ES1076418U - Seguidor solar de concentración por refracción - Google Patents
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Abstract
1. Seguidor solar de concentración por refracción, comprendiendo una estructura (3) que soporta al menos un elemento de concentración por refracción (1) y al menos un captador (2) mutuamente paralelos, y unos primeros medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar dicha estructura (3) respecto a una base (4) alrededor de un primer eje (E1) paralelo a dicho elemento de concentración por refracción (1) y a dicho captador (2) para seguir un movimiento relativo del sol, caracterizado porque dicho elemento de concentración por refracción (1) está fijado en una posición estacionaria en dicha estructura (3) y el captador (2) está soportado en dicha estructura (3) por al menos dos brazos de balancín (5) mutuamente paralelos formando un mecanismo de cuadrilátero articulado, y unos segundos medios de accionamiento están conectados operativamente para pivotar dichos brazos de balancín (5) respecto a la estructura (3) alrededor de unos respectivos segundos ejes (E2) adyacentes al elemento de concentración por refracción (1) y perpendiculares a dicho primer eje (E1) para situar el captador (2) en un punto de máxima concentración.2. Seguidor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura (3) tiene fijados al menos dos elementos de guía circular (6) concéntricos con el primer eje (E1), separados el uno del otro y dispuestos rodeando el captador (2) y los brazos de balancín (5), y dichos elementos de guía circular (6) están acoplados a un dispositivo de soporte y guiado instalado en dicha base (4).3. Seguidor solar según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho dispositivo de soporte y guiado comprende para cada elemento de guía circular (6) al menos dos rodillos exteriores (7) soportados en la base (4) sobre los que se apoya una pista exterior del elemento de guía circular (6).4. Seguidor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un elemento de tracción flexible (9) conectado a la estructura (3) y apoyado sobre secciones de una superficie circular exterior del elemento de guía circular (6) en lados opuestos del mismo y un mecanismo de tracción accionado por un motor eléctrico (10) y dispuesto para tirar de dicho elemento de tracción flexible (9) selectivamente en direcciones opuestas.5. Seguidor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un sector de corona dentada fijado a uno de los elementos de guía circular (6) y un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar un piñón engranado con dicho sector de corona dentada.6. Seguidor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura (3) comprende unos soportes de eje (11) que soportan un árbol de pivote (12) coaxial con el primer eje (E1), y dicho árbol de pivote (12) está soportado giratoriamente en unos miembros de soporte (13) fijados a la base (4).7. Seguidor solar según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar el árbol de pivote (12) selectivamente en direcciones opuestas.8. Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una pluralidad de dichos elementos de concentración por refracción (1) están fijados en respectivas posiciones estacionarias en la estructura (3) y una pluralidad de dichos captadores (2) están soportados en dicha estructura (3) por una pluralidad brazos de balancín (5), con uno de los captadores (2) asociado a cada uno de los elementos de concentración por refracción (1).9. Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura (3) comprende una pluralidad de miembros longitudinales (31) y miembros transversales (32) conectados entre sí, y una pluralidad de barras de refuerzo (33) y tirantes de refuerzo (34) conectados a dichos miembros longitudinales y transversales (31, 32) formando triangulaciones.10. Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura (3) comprende una envolvente o revestimiento que cubre dicha estructura (3) dejando libre la superficie del elemento de concentración por refracción (1).11. Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho elemento de concentración por refracción (1) es una lente de concentración lineal y dicho captador (2) es un captador lineal.
Description
Seguidor solar de concentración por refracción.
Campo de la técnica
La presente invención concierne a un seguidor solar de concentración por refracción que comprende uno o más elementos de concentración por refracción instalados en una estructura móvil, los cuales concentran los rayos solares hacia uno o más respectivos captadores instalados asimismo en la estructura móvil. Unos primeros medios de accionamiento mueven la estructura móvil respecto a una base para seguir un movimiento relativo del sol en una primera dirección y unos segundos medios de accionamiento mueven los uno o más captadores respecto a la estructura móvil para seguir un movimiento relativo del sol en una segunda dirección.
Antecedentes de la invención
El documento GB 1590841 da a conocer un seguidor solar de concentración por refracción que comprende una estructura móvil en la que están fijadas una o más lentes de concentración lineales y uno o más captadores lineales mutuamente paralelos. Cada uno de los captadores lineales está dispuesto para captar los rayos solares concentrados por una de las lentes de concentración lineales. Este seguidor solar comprende además unos medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar dicha estructura móvil respecto a una estructura de soporte alrededor de un primer eje paralelo a dichas lentes de concentración lineales y a dichos captadores lineales para seguir un movimiento relativo del sol en una dirección. Un inconveniente de la solución propuesta es que la distancia entre las lentes de concentración lineales y los captadores se mantiene fija, con lo que no es posible variar con ello y optimizar las condiciones de concentración de la radiación sobre dichos captadores.
