ES1228820U - Seguidor solar - Google Patents

Abstract

1. Seguidor solar que comprende - al menos una plataforma (PF) dónde se conectan paneles solares (2); - los paneles solares (2) adyacentes unos a otros dispuestos en una o varias filas (3, 4) por medio de elementos de soporte (5a, 5b); - dónde los elementos de soporte (5a, 5b) están conectados a por lo menos un pilar (7) que comprende medios de accionamiento, y a por lo menos dos pilares de apoyo y acompañamiento (8); - dónde los pilares (7, 8) están anclados en un área de base (BA)o suelo, - medios (14) para mover la plataforma (PF) con respecto a la dirección del sol caracterizado porque - un sistema de bloqueo (1) está configurado de forma que cuando la plataforma (PF) no está en movimiento, cada fila (3, 4) tiene al menos tres puntos empotrados torsionalmente.

Description

DESCRIPCION

SEGUIDOR SOLAR

CAMPO TECNICO DE LA INVENCION

La presente invencion se encuadra en el campo tecnico de las instalaciones solares fotovoltaicas o ISF, y particularmente en el de los denominados seguidores solares o estructuras moviles que permiten modificar la orientation de la superficie de captation solar a fin de posicionar los modulos fotovoltaicos constituidos por paneles solares lo mas perpendiculares al sol posible a lo largo del dla, dentro de sus rangos de movimiento, para compensar el efecto del movimiento terrestre durante las horas de sol.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

En la actualidad los seguidores solares se clasifican en funcion de su numero de ejes.

Cada uno de ellos se asocia a un grado de libertad, identificando los grados de libertad o GDL como el numero de movimientos independientes puede ejecutar una maquina ya sea lineal o rotacionalmente.

Los movimientos de los seguidores solares siempre seran de tipo rotacional con el fin de poder situar la superficie de captacion solar dotada de modulos fotovoltaicos del modo mas perpendicular a la position del sol, de manera que se pueda captar la mayor radiation solar posible. Para ello el numero mlnimo de grados de libertad de movimiento o GDL necesarios es dos.

A continuation, se describen los diferentes tipos de estructuras para las instalaciones fotovoltaicas que existen, entre las que se incluyen los seguidores solares.

Estructuras fijas: Se denomina de esta forma a las instalaciones solares fotovoltaicas cuyos paneles solares permanecen en la misma posicion a lo largo del tiempo.

Estructuras moviles de un eje: Se denomina de esta forma los seguidores solares o instalaciones compuestas por una estructura con una parte fija y otra movil que dispone de medios para modificar la orientacion de la superficie de captacion solar que presentan solamente un grado de libertad de movimiento o GDL1.

Existen tres tipos de seguidores solares de un eje: Polar, azimutal, y horizontal.

Los seguidores solares de eje polar presentan un eje orientado al sur e inclinado un angulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano terrestre que contiene al sol.

Los seguidores solares de eje azimutal presentan un eje vertical, el angulo de la superficie es constante e igual a la latitud, y el giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano local que contiene al sol

Los seguidores solares de eje horizontal presentan un eje horizontal y orientado en direction norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano terrestre que contiene al sol.

La velocidad de giro en los seguidores solares de un eje polar es constante de 15° por hora, mientras que los de un eje azimutal tienen una velocidad variable.

En terminos de captation de radiation solar y de forma general las estructuras de seguimiento azimutal se situan en torno a valores medios del 7% menos de radiacion que el seguimiento en dos ejes, y un 4% menos que el seguimiento de un eje polar, pero pueden alcanzar radiaciones de hasta un 25% superior frente a las estructuras fijas.

Estructuras moviles de dos ejes: Se denomina de esta forma los seguidores solares o instalaciones compuestas por una estructura con una parte fija y otra movil que dispone de medios para modificar la orientation de la superficie de captacion solar con dos grados de libertad de movimiento o GDL2, capaces de hacer un seguimiento solar mas preciso.

