuamente.
Figura 2.- Es una vista esquemática de un modelo
de seguidor convencional de eje vertical.
Figura 3a.- Es una vista esquemática de otro
modelo de seguidor convencional de eje polar.
Figura 3b.- Es una variante del seguidor
convencional de la figura 3a donde el eje polar se sujeta desde dos
puntos a distinta altura.
Figura 4.- Es una vista esquemática de un tercer
modelo de seguidor convencional de mayor rendimiento que los
anteriores, de dos ejes de giro del panel solar.
Figura 5.- Es una vista esquemática de un cuarto
modelo de seguidor convencional, el de eje horizontal con la
inclinación del eje terrestre dando una vuelta completa al día.
Figura 6.- Es una vista en alzado longitudinal
del seguidor solar mecánico objeto de la invención.
Figura 7.- Es una vista parcial en alzado
lateral de la figura 6 no incluyendo el captador.
Figura 8.- Es una vista en planta del sistema de
giro para el eje secundario e interno que se apoya en el fijo
primario a través de trinquetes vinculados a una corona solidaria
al eje secundario, acorde con la invención.
Figura 9.- Es una vista en planta del accionador
de giro del eje secundario mediante un sistema de tres empujadores
sincronizados, acorde con la invención.
Figura 10.- Es una vista en alzado longitudinal
de un seguidor solar mecánico pequeño, según la invención y que
dispone de un solo panel fotovoltaico.
Figura 11.- Muestra esquemáticamente en cinco
posiciones a) a e) diferentes modelos de seguidores solares según
la invención, correspondientes con distintas posiciones en las que
se puede montar el seguidor y su mecanismo.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras y en especial con relación a las figuras 1 a 5,
podemos ver que en la actualidad hay varios tipos de seguidores,
los cuales intentan siempre mantener los paneles 1, o concentradores
de energía procedente del sol, amarrados a los mismos, lo mas
perpendicularmente posible a los rayos de sol (como lo muestra la
parte izquierda de la figura 1) que inciden sobre ellos para así
evitar tanto la reflexión de los rayos hacia el exterior (parte
derecha de la figura 1), debido a los cristales que los protegen,
como para que esté la mayor parte de la superficie de dichos
paneles o concentradores, sometida a la mayor cantidad de
irradiación solar.
Los modelos de seguidor más usados y las mejoras
que se aportan, son los siguientes:
Él mas utilizado al inicio de los parques
solares. El más sencillo de fabricar, ya que solo posee un poste
(2) vertical al terreno con un rodamiento que hace girar a los
paneles icolectores en sentido horario en el hemisferio norte del
planeta y en sentido antihorario en el hemisferio sur. A dicho
poste (2) además del motorreductor que lo hace girar, lleva adosado
los paneles solares (1) con un ángulo de inclinación con relación a
la zona del planeta en la que este situado. Por ejemplo en Madrid
serian 45° aproximadamente. Esto hace que este sistema sea ideal en
las proximidades de los polos terrestres pero inútil en zonas
cercanas al ecuador terrestre. El principal problema de este
sistema es que al amanecer y atardecer, el sol es demasiado bajo
para su ángulo, 0°, y a medio día el ángulo con respecto al sol es
insuficiente ya que el sol esta situado en verano casi vertical al
terreno.
Mejor rendimiento que el anterior. Apenas
utilizado por ser muy complicado al necesitar un rodamiento que
soporte el esfuerzo en diagonal y un motorreductor que soporte el
peso de las placas primero al amanecer en un costado del poste y
luego al atardecer en el otro costado, teniendo que ser más robusto
y consumir mas. Su principal característica es que su eje de giro
(3) (ver figura 3a) es paralelo al de la tierra por lo que sigue
con mejor calidad el seguimiento del sol. El problema principal es
la inclinación del planeta con respecto a la elíptica que traza la
tierra alrededor del sol, lo que hace que en el verano el sol este
en una poción muy alta con respecto al ángulo polar, y en invierno
muy baja, con un total de variación entre una estación y otra de
47° aproximadamente, por lo que solo en los solsticios de primavera
y otoño, esta verdaderamente orientado al sol y solo por un corto
espacio de tiempo. Otra variante es la sujeción del eje polar 3
desde dos o más puntos (postes 4) los cuales serán de distinta
altura para que la línea que los une (eje) sea paralela al eje de
giro de la tierra.