Por el documento US 2008/0295825 se conoce un sistema de lentes con corrección de distancia focal para concentración de la radiación solar sobre un captador, que aporta unos medios para desplazar un conjunto de lentes de concentración lineales en alejamiento o aproximación a un captador fijo, mediante un desplazamiento circular oscilante de dicho conjunto de lentes. Un tal desplazamiento circular oscilante tiene como inconveniente que no se aprovecha en determinadas fases del movimiento la capacidad de concentración de las lentes generando sombras.
Exposición de la invención
La presente invención aporta un seguidor solar de concentración por refracción, el cual comprende una estructura que soporta al menos un elemento de concentración por refracción y al menos un captador mutuamente paralelos. El mencionadoelemento de concentración por refracción está fijado en una posición estacionaria en dicha estructura, mientras que dicho captador está soportado en dicha estructura por al menos dos brazos de balancín mutuamente paralelos formando un mecanismo de cuadrilátero articulado. El seguidor solar incluye unos primeros medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar la estructura respecto a una base alrededor de un primer eje paralelo a dichoelemento de concentración por refracción y a dicho captador para seguir un movimiento relativo del sol, y unos segundos medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar dichos brazos de balancín respecto a la estructura alrededor de unos respectivos segundos ejes perpendiculares a dicho primer eje para situar el captador linear en un punto de máxima concentración de los rayos solares.
Así, mediante el movimiento de la estructura respecto a la base, la cual está fija respecto al suelo, un plano imaginario que comprende un eje de simetría longitudinal del elemento de concentración por refracción y un eje de simetría longitudinal del captador puede ser posicionado en diferentes momentos a lo largo del día paralelo a los rayos solares, y mediante el movimiento de balancín del captador en relación con la estructura, y por consiguiente en relación con elelemento de concentración por refracción, es posible situar el captador lineal en diferentes momentos a lo largo del día en un punto de máxima concentración de los rayos solares, o lo que es lo mismo, en el foco lineal del elemento de concentración por refracción, en particular unalente de concentración.
En un ejemplo de realización la lente es una lente Fresnel de concentración lineal, y el captador lineal puede ser un captador de energía térmica o fotovoltaica. Otros elementos de concentración por refracción podrían ser unos prismas o unas lentes esféricas.
En una realización, la estructura tiene fijados al menos dos elementos de guía circular concéntricos con el primer eje, los cuales están separados el uno del otro y dispuestos rodeando el captador y los brazos de balancín. Estos elementos de guía circular están acoplados a un dispositivo de soporte y guiado instalado en la base. Por ejemplo, el mencionado dispositivo de soporte y guiado puede comprender, para cada elemento de guía circular, al menos dos rodillos exteriores soportados en la base sobre los que se apoya una pista exterior del elemento de guía circular y al menos un rodillo interior soportado en la base y apoyado sobre una pista interior de dicho elementos de guía circular.
En este caso, los mencionados primeros medios de accionamiento pueden comprender un elemento de tracción flexible, tal como una cadena de rodillos, un cable o similar, conectado a la estructura y apoyado sobre secciones de una superficie circular exterior del elemento de guía circular situadas en lados opuestos del mismo, y un mecanismo de tracción accionado por un motor eléctrico y dispuesto para tirar de dicho elemento de tracción flexible selectivamente en direcciones opuestas. Alternativamente, los primeros medios de accionamiento pueden comprender un sector de corona dentada fijado a uno de los elementos de guía circular y un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar un piñón engranado con dicho sector de corona dentada.
En otra realización, la estructura comprende unos soportes de eje que soportan un árbol de pivote en una posición coaxial con el primer eje, y dicho árbol de pivote está soportado giratoriamente en unos miembros de soporte fijados a la base. En este caso, los primeros medios de accionamiento pueden comprender, por ejemplo, un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar el árbol de pivote selectivamente en direcciones opuestas.
Sea cual sea el sistema de soporte, guiado y accionamiento de los movimientos de la estructura, el seguidor solar puede incluir un únicoelemento de concentración por refracción fijado en una posición estacionaria en la estructura y un único captador soportados en la estructura mediante los correspondientes brazos de balancín, o una pluralidad de elementos de concentración por refracción(lentes, prismas u otros elementos ópticos adecuados, conocidos en el estado de la técnica) mutuamente paralelos fijados en respectivas posiciones estacionarias en la estructura y una pluralidad de captadores soportados en la estructura por una pluralidad brazos de balancín, con uno de los captadores asociado a cada uno de los elementos de concentración por refracción.