Este tipo de seguidores solares mantiene siempre perpendicular a la position del sol, maximizando asl la captacion de radiacion solar y con ello la generation de electricidad.

Para orientarlos se debe realizar un seguimiento tanto en direccion como en elevation, lo que implica tener dos actuadores, para variar la inclination del panel de forma horizontal y vertical.

Pueden ser mono-poste o de tipo carrusel dependiendo de si tienen uno o varios apoyos distribuidos a lo largo de la superficie.

Estas instalaciones alcanzan los valores maximos de rendimiento en captacion de radiaciones solares, en valores comprendidos entre el 36% y el 41% de eficiencia, esto es, del 30% al 45% mas que las estructuras fijas. Sin embargo suponen una inversion de coste y mantenimiento considerablemente mas alta, por lo que a la hora de elegir el tipo de estructura para la instalacion solar fotovoltaica es necesario llevar a cabo un estudio en el que influyen diversos parametros.

Algunos de los parametros mas caracterlsticos que permiten decidir que tipos de seguimientos se adecuan mas a las necesidades del proyecto son el incremento de production de energla, el coste del equipo e instalacion del mismo, la resistencia al viento, la disponibilidad y el coste y sencillez o complejidad de mantenimiento.

El seguimiento se puede realizar por distintos metodos:

Seguimiento por reloj solar, que esta sujeto a la unidad de tiempo de 24 horas, variando su position respecto al ciclo de esta unidad, con un seguimiento efectivo de 12 horas, sin considerar cambios de condiciones climaticas repentinas debido a que no se asocia a un estudio preliminar del clima.

Seguimiento por sensores, que permite la detection o medida que falta en el correcto angulo entre la radiation solar y la superficie del panel solar, el cual debe ser de 90° para una mejor captacion.

Seguimiento por coordenadas calculadas, que sigue la trayectoria del sol entre cada posicion mediante el calculo de sus coordenadas astronomicas, no precisa de la presencia de radiacion, los sistemas de coordenadas son inmunes a los dlas nublados y otro tipo de circunstancias que puede producir errores, como por ejemplo los destellos.

Uno de los problemas a los que se enfrenta cualquier instalacion de seguimiento es el movimiento que se produce cuando incide una fuerza externa, en este caso el viento, sobre un seguidor, y que se puede describir mediante la ecuacion diferencial de segundo orden de un movimiento amortiguado forzado (I2D A0 c0 A0 k0 A0 = m2D(0o, A0, A0, A0)). Donde tetha describe la position de seguidor, y depende de la inercia, del coeficiente de amortiguamiento y de la rigidez torsional en este caso.

Mantener la estructura a salvo de los fenomenos dinamicos producidos por la interaction entre el viento y la estructura requiere disenar una estructura cuya velocidad crltica ante estos efectos, entendida como velocidad necesaria para que ocurran, este alejada de la velocidad maxima esperada. Aumentar la velocidad crltica se consigue aumentando o bien su inercia, o bien aumentando el amortiguamiento, o bien la rigidez.

Ante ciertas velocidades de viento esto se soluciona en el estado de la tecnica mediante la instalacion de amortiguadores. Instalar estos amortiguadores o aumentar la section del tubo, i.e. aumentar inercia, es la solution convencionalmente adoptada para enfrentarse a este problema, si bien presenta limitaciones y desventajas dado que las velocidades de viento que puede soportar la estructura sin llegar a ser inestable son mucho menores. Para determinadas ubicaciones, donde las velocidades de viento maximas son muy elevadas, el sistema de amortiguamiento puede resultar insuficiente para estabilizar el sistema. Mediante el amortiguamiento tambien se producen muchas mas oscilaciones de la estructura, ya que, por la naturaleza del metodo, la placa fluctua y el amortiguador ha de atenuar este movimiento antes de detenerse en una posicion de estabilidad. Estas oscilaciones de la estructura producen fatiga en los materiales que puede, tras muchos ciclos, resultar en un fallo estructural por microrroturas y grietas. Por otra parte, el sistema de amortiguamiento tambien genera mas oscilaciones en la estructura antes de lograr estabilizarla. Estas oscilaciones hacen el flujo de aire mas impredecible y puede generar vibraciones en las placas posteriores, de manera que estas se desestabilicen mas facilmente.

