ES2294929B1 - Seguidor solar con movimiento en dos ejes y accionamiento en uno solo de ellos. - Google Patents
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Abstract
Seguidor solar con movimiento en dos ejes y accionamiento en uno solo de ellos. Consiste en un dispositivo de seguimiento solar de dos ejes de rotación, compuesto por una base (2), un cabezal (3), un cuerpo que contiene los elementos de captación (4) y un brazo articulado (6). El seguidor solar gira respecto de los dos ejes de rotación accionando solamente uno de los giros, gracias a la incorporación al mecanismo de una barra (6) con articulaciones (7) y (8) en sus dos extremos y anclada por un lado al cuerpo que contiene los elementos de captación (4), y por otro a un soporte regulable (12) unido a la base (2) del propio seguidor o al suelo. A su vez, la barra (6) va equipada con un sistema de regulación de su longitud (9) y con una suspensión muelle amortiguador (10) que permite hacerla funcionar como un elemento de control dinámico de todo el conjunto.
Description
Seguidor solar con movimiento en dos ejes y
accionamiento en uno solo de ellos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de seguimiento solar de dos ejes de rotación, que es
accionado solamente en uno de ellos, gracias a la incorporación al
mecanismo de una barra de soporte de longitud regulable, articulada
en sus dos extremos y anclada por un lado al cuerpo que realiza el
seguimiento del sol, y por otro a un soporte regulable unido a la
base del propio seguidor o al suelo. A su vez, la barra va equipada
con un sistema muelle amortiguador que permite hacerla funcionar
como un elemento de control dinámico de todo el conjunto.
Son conocidos los dispositivos de seguimiento
solar de dos ejes (movimiento de orientación -seguimiento del
acimut- y de inclinación- seguimiento de la
elevación-). Con ellos se persigue la máxima captación
energética de la radiación solar haciendo que la incidencia de los
rayos solares sea perpendicular a lo largo del día a la superficie
de captación del dispositivo térmico o fotovoltaico.
La realización de los dos giros que determinan
la orientación de la superficie de captación se realiza mediante
dos Sistemas Motor (habitualmente son conjuntos
motor-reductora, husillos motorizados, sistemas de
cables o palancas...).
Frente a un sistema de seguimiento de un solo
eje, el seguidor con dos ejes accionados es más costoso en la
construcción y el mantenimiento, y menos fiable, al incorporar más
elementos susceptibles de averiarse. Introduciendo una restricción
que vincule adecuadamente los dos giros, se puede lograr el
movimiento en los dos ejes mediante el accionamiento del seguidor
en un solo eje. Se ha ideado una configuración mecánica que permite
realizar este movimiento, cuyas características son objeto de la
presente invención.
De manera genérica, tal y como se describe en la
Fig. 1, un sistema de seguimiento solar de dos ejes se caracteriza
por la posición de los ejes de rotación. El eje de rotación del
movimiento de orientación es perpendicular al plano suelo y el eje
rotación del movimiento de inclinación es paralelo al plano del
suelo. Los ejes no son necesariamente secantes. Tomando como punto
de referencia del seguidor la intersección del eje de giro de
orientación con el plano del suelo (punto O), las longitudes que
determinan la posición de los ejes son H y D, distancias del eje de
giro de inclinación al plano del suelo y al eje de giro de
orientación, respectivamente. De esa manera, el cuerpo que contiene
la superficie de captación (4) gira alrededor del eje de
inclinación respecto del cabezal (3), que a su vez gira alrededor
del eje de orientación respecto de la base del seguidor (2),
anclada al suelo (1).
Según se describe en la Fig. 2:
- \bullet
- Se considera un punto A, solidario al suelo (1) o a la base del seguidor (2) indistintamente, separado una distancia d_{A} del eje de orientación, de tal manera que el plano que define junto al eje de orientación sea el plano Norte-Sur (5) (en adelante plano N-S).
- \bullet
- Se considera un punto P perteneciente al cuerpo que contiene la superficie de captación (4), separado una distancia d_{p} del eje de inclinación, y que pertenece al plano que contiene al eje de orientación y es perpendicular al eje de inclinación.