En una realización, la estructura está hecha de acero o aluminio, y comprende una pluralidad de miembros estructurales longitudinales y transversales conectados entre sí, y una pluralidad de barras y tirantes de refuerzo conectados a dichos miembros longitudinales y transversales formando triangulaciones. Así, la estructura está dotada de una extraordinaria rigidez y ligereza, y tiene un comportamiento excepcional frente a esfuerzos de flexión y torsión debidos por una parte al peso propio de la estructura, pero fundamentalmente por las cargas de viento a las que puede estar expuesta durante su funcionamiento.
El diseño de la estructura permite que ésta pueda ser construida íntegramente en taller, con unos medios materiales y tecnológicos convencionales, y posteriormente trasladada al emplazamiento definitivo completamente ensamblada. De este modo se consigue minimizar las operaciones in situ sobre la estructura, lo queimplica una minimización de costes.
Preferiblemente, el conjunto del seguidor solar es auto-estable, de modo que en caso de fallo o rotura de los medios de accionamiento, la estructura regresa por si misma, y de modo gradual a una posición de estable, evitando accidentes por impacto, vuelcos repentinos, o roturas en otras partes de la instalación.
En resumen, el seguidor solar de concentración por refracción de la presente invención presenta las siguientes ventajas:
- •
- Seguimiento del sol con respecto a un eje mediante el giro de la estructura de soporte de la lente.
- •
- Posicionamiento del captador de energía solar en todo momento en el punto de máxima concentración mediante el giro oportuno de los brazos de balancín.
- •
- El seguidor solarpuede estar situado en cualquier orientación respecto al sol optimizando la captación solar, puesto que no es necesario que esté alineado con los ejes norte-sur o este-oeste.
- •
- La estructura que sujeta la lente tiene una máxima resistencia y rigidez frente al viento con una mínima utilización de materiales y una gran simplicidad de fabricación y montaje.
- •
- La realización que incluye el giro guiado mediante elementos de guía circular implica una gran simplificación de los accionamientos para conseguir los movimientos: por ejemplo, un motorreductor con cadena o corona dentada para el giro de la estructura y uno o más dispositivos actuadores lineales para el movimiento de los balancines.
- •
- La realización que incluyeel giro mediante un árbol de pivota permite simplificar y abaratar los accionamientos para conseguir los movimientos: por ejemplo, un motorreductor con cadena o corona dentada para el giro de la estructura y actuador lineal para el movimiento de los balancines.
- •
- Se ha previsto una envolvente o revestimiento que cubre la estructura que sujeta la lente en toda la extensión de una o varias estructuras unidas en serie, y cerrado por los extremos. Con esto se consigue un mejor comportamiento de la estructura frente al viento y un incremento de la temperatura en el interior del recubrimiento con respecto al exterior, mejorando significativamente el comportamiento térmico del captador.
Breve descripción de los dibujos
Las anteriores y otras características y ventajas resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es una vista en perspectiva, simplificada, de un seguidor solar de concentración por refracciónsegún una realización de la presente invención;
la Fig. 1A es una vista frontal parcial esquemática que muestra un posible accionamiento del seguidor de la Fig. 1;
la Fig. 2 es una vista en alzado lateral, simplificada, del seguidor mostrando un primer desplazamiento relativo del captador, en relación al conjunto de elementos de concentración por refracción, aproximando ambos elementos con el fin de optimizar la concentración de energía, concentrada sobre el captador, para una primera disposición relativa del seguidor solar respecto al sol;
la Fig. 3, es una vista equivalente a la anterior, pero mostrando el desplazamiento del captador hacia un lado contrario, igualmente modificando la distancia entre el conjunto de elementos de concentración por refracción y el captador, para responder a una segunda disposición relativa del seguidor solar respecto al sol;
la Fig. 4 muestra un ejemplo alternativo de construcción de la estructura portante del conjunto de lentes, giratoria respecto a un eje longitudinal central; y
la Fig. 5 es una vista en perspectiva que muestra una estructura aplicable al seguidor solar según la construcción de la Fig. 1 o según la construcción de la Fig. 4.
Descripción en detalle de unos ejemplos de realización
La Fig. 1 muestra un primer ejemplo de realización de un seguidor solar de concentración por refracción, según la invención comprendiendo una estructura 3 que soporta al menos un elemento de concentración por refracción 1 y al menos un captador 2 mutuamente paralelos, y unos primeros medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar dicha estructura 3 respecto a una base 4 alrededor de un primer eje E1 paralelo a dicho elemento de concentración por refracción 1 y a dicho captador 2 para seguir un movimiento relativo del sol, según lo ya divulgado en GB 1590841.