Por todo ello resultaba deseable desarrollar un seguidor dotado de un sistema y solucion mejorados para afrontar de manera mas segura y eficiente estos eventos y dotar a la estructura de la instalacion de medios aptos para soportar con estabilidad velocidades de viento superiores a los llmites de las soluciones del estado de la tecnica.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

A efectos de terminologla que se emplea en esta memoria descriptiva, la referencia a modulo fotovoltaico o modulo debe interpretarse como aquel formado por la union de varios paneles solares en funcion de la potencia que se precise para la instalacion, que van montados sobre una estructura de soporte o marco.

El panel solar a su vez esta formado por un conjunto de celulas solares, conectadas electricamente y encapsuladas, que constituyen el generador de la instalacion.

Cuando la potencia que se desea generar es elevada se requiere agrupar y conectar entre si un conjunto de paneles solares formando una serie de modulos, los cuales se montan sobre una diversidad de estructuras posibles tal y como se ha explicado en el apartado precedente.

La referencia a sistemas mono-fila no significa que la instalacion solar fotovoltaica basada en estos sistemas no pueda configurarse con multitud de filas de modulos fotovoltaicos, sino a que son sistemas cuyo movimiento y orientation puede llevarse a cabo con al menos una sola fila de modulos fotovoltaicos, mientras que otros sistemas, a los que se hara referencia como multi-fila, precisan necesariamente de instalar mas de una fila de modulos fotovoltaicos por el sistema de orientacion que utilizan.

Se denomina mono-fila porque cada accionamiento mueve una sola fila. Por lo que se podrla tener un parque o ISF compuesto por un solo seguidor. No obstante, en la practica siempre son parques de multiples filas de seguidores, siendo un parque compuesto por seguidores mono-fila. Por tanto mono-fila o multi-fila no se refiere al numero de seguidores sino a la cantidad de seguidores que mueve un solo accionamiento de manera independiente.

En los sistemas multi-fila, una desventaja habitual del accionamiento conjunto de varias filas de la instalacion, radica en la existencia de impedimentos que se extienden inferiormente con respecto a la plataforma que soporta los modulos fotovoltaicos y superan la profundidad de las filas, de modo que existen impedimentos al paso libre por el terreno existente entre las filas.

Para superar los inconvenientes y limitaciones de las soluciones del estado de la tecnica antes referidas para enfrentarse a eventos de fenomenos dinamicos producidos por la interaction entre el viento y la estructura y conjunto de la instalacion se ha optado por bi-empotrar torsionalmente la estructura mediante un sistema de bloqueo, lo que representa una evolution ventajosa y alternativa de optimization de los seguidores conocidos y los sistemas empleados en estos.

De esta manera se aumenta sustancialmente la rigidez torsional, convirtiendo la estructura en una estructura fija mono-poste siempre que esta detenida, ya que por ejemplo y en una realization de la invention, un conjunto de cilindro y piston hidraulico funciona como una diagonal estructural en los dos pilares extremos de cada seguidor.

El sistema de bloqueo funciona de la siguiente manera, siempre que la unidad de giro esta parada, los medios de bloqueo estan activados, de manera que cada seguidor tiene 3 puntos empotrados torsionalmente. De este modo no importa el angulo en el que se encuentre el seguidor, si los medios de accionamiento estan detenidos, el seguidor esta bloqueado.

Ademas, con esta solution no se renuncia el beneficio de tener un amortiguador cuando el seguidor esta en movimiento ya que cuando los medios de accionamiento se activan, los medios de bloqueo trabajan como un amortiguador de alto coeficiente de amortiguamiento.