- \bullet
- Se considera una unión entre los puntos A y P, mediante un brazo (6) de longitud L, articulado en sus dos extremos mediante ligaduras que impiden los desplazamientos entre los cuerpos ligados pero no los giros (articulación tipo rótula o Cardan). Pese a la oscilación del sistema muelle-amortiguador, la variación de la longitud de la barra puede considerarse despreciable promediada a lo largo del día.
Bajo estas premisas, se puede deducir
geométricamente que la trayectoria del punto P es, como indica la
Fig. 3, la intersección entre el toroide centrado en el eje de giro
de orientación, cuyo centro está a una altura H del suelo, con un
radio de toroide D y un radio de sección d_{p}, y la esfera
centrada en el punto A de radio L. La trayectoria del punto P es
simétrica respecto al plano N-S y la altura máxima
se alcanza cuando P coincide con el plano N-S
(mediodía solar). De ese modo, se logra que la incidencia de los
rayos solares sea aproximadamente perpendicular a la superficie de
captación a lo largo del día. Su posición será función del ángulo
de orientación del seguidor (considerado respecto al plano
N-S), y de las variables geométricas y de diseño del
sistema, es decir, H, D, d_{A}, d_{p} y L.
Los valores de H y D vendrán fijados por la
configuración mecánica del seguidor. Si se fija también el valor de
d_{p} para colocar el soporte del brazo articulado en el lugar
más idóneo (coincidente con una barra o en un punto donde la
robustez del sistema sea elevada), quedarían como parámetros de
diseño la posición del anclaje del punto A, d_{A}, y la longitud
de la barra, L. Estos dos parámetros se calcularán de tal modo que,
para una época determinada del año (por ejemplo, solsticio de
verano) la diferencia entre las trayectoria del seguidor y la
trayectoria solar sea mínima. Como la trayectoria solar varía
continuamente a lo largo del año, el mecanismo permite una
regulación de:
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
- \bullet
- La longitud L de la barra que permitirá, ajustando la misma a unas posiciones previamente calculadas, optimizar la trayectoria del seguidor en todas las épocas del año.
- \bullet
- La distancia d_{A} desde el soporte A, colocado siempre en el plano N-S, al eje de orientación, permitirá del mismo modo la optimización de la trayectoria del seguidor.
Tras la descripción geométrica que describe el
funcionamiento de la invención, se pasa a detallar los elementos
clave: La barra de longitud regulable y el soporte de anclaje
regulable.
1. Brazo de longitud regulable: La Fig. 4
describe, tan solo a título de ejemplo, los componentes del brazo
en su configuración más compleja. Se observa en la vista seccionada
que en los extremos incorpora dos articulaciones (7) y (8) de tipo
rótula, que restringen las traslaciones entre los cuerpos ligados,
pero no los giros Dispone igualmente de un mecanismo de
extensión-compresión (9) de tipo mecánico,
eléctrico, magnético, hidráulico o neumático, accionado manual o
automáticamente. Además incorpora un sistema
muelle-amortiguador (10) que se encarga atenuar
tanto las fuerzas que puedan actuar sobre el seguidor en momentos
puntuales (rachas de viento) como de reducir vibraciones y
resonancias a las que puede estar expuesto el seguidor por acciones
externas (por ejemplo, incidencia del viento). Se pueden elegir
configuraciones más sencillas que no incorporen los elementos de
regulación de la longitud y/o elementos de suspensión, en función
de las prestaciones que se quiera dotar al seguidor.
2. Soporte de anclaje regulable: La Fig.
5 describe, tan solo a título de ejemplo, los componentes del
soporte en su configuración más compleja. Consta de un dispositivo
de regulación de la posición (11) de tipo mecánico, eléctrico,
magnético, hidráulico o neumático, accionado manual o
automáticamente. Este dispositivo es el encargado de variar la
distancia dA, previamente descrita, del soporte de unión del brazo
(12), que se desplaza respecto a la base del conjunto (13). Este
soporte puede albergar total o parcialmente la articulación, tipo
rótula o Cardan, de unión con el brazo. Se puede elegir una
configuración más sencilla donde este conjunto no sea regulable y se
encuentre directamente anclado a la base del seguidor o al suelo,
en función de las prestaciones que se quiera dotar al seguidor.
Para mejorar la comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos
explicativos que a continuación se describen.
\bullet Fig. 1: Describe los movimientos de
un seguidor solar genérico de dos ejes. El seguidor se compone de
una base (2) anclada al suelo (1). El giro de orientación lo
realiza el cabezal (3) respecto a la base (2). El giro de
inclinación lo realiza el cuerpo que contiene la superficie de
captación (4) respecto del cabezal (3).
