ES1077002U - Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar. - Google Patents
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Abstract
1. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, destinado a definir la posición solar, mediante la detección de su ángulo de incidencia, para utilización en seguidores del tipo de cilindro parabólico, de uno o dos ejes, con procesado de información y transmisión al exterior para su posterior aprovechamiento por el sistema de actuadores del seguidor solar, caracterizado por constar de un fotosensor compuesto (2) con una pluralidad de células sensibles a la luz, distribuidas sobre el plano de fondo (3) de un contenedor (4) dotado de un filtro selectivo (13), una óptica de enfoque (5), con una única ventana (6), un microcontrolador (7), un sistema de ventilación (11), una resistencia calefactora (12) y un conector (8).2. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según la reivindicación primera, caracterizado porque el contenedor (4) descansa sobre un soporte flotante (9) ajustable en dos ejes, mediante fijaciones (10) de calibración.3. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, alternativamente, se prescinde del sistema de ventilación (11) y de la resistencia calefactora (12) sellando el contenedor (4) en una atmósfera de nitrógeno.4. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el filtro selectivo (13) es un cristal atérmico con atenuación lumínica del 50% y atenuación de energía hacia el interior del 80%.5. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de enfoque tienen un factor de precisión normal menor a 0,002º.6. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fotosensor compuesto (2), está preparado para registrar tanto la intensidad como la desviación de la luz.7. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en seguidores de cilindro parabólico a dos ejes, puede controlar un campo de visión de +/- 5º en uno de los ejes y hasta 90º en el otro.
Description
Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar.
El presente documento describe el
perfeccionamiento de otra invención del mismo autor que corresponde
al número de solicitud U 201000287 y número de publicación 1072843 U
con publicación de la Concesión por la Oficina Española de Patentes
y Marcas el 18/01/2011. Se refiere a un sensor perfeccionado dotado
de filtro para seguimiento solar cuya finalidad estriba en una
definición precisa de la posición solar con seguidores solares a uno
o dos ejes.
El perfeccionamiento consiste en un cambio de la
geometría interna del sensor aplicable a seguidores solares del tipo
de cilindro parabólico con un diseño técnico compacto, de bajo coste
de producción, que permite conseguir una gran precisión y alta
fiabilidad. El dispositivo, al igual que el definido en el documento
antes citado, incorpora un filtro solar en el sistema óptico de
enfoque que, además de evitar sobrecalentamientos, actúa como
atenuador de la señal luminosa.
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La invención que se presenta afecta a la Sección
de Mecánica e Iluminación de la Clasificación Internacional de
Patentes y concretamente al capítulo de Calefactores en lo relativo
a colectores del calor solar incidiendo directamente desde el punto
de vista industrial en el amplio campo de la fabricación de
dispositivos para el seguimiento solar.
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En cuanto al estado actual de la técnica en lo
que respecta a dispositivos para el seguimiento solar, de aplicación
a seguidores solares, podemos señalar que las soluciones conocidas
por el solicitante son las siguientes:
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Están basados en elementos de forma tubular en
cuyo fondo se encuentran elementos sensibles a la luz. Por medio de
dichos túneles, inclinados unos respecto a otros, y dependiendo de
qué sensor recibe más luminosidad, se deduce la posición relativa
del sol. Un ejemplo de dicho sistema se describe en la patente
número ES2307465T1.
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Consisten en la colocación de cuatro sensores,
uno por cada grado de libertad de orientación, separados dos a dos
por dos superficies opacas que se extienden perpendicularmente al
plano de los sensores y que son perpendiculares entre ellas, de modo
que las diferencias entre las radiaciones recogidas entre dos pares,
producen directamente dos señales eléctricas que determinan el
sentido en que deben actuar los dos actuadores de orientación.
\vskip1.000000\baselineskip
Se trata de una invención del mismo autor, como
se ha indicado anteriormente, que se perfecciona con las mejoras que
se citan en este documento.
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o o O o
o
\vskip1.000000\baselineskip
Se sabe, por otro lado, que todos los seguidores
solares de precisión, ya sea por cálculo de efemérides o por sensor
óptico, adquieren, con el paso del tiempo, deformaciones, fatigas,
holguras y descalibraciones, entre otras incidencias, que provocan
que el seguidor solar pierda precisión de apuntamiento, lo cual se
detecta únicamente cuando se produce una reducción sustancial de su
producción.