De este modo en una puesta en defensa, situacion durante la cual los medios de accionamiento se encuentran activados durante unos minutos, el efecto del sistema de bloqueo preconizado equivale funcionalmente a que la estructura tuviera instalados amortiguadores en los pilares extremos.

El seguidor solar objeto de la invencion esta preferiblemente compuesto por 3 filas y 20 columnas de modulos por eje, con un total de 56 modulos fotovoltaicos. Los modulos estan instalados en position horizontal, el mastil que soporta los modulos tiene un grado de libertad de giro horizontal y un sistema de accionamiento que permite orientarse a los modulos en las direcciones este-oeste en un rango de ±55° de inclination siguiendo la radiacion solar.

El seguidor es de autoconsumo e incluye un panel solar, alimenta el dispositivo de control del seguidor para otorgar el consumo necesario a la unidad de giro. El eje central esta dividido en dos mitades o semi-ejes, que se unen en el centro del seguidor sobre un pilar central que comprende medios de accionamiento tales como un conjunto motoreductor, y al menos en la proximidad de los dos extremos de cada mitad o semi-eje de cada seguidor se disponen sendos pilares externos de apoyo y acompanamiento del movimiento de la parte movil de la estructura.

Cada uno de los dos semi-ejes esta compuesto diversos tramos de tubo cuadrado, denominados mastiles de inicio, mastil central y/o mastil extremo.

El eje del seguidor se apoya preferiblemente en 4 pilares internos, dos situados a cada lado del pilar central, y en 2 pilares externos, dispuestos cada uno en la proximidad de los respectivos extremos laterales del seguidor, estando estos ultimos dotados de medios de bloqueo del movimiento. La union del eje a cada pilar esta disenada de forma que permita el giro del eje sobre este.

El apoyo del mastil sobre los pilares externos es diferente, para instalar un conjunto de cilindro y piston hidraulico en el seguidor. Estos pilares son mas cortos que los pilares centrales, y presentan dos bases gula que permiten instalar los medios de bloqueo hidraulico entre estas dos piezas. Los medios de bloqueo comprenden preferentemente un cilindro hidraulico y una electrovalvula, con un funcionamiento basado en que la valvula esta siempre evitando el paso de un fluido entre las camaras del cilindro. Cuando se activan los medios de accionamiento del seguidor se abre la valvula, permitiendo el paso de fluido y por tanto desbloqueando el seguidor. De esta forma, siempre que el seguidor no esta en movimiento o adquiriendo una nueva posicion, esta bloqueado torsionalmente en los extremos.

La union con el mastil del seguidor se realiza mediante una abrazadera especial y dos brazos unidos a un eje entre cada base gula y el sistema se fija a los pilares extremos mas cortos por medio de dos soportes y un refuerzo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripcion y con la finalidad de contribuir a una mejor comprension de las caracterlsticas esenciales de la invencion, se acompana a la presente memoria descriptiva como parte integrante de la misma, unos planos esquematicos en los que con caracter ilustrativo y no limitativo se representan aspectos y realización es de la invencion.

La figura 1 son dos vistas generales, en planta superior y en alzado frontal respectivamente, de una instalacion solar fotovoltaica conforme a una posible realización del seguidor solar.

La figura 2 es una vista en perspectiva inferior de un detalle de la parte central de una instalacion solar fotovoltaica conforme a una posible realización del seguidor solar.

La figura 3 es una vista en alzado lateral del sistema de bloqueo conforme a una posible realización del seguidor solar.

La figura 4 es una vista en perspectiva superior del sistema de bloqueo conforme a una posible realización del seguidor solar.