\bullet Fig. 2: Describe la configuración
mecánica de la invención. Se vinculan los giros de orientación e
inclinación mediante la introducción de un brazo articulado en los
extremos (6), unido a un punto A solidario al suelo (1) o a la base
del seguidor (2), y a un punto P, solidario al cuerpo que contiene
la superficie de captación (4). El punto A pertenece al plano de de
orientación Norte-Sur (5) que, a su vez, contiene al
eje de orientación. La distancia de A al eje (d_{A}) puede ser
regulada, así como la longitud del brazo articulado (6).
\bullet Fig. 3: Describe la deducción
geométrica de la trayectoria del punto P, calculada como la
intersección de una esfera de radio L (longitud del brazo), que
dista d_{A } del origen de referencia O, y un toroide alineado
con O, paralelo al plano del suelo y a una distancia H de este, con
radio principal D y radio de la sección d_{P}.
\bullet Fig. 4: Describe, tan solo a título
de ejemplo, el brazo de longitud regulable. Incorpora en sus
extremos dos articulaciones de tipo rótula o Cardan (7) y (8), en la
parte intermedia un sistema de regulación de la longitud del brazo
(9) y un sistema de suspensión muelle-amortiguador
(10).
\bullet Fig. 5: Describe, tan solo a título
de ejemplo, el soporte de anclaje regulable, solidario al suelo o a
la base del seguidor. Consta de un sistema de regulación (11) que
varía la posición entre el soporte (12) del brazo y la base
(13).
\bullet Fig. 6: Describe, tan solo a título
de ejemplo, un caso práctico de aplicación de la invención en un
seguidor solar de dos ejes.
Tal y como se indica en la Fig. 6, el seguidor
solar se compone de una base (2), sobre la que pivota un cabezal
(3) realizando el giro de orientación mediante el accionamiento de
un Sistema Motor. A su vez, el cuerpo que contiene los
elementos de captación (4) pivota respecto al cabezal (3)
realizando el giro de inclinación.
Anclado al suelo se encuentra un soporte formado
por una base fija (13) y un sistema de regulación longitudinal (11)
que se encargan de variar la ubicación de la fijación (12) del
soporte con la articulación del brazo (6).
El brazo (6) incorpora un sistema de regulación
de la longitud (9) mediante una botella de doble rosca y un sistema
de suspensión muelle-amortiguador (10). Los
extremos del brazo (6) incorporan articulaciones tipo rótula o
Cardan (7) y (8) que lo unen con la fijación (12) del soporte
anclado al suelo y con el cuerpo que contiene los elementos de
captación (4).
Claims (4)
1. Seguidor solar con movimiento en dos ejes y
accionamiento en uno solo de ellos, caracterizado por
disponer de dos ejes de giro, uno de ellos perpendicular al plano
del suelo, llamado eje de orientación, otro de ellos paralelo al
plano del suelo y no necesariamente secante con el primero, llamado
eje de inclinación, y que incorpora una unión entre un soporte,
anclado a la base del seguidor o al suelo, y el cuerpo que realiza
el giro de inclinación, mediante un brazo que cuenta en sus extremos
con articulaciones que restringen los movimientos de traslación y
que dejan libres los movimientos de giro como, por ejemplo, rótulas
o juntas Cardan.
2. Seguidor solar con movimiento en dos ejes y
accionamiento en uno solo de ellos, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de disponer en el soporte anclado
a la base o al suelo de un sistema de regulación de la distancia de
la articulación del brazo al eje de orientación, efectuando esa
regulación mediante dispositivos mecánicos, eléctricos, magnéticos,
hidráulicos o neumáticos, accionados manual o automáticamente.
3. Seguidor solar con movimiento en dos ejes y
accionamiento en uno solo de ellos, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de disponer en el brazo
articulado de un sistema de regulación de la longitud del mismo,
efectuando esa regulación mediante dispositivos mecánicos,
eléctricos, magnéticos, hidráulicos o neumáticos, accionados manual
o automáticamente.
4. Seguidor solar con movimiento en dos ejes y
accionamiento en uno solo de ellos, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de disponer en el brazo
articulado de un sistema de suspensión
muelle-amortiguador.
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