Para evitar este inconveniente se conocen
dispositivos mediante los cuales y tras su instalación en un
seguidor operativo durante un período concreto de tiempo, es posible
registrar el desfase del seguidor con respecto al sol. Sin embargo
el factor de precisión de estos dispositivos es de aproximadamente
0,02º.
Dichos dispositivos precisan del movimiento del
sistema para obtener la información que se busca y no proporcionan
de forma rápida y sencilla la orientación de la radiación solar
directa.
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El dispositivo sensor objeto de la presente
invención se configura, esencialmente, a partir de un sensor de
ángulo de incidencia solar que consta, como elemento básico de
sensado, de un fotosensor compuesto por una pluralidad de células
sensibles a la luz distribuidas en grupo sobre un plano, estando
capacitado para registrar de forma electrónica la intensidad y la
desviación de la luz, pudiéndose variar la resolución de ésta
alterando el número de elementos fotosensibles que contenga.
El dispositivo de la invención se caracteriza
por el hecho de que sobre el citado fotosensor compuesto se enfoca
la luz solar a través de un sistema óptico, obteniéndose señales
eléctricas que contienen información muy precisa de la situación del
sol respecto a un plano ortogonal del sensor.
Dicha información se procesa en un
microcontrolador y se transmite al exterior para su posterior
aprovechamiento por el sistema de actuadores del seguidor solar que
se encargarán del desplazamiento tanto del seguidor como de los
paneles solares, encargados de captar la luz solar.
El fotosensor compuesto de elementos sensibles
se encuentra ubicado en el fondo de un contenedor, situando
preferiblemente en el lado opuesto del anteriormente citado sistema
óptico de enfoque. Dicho contenedor presenta una única ventana para
la entrada de la luz solar.
Así pues, los elementos sensibles a la luz o
fotosensibles conforman un grupo, con filas en orientaciones
distintas, que cuenta con una única entrada de luz para detectar la
desviación de dicha luz respecto a un plano.
Es importante destacar que, además de la
capacidad de detección de la desviación de la luz solar respecto a
sí mismo, el dispositivo sensor objeto de la presente invención
detecta la variación de la intensidad lumínica.
Por otra parte, en el caso de que el sensor
tuviera que ser montado totalmente perpendicular al plano de los
paneles solares, como es requisito en la energía fotovoltaica de
concentración, la invención contempla la incorporación del
dispositivo sobre un soporte flotante ajustable en dos ejes para su
calibración. Esto es debido a que como el sensor mide la desviación
de la luz respecto a sí mismo, puede ocurrir que los paneles solares
no estén en el mismo plano que el sensor, de manera que mediante el
soporte ajustable es posible calibrar el sensor respecto a los
paneles y así hacerlos coincidir en el mismo plano. El ángulo
preferente de visión y funcionamiento es de +/-2º.
Adicionalmente, el citado contenedor está
provisto de un sistema de ventilación para evitar
sobrecalentamientos, y, en función de las necesidades climáticas
debidas a la ubicación que pueda tener la instalación solar, se le
puede incorporar, opcionalmente, una resistencia calefactora para
evitar condensaciones en su interior. Asimismo, para este último
cometido, se contempla la posibilidad de que el contenedor esté
sellado con atmósfera de nitrógeno, evitando con ello tanto la
necesidad de incorporar el sistema de ventilación como la
resistencia calefactora.
El factor de precisión del dispositivo objeto de
la presente invención es inferior a 0,002º, lo que permite un mayor
control de las desviaciones del seguidor respecto del sol. Para
controlar la precisión de apuntamiento, el dispositivo instalado en
un seguidor de cualquier tipo, registra los desfases de seguimiento
del seguidor respecto de la posición del sol, y almacena los mismos
en una memoria situada en el propio dispositivo. Dicha información
es posteriormente descargada y analizada en una computadora con el
fin de corregir la desviación antes de que se manifieste en una
pérdida de producción.