En estas figuras aparecen referencias que identifican los siguientes elementos:

1 sistema de bloqueo

1-1 parte fija del sistema

1-2 parte movil del sistema

2 paneles solares

3, 4 filas de paneles solares

5a, 5b elementos de soporte

6 mastil del seguidor

7 pilar de accionamiento

8 pilar de apoyo y acompanamiento

9 dispositivo de control electronico

10 sensor

11 bases gula

12,13 brazos

14 medios para mover la plataforma

15 conjunto de cilindro y piston hidraulico

BA area de base

PF plataforma

D plano diagonal

ED eje de giro descentrado

EG eje de giro del soporte de la plataforma

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con las referencias identificativas adoptadas en ellas se puede observar un ejemplo no limitativo del seguidor solar preconizado, el cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuation.

El seguidor solar objeto de la invention conforme a una realization preferida, no limitativa, presenta una estructura que comprende al menos una plataforma PF donde se conectan paneles solares 2 adyacentes unos a otros dispuestos en una o varias filas 3,4 por medio de elementos de soporte 5a,5b, donde los elementos de soporte 5a,5b estan conectados a por lo menos un pilar 7 que comprende medios de accionamiento, y a por lo menos dos pilares de apoyo y acompanamiento 8 que estan anclados en un area de base BA o suelo, y medios 14 para mover la plataforma PF con respecto a la direction del sol, como por ejemplo y al menos un motor o unidad de giro, incorporando el seguidor un sistema de bloqueo 1 que esta configurado de forma que cuando la plataforma PF no esta en movimiento, cada fila 3,4 tiene siempre al menos tres puntos empotrados torsionalmente, estando de dicho modo bloqueado completamente su movimiento y fija.

Los pilares de apoyo y acompanamiento 8 situados en los extremos de cada fila 3,4 de paneles solares 2 comprenden medios de bloqueo del movimiento de la plataforma PF que estan activos siempre que la unidad de giro 14 esta detenida.

Los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma PF comprenden un conjunto de cilindro y piston hidraulico 15 y estan articulados a los elementos de soporte 5a,5b y al menos a los pilares de apoyo y acompanamiento 8 situados en los extremos de cada fila 3,4 en un plano diagonal D con respecto al eje vertical de los pilares de apoyo y acompanamiento 8 en vista de alzado lateral de la fila 3,4.

El apoyo del mastil sobre los pilares externos es diferente, para instalar un conjunto de cilindro y piston hidraulico en el seguidor. Estos pilares son mas cortos que los pilares centrales, y presentan dispuesto sobre ellos un elemento adicional que consta de dos pletinas verticales o bases gula 11 paralelas y separadas entre si, entre las cuales se disponen los medios de bloqueo. La union con el mastil 6 del seguidor se realiza mediante una abrazadera especial y dos brazos 12,13 unidos a un eje entre cada base gula.

En vista de alzado lateral de la fila 3,4 los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma PF tienen un eje de giro descentrado ED a una distancia del centro del eje vertical de los pilares extremos de apoyo y acompanamiento 8 y del eje de giro EG del soporte de la plataforma PF sobre los pilares de apoyo y acompanamiento 8.

Los pilares de apoyo y acompanamiento 8 situados en los extremos de cada fila 3,4 son mas cortos que los restantes pilares, sobre dichos pilares se dispone un elemento que consta de dos pletinas verticales o bases gula 11 entre las que se dispone el conjunto de cilindro y piston hidraulico 15, estando las dos bases gula 11 articuladas en su extremo superior a un elemento de apoyo del mastil 6 del seguidor que comprende dos extensiones o brazos 12,13 a su vez articuladas al extremo superior del eje del conjunto de cilindro y piston hidraulico 15.

El sistema de bloqueo 1 comprende una parte fija 1-1 y una parte movil 1-2 y un dispositivo de control electronico 9 controlado por un programa informatico conectado con al menos un sensor 10 que identifica por lo menos el angulo entre la radiacion solar y los paneles solares 2, y el seguidor solar puede comprender ademas un anemometro y un receptor GPS.