De acuerdo con la propuesta de esta invención dicho elemento de concentración por refracción 1 (en el ejemplo dos unidades, paralelas, longitudinales, por Ej. unas lentes de concentración lineal) está fijado en una posición estacionaria en dicha estructura 3 y el captador 2(en este ejemplo dos unidades, paralelas) está soportado en dicha estructura 3 por al menos dos brazos de balancín 5 mutuamente paralelos formando un mecanismo de cuadrilátero articulado, y unos segundos medios de accionamiento están conectados operativamente para pivotar dichos brazos de balancín 5 respecto a la estructura 3 alrededor de unos respectivos segundos ejes E2que son adyacentes al elemento de concentración por refracción 1 y perpendiculares a dicho primer eje E1 para situar el captador 2 en un punto de máxima concentración.
Tal como muestran las Figs. 1, 2 y 3 la estructura 3 tiene fijados al menos dos elementos de guía circular 6concéntricos con el primer eje E1, separados el uno del otro y dispuestos rodeando los captadores 2y los brazos de balancín 5, y dichos elementos de guía circular 6 están acoplados a un dispositivo de soporte y guiado instalado en dicha base 4.
Conforme a un ejemplo de realización que se ilustra en las Figs. 2 y 3 de forma esquemática y en la Fig. 1A con un mayor detalle el dispositivo de soporte y guiado comprende para cada elemento de guía circular 6 al menos dos rodillos exteriores 7 soportados en la base 4 sobre los que se apoya una pista exterior del elemento de guía circular 6 y al menos un rodillo interior 8 soportado en la base 4 y que se apoya sobre una pista interior de dicho elementos de guía circular 6. Según muestra dicha Fig. 1A los primeros medios de accionamiento pueden comprender un elemento de tracción flexible 9 (tal como una cadena o similar) conectado a la estructura 3 y apoyado sobre secciones de una superficie circular exterior del elemento de guía circular 6 en lados opuestos del mismo y un mecanismo de tracción accionado por un motor eléctrico 10 y dispuesto para tirar de dicho elemento de tracción flexible 9 selectivamente en direcciones opuestas.
En el ejemplo de realización de la Fig. 4, la estructura 3 alternativa comprende unos soportes de eje 11 que soportan un árbol de pivote 12 coaxial con el primer eje E1, y dicho árbol de pivote 12 está soportado giratoriamente en unos miembros de soporte 13 fijados a la base 4. En este caso los primeros medios de accionamiento comprenden un motor eléctrico convencional (no mostrado) conectado operativamente para hacer girar el árbol de pivote 12 selectivamente en direcciones opuestas.
El seguidor solar explicado hasta este punto puede comprenderuna pluralidad de dichos elementos de concentración por refracción 1, fijados en respectivas posiciones estacionarias en la estructura 3 y una pluralidad de dichos captadores 2, soportados en dicha estructura 3 por una pluralidad brazos de balancín 5, con uno de los captadores 2 asociado a cada uno de los elementos de concentración por refracción 1.
Tal como muestra la Fig. 6, con el objetivo de mejorar la resistencia de la estructura 3 descrita, se ha previsto que la misma comprenda una pluralidad de miembros longitudinales 31 y miembros transversales 32 conectados entre sí, y una pluralidad de barras de refuerzo 33 y tirantes de refuerzo 34 conectados a dichos miembros longitudinales y transversales 31, 32 formando triangulaciones.
En la parte superior de la estructura 3 hay un marco superior rectangular en forma de celosía que soporta los elementos de concentración por refracción 1, por lo que debe permanecer bajo unos rangos de deformación mínima, para asegurar el correcto posicionamiento de la mancha solar. Este marco está construido mediante secciones circulares, lo que contribuye al conjunto con unas mínimas deformaciones, sea cual sea la posición del conjunto de la estructura 3, y la dirección de las cargas de viento que está recibiendo la lente.
Por debajo de dicho marco superior rectangular hay una sección en “W” en la cual se mueven los brazos de balancín 5 y los captadores 2. La disposición espacial triangular de las barras y tirantes de refuerzo 33, 34 proporciona un núcleo central completamente rígido con secciones estructurales de mínima sección. Las barras laterales cuentan con una gran inercia orientada, de modo que la deformación de éstas cuando la estructura 3 se encuentra inclinadaes la menor posible para la relación inercia/peso de la sección.