El dispositivo incluye además un elemento de
filtrado selectivo en el sistema óptico de enfoque, que se
materializa en un cristal atérmico que evita el sobrecalentamiento
del sensor propiamente dicho. Este elemento atenúa la señal luminosa
recibida y permite aumentar la sensibilidad de los captadores
haciendo que el conjunto del dispositivo mejore su capacidad de
captación hasta valores de 0,002º.
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Como complemento de este documento y con objeto
de ayudar a una mejor comprensión de las características de la
invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte
integrante de la misma, un juego de cinco figuras, que deben
tomarse con carácter ilustrativo y no limitativo.
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Figura
1
Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo
de realización del dispositivo sensor para seguimiento solar objeto
de la invención, en la que se aprecia su configuración interna y el
soporte sobre el que se incorpora. Se señala lo siguiente:
- 1.-
- Dispositivo sensor.
- 2.-
- Fotosensor compuesto.
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- 3.-
- Plano de fondo.
- 4.-
- Contenedor.
- 9.-
- Soporte flotante.
- 10.-
- Fijación.
- 12.-
- Resistencia calefactora.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
2
Muestra otra vista en perspectiva del ejemplo de
realización del dispositivo mostrado en la figura 1, en la que se
aprecia su configuración exterior. Además de otros elementos ya
mostrados en la figura anterior, se señala:
- 6.-
- Ventana.
- 11.-
- Sistema de ventilación.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
3
Muestra un diagrama de bloques en el que se
señalan esquemáticamente los elementos que comprende el dispositivo
sensor.
Se señala lo siguiente:
- 5.-
- Óptica de enfoque.
- 7.-
- Microcontrolador.
- 8.-
- Conector.
- 13.-
- Filtro selectivo.
- 14.-
- Sol.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
4
Muestra una vista en perspectiva del dispositivo
en la que se han representado los ejes ortogonales del sensor, el
eje virtual entre el dispositivo y el sol y el detalle de la
interposición de un elemento de filtrado que materializa uno de los
elementos característicos de la invención para un modelo de dos
ejes.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura
5
Muestra el conjunto del dispositivo sensor al
que se refieren las figuras anteriores con el filtro selectivo de
cristal atérmico que se acopla a la entrada de la óptica de
enfoque.
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El dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, (1) (Figs. 1 a 5), según una forma de
realización preferida por el inventor, que consiste en un aparato
destinado a realizar el seguimiento solar con una definición de alta
precisión del ángulo de incidencia de los rayos solares con
seguidores parabólicos de uno o dos ejes se caracteriza por constar,
esencialmente, de un fotosensor compuesto (2) con una pluralidad de
células sensibles a la luz, las cuales se hallan soportadas y
distribuidas sobre el plano del fondo (3) de un contenedor (4). El
fotosensor compuesto (2), con la pluralidad de células sensibles a
la luz, está preparado para registrar, de forma electrónica, tanto
la intensidad como la desviación de la luz.
Sobre el citado fotosensor compuesto (2), y en
la parte alta del contenedor (4), se dispone la óptica de enfoque
(5) que cuenta con una única ventana (6) para la entrada de la luz
del sol (14) (Figs. 3 y 4), a través del cual se enfoca la luz sobre
el fotosensor compuesto (2), obteniéndose una señal eléctrica
digital que contiene la información de la situación del sol tomando
como referencia los dos ejes ortogonales (a) y (b) del dispositivo
sensor (1) y el eje virtual (c) entre el dispositivo sensor (1) y el
sol (14). La información obtenida es procesada por un
microcontrolador (7) transmitiéndose a través del conector (8) hacia
instalaciones exteriores para un ulterior aprovechamiento por el
sistema de actuadores del seguidor.
Por otra parte, para lograr la coincidencia del
dispositivo sensor (1) y los correspondientes paneles, en el mismo
plano, la invención contempla la incorporación del contenedor (4)
sobre un soporte flotante (9) ajustable en dos ejes, mediante
fijaciones (10), para su calibración.
Además, el contenedor (4) incorpora un sistema
de ventilación (11), para evitar sobrecalentamientos, que incluye,
entre otros elementos, unas ranuras laterales. Complementariamente
se instala también una resistencia (12) calefactora para evitar
condensaciones en el interior del contenedor (4).