El de más rendimiento hasta la fecha. Esta
constituido por un eje vertical (2) como el primer sistema pero
además incorpora otro eje horizontal (5) que palia la altura del
sol a lo largo del día. Se guía mediante un sistema electrónico
que orienta cada uno de los ejes mediante dos motores o cilindros
hidráulicos hacia la perpendicular del sol. El único que en caso de
ventisca o vientos fuertes se pone automáticamente en posición
plana para que no le afecte el viento. Este sistema tenia que haber
"nacido" desde el segundo sistema o eje polar, y haberse
paliado los problemas de altura del mismo. Pero por lo complicado
de la construcción se ha optado por el de eje vertical (2) y luego
unirle un eje horizontal (5). El sistema es totalmente antinatural,
pero el avance de la electrónica y su bajo coste hace que la
mecánica se simplifique a maquinas sencillas y que los problemas
los solucione la electrónica con el consiguiente riesgo de avería
por mas numero de piezas pequeñas y delicadas ante tormentas e
intemperie. Posee un rodamiento principal que debe de ser lo
suficientemente fuerte como para además de soportar el giro de todo
el mecanismo por completo con su elevado peso y aguantar las rachas
de viento cuando lo haya. Este rodamiento hará giros de ida y
vuelta cada día con la consiguiente perdida de energía en el
proceso de vaivén. Seguidamente se repetirá lo mismo con el
siguiente eje pero quitando el peso del elemento de giro
anteriormente descrito, pero manteniendo el vaivén diario y la
consiguiente perdida de energía. Se debe recordar el precio de esta
energía sobre todo fotovoltáica, que es casi cuatro veces superior
al precio normal, por lo que siendo una energía que cuesta mucho
conseguirla y es tan cara, no se debería derrochar en el
seguimiento solar si al final el consumo del seguidor se iguala al
exceso de rendimiento que origina en los paneles día a día. En la
actualidad las leyes permiten energizar el seguidor con energía de
la red, pero con un contador de entrada aparte del de salida, por
lo que no importa el gasto en orientación. Con el tiempo la ley
puede cambiar y no dará esta ventaja.
Nace del eje de giro de la tierra que se puede
confundir con el eje polar el cual une el centro de la tierra con
la estrella polar. En la actualidad existen cuatro movimientos
principales de la tierra con respecto al sol. Dos de ellos casi son
insignificantes con respecto a la duración del sistema: 25 años
aproximadamente. Con una variación de 0,33° en ese tiempo de vida
útil. Por ese motivo, esta regulación se hace manual, tanto en la
instalación como a lo largo del periodo si es necesario. Estos
movimientos son motivados por la precesión y por la mutación. Los
otros dos, son más importantes. Uno el de giro terrestre que lo
sigue el eje antes mencionado, dando la misma vuelta al día que la
tierra pero en sentido contrario por lo que siempre sigue al sol
incluso cuando es de noche ya que el mismo planeta lo tapa al
ponerse en medio. Por lo que el sistema siempre gira y no va y viene
como los demás sistemas, ahorrando energía y protegiendo las
placas o concentradores de la suciedad cuando esta cara abajo. Esto
conlleva él tener que utilizar escobillas eléctricas o juntas
rotativas para sacar la energía del equipo fuera, ya que al estar
girando de continuo los conductos directos se enredarían al eje. El
último movimiento es el de translación alrededor del sol el cual
provoca las estaciones anuales y la variación del ángulo de
rotación con respecto a la elíptica que traza la tierra en su
movimiento. Este ángulo varía unos 23,23° aproximadamente hacia el
hemisferio norte y otros 23,23° aproximadamente hacia el hemisferio
sur estando la elíptica de traslación a 0°. Este movimiento se
palia con un giro alrededor de un eje (6) perpendicular al anterior
y de solo la suma de los grados de la inclinación del eje
terrestre, 47° aproximadamente.
Este giro es muy lento, los casquillos de este
giro solo darán una vuelta cada año y veinticinco en toda su vida
útil por lo que permite que la falta de velocidad y dinamismo de
dichos casquillos se revierta en más precisión y rigidez para el
sistema. Este movimiento de giro será provocado por el del mismo
giro del eje terrestre, el cual al dar una vuelta completa al día,
solo provocara en el otro sistema de eje un movimiento de menos de
1° al día, reduciéndose considerablemente la energía utilizada.
En relación con las figuras 6 y siguientes,
donde se muestra el seguidor solar mecánico de la invención,
podemos ver que dispone del eje hueco principal o tramo tubular (7)
que se sitúa fijado al suelo en el punto fijo pivotante (8) y en
los dos cilindros (9) dispuestos en "V" invertida, a modo de
trípode. En el interior del eje hueco (7) gira el eje secundario
(10) a través del rodamiento interior (11) y del sistema de
trinquetes accionados por levas o actuadores hidráulicos acoplados
en la embocadura del eje hueco (7), referenciado en general con el
número (12).
La referencia (13) designa el hueco anular
formado entre los ejes (7) y (10) para el paso de conductos
eléctricos del panel solar (1).
El sistema de trinquetes, como se ve en la
figura 8, incluye las mazas dentadas (14) que engranan con la
corona interior (15) solidaria del eje secundario (10).
Los movimientos de las mazas (14) son
controlados por un reloj de pulsos (no representado) que mueve las
mazas (14) a través de levas excéntricas en giro continuo.
En el extremo libre del eje secundario (10)
existe otro rodamiento (16) y en su cuerpo exterior queda montada
la muñequilla articulada formada por los dos cilindros (17a) y
(17b) cortados por un plano oblicuo a 11° 43' 30'' (con variación
por los movimientos de mutación creados por la luna).
Los cilindros giran entre sí por el casquillo
deslizante (18) intermedio. El cilindro (17a) gira en el rodamiento
(16) y el cilindro (17b) lo hace en otro casquillo deslizante (19)
exterior.
Las mazas (14) pueden mover dos coronas dentadas
(15) una cada cilindro (17a) y (17b).
El conjunto de muñequilla recibe movimiento a
través de la corona y transmisión con un piñón (20), o mediante un
pulso hidráulico de movimiento diario de 0,98° antes comentado.
Las referencias (21) y (22) de la figura 8
designan levas para el movimiento de las mazas (14), y la
referencia (23) de la figura 6 designa el
semi-cardan o unión basculante en el eje secundario
(10) con el segundo cilindro (17b) de la muñequilla a través del
casquillo deslizante (19). La referencia (24) designa los
casquillos giratorios de nailon o bronce para giro de los cilindros
(17a) y (17b) de la muñequilla, con lubricación para optimizar el
giro.
Con esta disposición, los captadores de energía
(25) del panel solar (1) estarán constantemente perpendiculares a
los rayos solares. La referencia (26) de la figura 6 designa la
pieza de amarre a 90°de los captadores solares. El conjunto
determina pues un reloj o crono-posicionador
totalmente mecánico, el cual al recibir pulsos o momentos de giro
con una frecuencia establecida y constante en cuanto a dirección y
fuerza, es capaz de realizar una serie de movimientos los cuales
hacen que un receptor esté siempre orientado al astro sol desde el
planeta tierra, pudiéndose así utilizar tanto como orientador para
receptores solares de energía o como orientador de sistemas de
concentración de foco en receptores concentrados fotovoltaicos, de
alta temperatura o termodinámicos.
En la figura 9 vemos un accionador para el giro
del eje secundario (10) mediante tres empujadores (27)
sincronizados y vinculados a una corona (28).
La figura 10 muestra a título de ejemplo, la
mínima expresión de un seguidor solar según la invención, con un
solo panel fotovoltaico. El elemento captador es de 0,15 Kw.
En la figura 11 posición a), el seguidor solar
está montado en zona tropical con un panel captador de 5 Kw; la
posición b) es también un modelo tropical, pero de 2,5 Kw; la
posición c) muestra un modelo montado en el ecuador, de 5 Kw a 25
Kw; la posición d) es también un modelo tropical superior a 25 Kw;
y la posición e) un modelo solar de 5 Kw.
Claims (8)
1. Seguidor solar mecánico, destinado a la
mejora del rendimiento de captadores solares de energía y además
orientar sistemas de concentración de radiación solar perfectamente
al sol siendo capaz de crear un foco fiable en el receptor
concentrador ya sea fotovoltaico o termodinámico,
caracterizado por el hecho de constituir el conjunto, un
reloj o crono-posicionador totalmente mecánico el
cual al recibir pulsos o momentos de giro con una frecuencia
establecida y constante en cuanto a dirección y fuerza, es capaz de
realizar una serie de movimientos los cuales hacen que un receptor
este siempre orientado al astro sol desde el planeta tierra,
pudiéndose así utilizar tanto como orientador para receptores
solares de energía o como orientador de sistemas de concentración
de foco en receptores concentrados fotovoltaicos, de alta
temperatura o termodinámicos.