En la parte inferior de la estructura 3 hay un marco inferior rectangular, el cual juega un doble papel. Por un lado vincula solidariamente los compartimentos de la sección en “W”, proporcionando consistencia al conjunto; por otro lado confiere rigidez torsional al conjunto, lo cual es un punto crítico para un adecuado comportamiento a giro de la estructura. Estemarco inferiorrectangular actúa como pantalla rígida, esencial para permitir el movimiento de seguimiento, empleando también unas secciones mínimas de acero.
En los ejemplos ilustrados, los elementos de concentración por refracción 1 son unas lentes de concentración lineales y los captadores 2 son unos un captadores lineales. No obstante, se prevé que los elementos de concentración por refracción puedan ser alternativamente prismas, lentes concéntricas u otros elementos ópticos capaces de realizar una concentración de los rayos solares por refracción, y los captadores podían ser captadores puntuales.
Un experto en la materia será capaz de introducir modificaciones y variaciones a los ejemplo de realización mostrados y descritos sin salirse del alcance de la presente invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES1.-Seguidor solar de concentración por refracción, comprendiendo una estructura (3) que soporta al menos un elemento de concentración por refracción (1) y al menos un captador (2)mutuamente paralelos, y unos primeros medios de accionamiento conectados operativamente para pivotar dicha estructura (3) respecto a una base (4) alrededor de un primer eje (E1) paralelo a dichoelemento de concentración por refracción (1) y a dicho captador(2) para seguir un movimiento relativo del sol, caracterizado porque dicho elemento de concentración por refracción (1) está fijado en una posición estacionaria en dicha estructura (3) y elcaptador (2) está soportado en dicha estructura (3) por al menos dos brazos de balancín(5) mutuamente paralelos formando un mecanismo de cuadrilátero articulado, y unos segundos medios de accionamiento están conectados operativamente para pivotar dichosbrazos de balancín(5) respecto a la estructura (3) alrededor de unos respectivos segundos ejes (E2) adyacentes al elemento de concentración por refracción (1) y perpendiculares a dicho primer eje (E1) para situar el captador (2) en un punto de máxima concentración.
- 2.-Seguidor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura (3) tiene fijados al menos dos elementos de guía circular (6) concéntricos con el primer eje (E1), separados el uno del otro y dispuestos rodeando el captador (2) y los brazos de balancín (5), y dichos elementos de guía circular (6) están acoplados a un dispositivo de soporte y guiado instalado en dicha base (4).
- 3.-Seguidor solar según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho dispositivo de soporte y guiado comprende para cada elemento de guía circular (6) al menos dos rodillos exteriores (7) soportados en la base (4) sobre los que se apoya una pista exterior delelemento de guía circular (6).
- 4.-Seguidor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un elemento de tracción flexible (9) conectado a la estructura (3) y apoyado sobre secciones de una superficie circular exterior del elemento de guía circular (6) en lados opuestos del mismo y un mecanismo de tracción accionado por un motor eléctrico (10) y dispuesto para tirar de dicho elemento de tracción flexible (9) selectivamente en direcciones opuestas.
- 5.-Seguidor solar según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un sector de corona dentada fijado a uno de los elementos de guía circular (6) y un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar un piñón engranado con dicho sector de corona dentada.
- 6.-Seguidor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura (3) comprende unos soportes de eje (11) que soportan un árbol de pivote (12) coaxial con el primer eje (E1), y dicho árbol de pivote (12) está soportado giratoriamente en unos miembros de soporte (13) fijados a la base (4).
- 7.-Seguidor solar según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos primeros medios de accionamiento comprenden un motor eléctrico conectado operativamente para hacer girar el árbol de pivote (12) selectivamente en direcciones opuestas.
- 8.-Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una pluralidad de dichos elementos de concentración por refracción (1) están fijados en respectivas posiciones estacionarias en la estructura (3) y una pluralidad de dichos captadores (2) están soportados en dicha estructura (3) por una pluralidad brazos de balancín (5), con uno de los captadores (2) asociado a cada uno de los elementos de concentración por refracción (1).
- 9.-Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura
- (3)
- comprende una pluralidad de miembros longitudinales (31) y miembros transversales (32) conectados entre sí, y una pluralidad de barras de refuerzo (33) y tirantes de refuerzo (34) conectados a dichos miembros longitudinales y transversales (31, 32) formando triangulaciones.
- 10.-Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura
- (3)
- comprende una envolvente o revestimiento que cubre dicha estructura (3) dejando libre la superficie del elemento de concentración por refracción (1).
- 11.-Seguidor solar según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho elemento de concentración por refracción (1) es una lente de concentración lineal y dicho captador (2) es un captador lineal.
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