En ese sentido y en otra forma alternativa de
realización, el inventor concibe que el contenedor (4) esté sellado
en una atmósfera de nitrógeno, con lo cual se evita la incorporación
del sistema de ventilación (11) y de la resistencia (12).
Atendiendo a la (Fig. 3), en la que mediante un
diagrama de bloques se han representado los principales elementos
que incorpora el dispositivo sensor (1), se puede apreciar la
incidencia de los rayos del sol (14) sobre el filtro (13). Los rayos
filtrados y atenuados por dicho filtro (13), que se materializa en
un cristal atérmico para evitar sobrecalentamientos, inciden
posteriormente sobre la ventana (6) de la óptica de enfoque (5).
Desde la óptica de enfoque (5) la luz se dirige hacia el fotosensor
compuesto (2) cuyas células sensibles envían la señal eléctrica con
la información obtenida, todavía sin procesar, al microcontrolador
(7).
El microcontrolador (7) trata dicha información
y, a través del conector (8) la envía, ya procesada, hacia los
actuadores del seguidor solar.
El dispositivo sensor (1) mejora con la adición
del filtro selectivo (13) hasta una precisión menor a 0,002º, para
medir la desviación en el seguimiento del sol o, lo que es lo mismo,
para medir la precisión de apuntamiento del seguidor lográndose una
atenuación lumínica del 50% y una atenuación de energía hacia el
interior del 80%.
El dispositivo sensor (1), así descrito, está
concebido para poder controlar interactivamente cualquier seguidor
solar cualquiera que sea su tecnología o aplicación con la
particularidad de que, con los perfeccionamientos introducidos, es
posible pasar de un campo de visión de +/-5º en ambos ejes a otro
campo de visión de +/-5º en uno de los ejes y hasta 90º en el
otro.
Por sus características técnicas de diseño y
funcionamiento es posible utilizar el dispositivo como equipo de
medida con el fin de registrar errores de seguimiento de cualquier
tipo de seguidor. En este caso su función es solamente la de
registrar los datos captados y no la de interactuar con el
seguidor.
El sensor objeto de la invención es susceptible
de ser utilizado en cualquier aplicación en la que se requiera
detectar la posición solar con alta precisión. Por ello es muy
adecuado para usos militares y para gobernar la orientación de los
paneles solares en satélites artificiales o naves
interplanetarias.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se
considera necesario hacer más extensa su explicación para que
cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas
que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su
esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de
realización que difieran en detalle de la indicada a título de
ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se
recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio
fundamental.
Claims (7)
1. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, destinado a definir la posición
solar, mediante la detección de su ángulo de incidencia, para
utilización en seguidores del tipo de cilindro parabólico, de uno o
dos ejes, con procesado de información y transmisión al exterior
para su posterior aprovechamiento por el sistema de actuadores del
seguidor solar, caracterizado por constar de un fotosensor
compuesto (2) con una pluralidad de células sensibles a la luz,
distribuidas sobre el plano de fondo (3) de un contenedor (4) dotado
de un filtro selectivo (13), una óptica de enfoque (5), con una
única ventana (6), un microcontrolador (7), un sistema de
ventilación (11), una resistencia calefactora (12) y un conector
(8).
2. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según la reivindicación primera,
caracterizado porque el contenedor (4) descansa sobre un
soporte flotante (9) ajustable en dos ejes, mediante fijaciones (10)
de calibración.
3. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque, alternativamente, se prescinde del
sistema de ventilación (11) y de la resistencia calefactora (12)
sellando el contenedor (4) en una atmósfera de nitrógeno.
4. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el filtro selectivo (13) es un cristal
atérmico con atenuación lumínica del 50% y atenuación de energía
hacia el interior del 80%.
5. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los medios de enfoque tienen un factor
de precisión normal menor a 0,002º.
6. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el fotosensor compuesto (2), está
preparado para registrar tanto la intensidad como la desviación de
la luz.
7. Dispositivo sensor perfeccionado dotado de
filtro para seguimiento solar, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque en seguidores de cilindro parabólico a
dos ejes, puede controlar un campo de visión de +/-5º en uno de los
ejes y hasta 90º en el otro.
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| ES201200253U ES1077002Y (es) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Dispositivo sensor perfeccionado dotado de filtro para seguimiento solar |
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