2. Seguidor solar mecánico, según la
reivindicación 1, caracterizado por disponer de un eje
principal primario (7) solidario a una zapata de hormigón mediante
tres puntos regulables en longitud y ángulo, con el fin de
conseguir que dicho eje se pueda posicionar una vez fraguado el
hormigón, de modo que forme un ángulo dado por los movimientos de
precesión y mutación, respecto al plano de la elíptica que forma la
tierra en el movimiento de translación alrededor del sol, siendo el
valor de este ángulo conocido en la actualidad así como sus
distintas posiciones a lo largo de la historia, y que depende en
gran medida de la zona geográfica en la que se vaya a instalar el
seguidor.
3. Seguidor solar mecánico, según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por ser accionado su
eje de giro secundario (10), mediante un sistema de mazas dentadas
(14) solidarias al eje principal o primario (7); dichas mazas (14)
desplazan en cortos momentos angulares, actuando sobre una corona,
también dentada, la cual a base de recorridos cortos la va haciendo
girar de una forma lenta pero fuerte y precisa; las mazas (10) son
a su vez accionadas por pequeñas levas (21, 22) o actuadores
hidráulicos que una vez sincronizados, engranan, giran empujando,
desengranan y giran a la posición inicial, con respecto a la corona
dentada (15) realizando así los movimientos continuos del conjunto;
y el sistema de accionamiento principal dará un numero de pulsos
tal que el eje secundario (10) dará una vuelta completa cada 23
horas 56 minutos y 4 segundos, contrarrestando así el giro de
rotación terrestre diario.
4. Seguidor solar mecánico, según las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por incorporar
una muñequilla formada por dos cilindros (17a, 17b) cortados por un
plano inclinado con un ángulo de 11°43' 30'' aproximadamente,
unidos ambos cilindros entre sí, por el corte inclinado, mediante
sendos casquillos deslizantes (18, 19); a su vez uno de los
cilindros (17a) va unido por su base, mediante un rodamiento
principal (16), al eje primario (7), y el otro cilindro (17b) va
unido por su base, mediante otro casquillo deslizante (24), a la
pieza de amarre (26) a 90°, de los captadores solares (25);
haciendo girar los dos cilindros (17a, 17b) en sentido contrario
una vuelta completa cada uno, cada 365 días, 6 horas, 9 minutos y
10 segundos aproximadamente y teniendo la pieza de amarre (26) de
los captadores unida mediante una unión semi-cardan
basculante (23), al eje secundario (10), se consigue paliar el
movimiento de la tierra con respecto al sol a lo largo del año en
su movimiento de translación alrededor del astro sol.
5. Seguidor solar mecánico, según las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por incorporar un
segundo y tercer sistema de accionamiento mediante mazas (14)
engranadas a coronas (15) dentadas solidarias a dichos cilindros
(17a, 17b) giratorios, actuando las mazas sobre una corona exterior
al mecanismo de mazas, el cual se encuentra en el interior y
solidario al eje secundario de giro (10); el movimiento de las
mazas (14) se sincroniza mediante un eje con rotula cardan (23)
central, el cual hace que las mazas (14) hagan girar de forma
obligatoria y en sentido contrario a los dos cilindros (17a, 17b)
cortados por el plano inclinado.
6. Seguidor solar mecánico, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de
un sistema de transmisión dentro de la muñequilla el cual acciona
todas las levas (21, 22) a la vez, recogiendo la fuerza de
transmisión mediante un piñón dentado (20) solidario al eje de giro
secundario (10) el cual se desplaza a lo largo de una corona
dentada solidaria al eje primario y fijo (7) creándose el
movimiento de la transmisión interior por la diferencia de tamaño
entre el piñón (20) y la corona dentada fija.
7. Seguidor solar mecánico, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado por constituir un
conjunto mecánico cuyas características lo confinan tanto para
aparatos seguidores de gran tamaño, como para sistemas de
orientación de pequeños captadores o captadores unicelulares,
pudiéndose utilizar el mismo diseño para una ilimitada variedad de
tamaños y utilidades dirigidas al seguimiento de radiaciones
solares.
8. Seguidor solar mecánico, según
reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de
un sistema de avance al giro del eje secundario (10) el cual hace
que dicho eje se adelante o se retrase respecto a la posición
normal, el número de grados angulares necesarios, contrarrestando
la diferencia de velocidad de la tierra en el afelio y el perihelio
de la traslación, estando dicho avance controlado por la unión
semi-cardan (23) del interior de la muñequilla
convirtiendo los movimientos de giro del mismo en un avance o
retraso de dicho eje secundario (10) con respecto a la posición
normal.
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