Por ultimo, el programa informatico esta configurado de modo que el movimiento del sistema se basa en datos relativos a la trayectoria descrita por el sol.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invencion, as! como la manera de ponerla en practica, no se considera necesario hacer mas extensa su explication para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendose constar que, dentro de su esencialidad, podra ser llevada a la practica en otras formas de realization que difieran en detalles de la indicada a tltulo de ejemplo, y a las cuales alcanzara igualmente la protection que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Seguidor solar que comprende

-al menos una plataforma (PF) donde se conectan paneles solares (2);

-los paneles solares (2) adyacentes unos a otros dispuestos en una o varias filas (3,4) por medio de elementos de soporte (5a,5b);

-donde los elementos de soporte (5a,5b) estan conectados a por lo menos un pilar (7) que comprende medios de accionamiento, y a por lo menos dos pilares de apoyo y acompanamiento (8);

-donde los pilares (7,8) estan anclados en un area de base (BA) o suelo,

-medios (14) para mover la plataforma (PF) con respecto a la direction del sol caracterizado porque

-un sistema de bloqueo (1) esta configurado de forma que cuando la plataforma (PF) no esta en movimiento, cada fila (3,4) tiene al menos tres puntos empotrados torsionalmente.

2. Seguidor solar segun la reivindicación 1, caracterizado porque

-al menos los pilares de apoyo y acompanamiento (8) situados en los extremos de cada fila (3,4) de paneles solares (2) comprenden medios de bloqueo del movimiento de la plataforma (PF).

3. Seguidor solar segun la reivindicación 2, caracterizado porque

-los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma (PF) estan activos siempre que la unidad de giro (14) esta detenida.

4. Seguidor solar segun las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque

-los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma (PF) comprenden un conjunto de cilindro y piston hidraulico (15).

5. Seguidor solar segun las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque

-los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma (PF) estan articulados a los elementos de soporte (5a,5b) y al menos a los pilares de apoyo y acompanamiento (8) situados en los extremos de cada fila (3,4), en un plano diagonal (D) con respecto al eje vertical de los pilares de apoyo y acompanamiento (8).

6. Seguidor solar segun la reivindicación 5, caracterizado porque

-en vista alzado lateral de la fila (3,4) los medios de bloqueo del movimiento de la plataforma (PF) tienen un eje de giro descentrado (ED) a una distancia del centro del eje vertical de los pilares extremos de apoyo y acompanamiento (8) y del eje de giro (EG) del soporte de la plataforma (PF) sobre los pilares de apoyo y acompanamiento (8).

7. Seguidor solar segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

-los pilares de apoyo y acompanamiento (8) situados en los extremos de cada fila (3,4) son mas cortos que los restantes pilares,

-sobre dichos pilares se dispone un elemento que consta de dos pletinas verticales o bases gula (11) entre las que se dispone el conjunto de cilindro y piston hidraulico (15), estando las dos bases gula (11) articuladas en su extremo superior a un elemento de apoyo del mastil (16) del seguidor que comprende dos extensiones o brazos (12,13) a su vez articuladas al extremo superior del eje del conjunto de cilindro y piston hidraulico (15).

8. Seguidor solar segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

-el sistema de bloqueo (1) comprende un dispositivo de control electronico (9) controlado por un programa informatico.

9. Seguidor solar segun la reivindicación 8, caracterizado porque

-comprende un anemometro y un receptor GPS.

10. Seguidor solar segun cualquiera las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado porque -el dispositivo de control electronico (9) esta conectado con al menos un sensor (10) que identifica por lo menos el angulo entre la radiacion solar y los paneles solares (2).

11. Seguidor solar segun las reivindicaciones 8, 9 o 10, caracterizado porque

-el programa informatico esta configurado de modo que el movimiento del sistema se basa en datos relativos a la trayectoria descrita por el sol.

12. Seguidor solar segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

-el sistema de bloqueo (1) comprende una parte fija (1-1) y una parte movil (1-2).

13. Sistema de bloqueo (1) para un seguidor solar segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores.