ES2302469B1 - BIDIRECTIONAL SOLAR FOLLOWER. - Google Patents
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Abstract
Seguidor solar bidireccional.Bidirectional solar tracker.
Es del tipo de los formados por una estructura de soporte de una plataforma portadora de las placas solares, variando su orientación tanto en azimut como en elevación para hacer un seguimiento del sol.It is of the type formed by a structure of support of a platform carrying the solar panels, varying its orientation in both azimuth and elevation for Keep track of the sun.
Se consigue realizar este seguimiento a través de dos actuadores (8) conectados respectivamente a sendos puntos fijos (P1o, P2o) del suelo y a otros tantos vértices (P1, P2) de la plataforma (1), haciendo que ésta pueda rotar alrededor de un punto central "O" de apoyo de la misma. Las distancias (D1, D2) entre los puntos que unen los actuadores (8) guardan una relación biunívoca con los dos ángulos (\alpha, \beta) de giro de la plataforma alrededor de sendos ejes perpendiculares: un eje oblicuo (O-G1) fijo, y otro eje (O-Az) que varía angularmente su inclinación respecto del primero.This tracking is achieved through of two actuators (8) connected respectively to two points fixed (P1o, P2o) of the soil and other vertices (P1, P2) of the platform (1), causing it to rotate around a point "O" central support of it. The distances (D1, D2) between the points that connect the actuators (8) keep a relationship biunivocal with the two angles (?,?) of rotation of the platform around two perpendicular axes: an oblique axis (O-G1) fixed, and another axis (O-Az) that its inclination varies angularly with respect to the first.
Description
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Seguidor solar bidireccional.Bidirectional solar tracker.
La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un seguidor solar bidireccional, el cual aporta notables características relevantes y ventajas técnicas frente a los que existen actualmente para la producción de energía eléctrica mediante placas solares.The present invention, as expressed by the set forth in this specification, refers to a follower bidirectional solar, which brings remarkable characteristics relevant and technical advantages over those that currently exist for the production of electrical energy by plates solar.
El principal objeto de la invención es ofrecer una estructura de soporte de una plataforma portadora de las placas solares, de manera que esta plataforma se vaya orientando hacia el sol según una nueva forma de movimiento, con un funcionamiento suave y sencillo pero eficaz.The main object of the invention is to offer a support structure of a carrier platform of the solar panels, so that this platform is oriented towards the sun according to a new form of movement, with a Smooth and simple operation but effective.
En el ámbito actual de aprovechamiento de energías renovables, existe un gran aumento a escala mundial de instalaciones de energía solar mediante placas fotovoltaicas que la transforman en energía eléctrica. La instalación de estas placas se viene haciendo normalmente en estructuras fijas orientadas al sur, con un grado de inclinación sobre el horizonte, en función de la latitud del lugar.In the current area of exploitation of renewable energies, there is a large worldwide increase of solar energy installations using photovoltaic panels that the They transform into electrical energy. The installation of these plates is has been doing normally in fixed structures facing south, with a degree of inclination over the horizon, depending on the latitude of the place.
La producción de energía eléctrica de una placa está en función de las características propias de la misma y de la radiación recibida del sol, y esta es igual a la radiación solar de ese momento, multiplicada por el coseno formado por la normal a la superficie de la placa con la dirección de los rayos solares, siendo la dirección de estos variable según la hora y día del año, y la latitud del lugar.The production of electrical energy from a plate It is a function of its own characteristics and the radiation received from the sun, and this is equal to solar radiation from that moment, multiplied by the cosine formed by the normal to the surface of the plate with the direction of the sun's rays, the direction of these variables being according to the time and day of the year, and the latitude of the place.
En las instalaciones de placas solares en estructuras fijas a tierra, el aprovechamiento de la radiación solar no es el máximo que se podría obtener, pues la dirección de la normal a la placa en pocos momentos coincide con los de los rayos solares. Para optimizar el máximo rendimiento energético de las placas, se hace necesario el montaje de las mismas en estructuras móviles que constantemente las posicionan perpendiculares al sol. Estas estructuras móviles se conocen con el nombre de seguidores solares.In solar panel installations in fixed structures to ground, the use of radiation solar is not the maximum that could be obtained, since the address of the normal to the plate in a few moments coincides with those of the Sun rays. To optimize the maximum energy efficiency of the plates, it is necessary to mount them in mobile structures that constantly position them perpendicular to the sun. These mobile structures are known with the name of solar followers.
Dentro de los tipos de seguidores solares actuales existen principalmente dos modelos: los monodireccionales y los bidireccionales:Within the types of solar trackers Currently there are mainly two models: the monodirectional and bidirectional:
Los primeros se caracterizan por tener un ángulo fijo de elevación sobre el horizonte, y variar al cabo de las horas del día el ángulo azimutal para el seguimiento del sol, y los segundos como su propio nombre indica varían durante el recorrido del sol diario, tanto el ángulo azimutal como el de elevación, posicionando continuamente la placa fotovoltaica en una dirección perpendicular a los rayos solares, consiguiendo de esta forma unos rendimientos netos anuales de alrededor de un 20-30% más que las instalaciones fijas (función de la latitud del lugar y las horas de sol anuales en el mismo).The first are characterized by having an angle fixed elevation over the horizon, and vary after hours of the day the azimuthal angle for tracking the sun, and the seconds as its own name indicates vary during the tour of the daily sun, both the azimuthal angle and the elevation angle, continuously positioning the photovoltaic plate in one direction perpendicular to the sun's rays, thus getting some annual net returns of about a 20-30% more than fixed installations (function of the latitude of the place and the annual hours of sunshine in it).
Para el movimiento de estos seguidores bidireccionales, existen en el mercado diversos tipos, siendo el más utilizado el que tiene un giro alrededor de un eje vertical para la orientación azimutal, y otro giro alrededor de un eje horizontal para la orientación de elevación.For the movement of these followers Bidirectional, there are various types on the market, being the most used the one that has a spin around a vertical axis for azimuthal orientation, and another turn around an axis horizontal for elevation orientation.
El movimiento de estos giros se efectúa normalmente:The movement of these turns is made usually:
- --
- El azimutal por hacer giros de unos 180° mediante corona y piñón, ó sinfín, moviendo estos últimos por accionamiento eléctrico o hidráulico.He azimuthal for making turns of about 180 ° by crown and pinion, or endless, moving the latter by electric drive or hydraulic.
- --
- El de elevación por husillo ó actuador hidráulico, o bien, también por corona con piñón ó sinfín.That of lifting by spindle or hydraulic actuator, or by crown with pinion or auger.
En líneas generales, el seguidor solar bidireccional que la invención propone, consigue la orientación de la plataforma portadora de las placas solares al quedar dispuesta en una estructura de soporte de forma, que pueda rotar y se oriente con movimientos combinados de giro alrededor de dos ejes: uno de ellos oblicuo y fijo a tierra formando un ángulo determinado con el eje de coordenadas OY paralelo a la superficie del terreno y que apunta a la dirección sur; y el otro eje perpendicular al anterior, contenido en el plano de la plataforma y que varía angularmente su inclinación al hacerlo ésta alrededor del eje oblicuo fijo.In general, the solar tracker bidirectional that the invention proposes, achieves the orientation of the platform carrying the solar panels when ready in a support structure so that it can rotate and be oriented with combined turning movements around two axes: one of they oblique and fixed to ground forming a certain angle with the coordinate axis OY parallel to the land surface and that it points to the south direction; and the other axis perpendicular to the previous one, content on the platform plane and that varies angularly its inclination when doing this around the fixed oblique axis.
Este movimiento se realiza con dos actuadores conectados respectivamente a sendos puntos fijos del suelo y a otros tantos vértices de la plataforma, haciendo que ésta pueda rotar alrededor de un punto central de apoyo de la misma en la estructura de soporte y desde una posición inicial a otra final, teniendo dos grados de libertad al estar determinada la posición final de dichos dos vértices de la plataforma con los dos ángulos de giro de la misma.This movement is done with two actuators connected respectively to two fixed points of the ground and to as many vertices of the platform, making it possible rotate around a central support point of it in the support structure and from an initial position to an end position, having two degrees of freedom when the position is determined end of said two vertices of the platform with the two angles Turn of it.
Esto determina que las distancias de los aludidos vértices a los respectivos puntos fijos del suelo, guarden una relación biunívoca con los ángulos de giro de la plataforma alrededor de ambos ejes perpendiculares. Esto determina que para cada par de ángulos sólo exista un par de dichas distancias y viceversa. Las distancias se calculan para un valor determinado de los ángulos descritos dependiendo de las coordenadas del lugar, época del año y momento del día, efectuándose el ajuste con los actuadores.This determines that the distances of the alluded vertices to the respective fixed points of the ground, keep a biunivocal relationship with the angles of rotation of the platform around both perpendicular axes. This determines that for each pair of angles only exists a pair of said distances and vice versa. The distances are calculated for a given value of the angles described depending on the coordinates of the place, time of the year and time of day, adjusting with the actuators
Estos actuadores gracias a los cuales se consigue adecuar las distancias correctas entre los respectivos puntos que unen, pueden ser cilindros hidráulicos, husillos, o cualquier otro elemento mecánico adecuado.These actuators thanks to which manages to match the correct distances between the respective joining points, can be hydraulic cylinders, spindles, or any other suitable mechanical element.
También es posible la orientación de la plataforma mediante dispositivos de seguimiento con realimentación de punto luminoso, ya que con incrementos de signo opuesto de las distancias entre los puntos considerados, se consigue variar el ángulo alrededor del eje fijo (con una variación muy pequeña del ángulo girado alrededor del eje angulable perpendicular al anterior) y con incrementos iguales del mismo signo para variación angular de la plataforma alrededor del eje angulable perpendicular al anterior y que se realiza con mucha menor variación del otro ángulo (para pequeños movimientos). Según esto, en pocos movimientos alternativos reiterados se consigue centrar la plataforma al punto luminoso.The orientation of the platform via tracking devices with feedback of luminous point, since with increments of opposite sign of the distances between the points considered, it is possible to vary the angle around the fixed axis (with a very small variation of angle rotated around the angular axis perpendicular to the previous one) and with equal increments of the same sign for angular variation of the platform around the angled axis perpendicular to the previous one and that is done with much less variation of the other angle (for small movements). According to this, in a few movements repeated alternatives you can focus the platform to the point bright.
Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:To facilitate the understanding of characteristics of the invention and forming an integral part of this Descriptive report, accompanying some sheets of plans in whose figures, with an illustrative and non-limiting nature represented the following:
Figura 1.- Es un esquema del sistema de movimiento del seguidor solar bidireccional, objeto de la invención.Figure 1.- It is a scheme of the system of bidirectional solar tracker movement, object of invention.
Figura 2.- Es una vista similar a la figura 1 incluyendo los dos cilindros como actuadores para variar las distancias de dos de los vértices a los respectivos puntos fijos del suelo.Figure 2.- It is a view similar to figure 1 including the two cylinders as actuators to vary the distances of two of the vertices to the respective fixed points ground.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, en la figura 1 se muestra esquemáticamente la plataforma 1 definida por cuatro vértices de la misma, o cuatro puntos fijos de ella en el entorno del punto "O" en el que puede rotar la plataforma, estando dicho punto "O" ubicado a una altura "h" del suelo.Referring to the numbering adopted in the figures, the figure 1 shows schematically the platform 1 defined by four vertices of it, or four fixed points of it in the environment of the point "O" in which it can rotate the platform, said point "O" being located at a height "h" from the ground.
Los ejes X, Y, Z son los ejes de coordenadas locales, siendo:The X, Y, Z axes are the coordinate axes premises, being:
- OX, el eje paralelo a la superficie del terreno que apunta a la dirección del ocaso desde el origen O de coordenadas, siendo este el punto elevado del terreno como cúspide de una estructura rígida de soporte donde apoya, rota y se orienta la plataforma.- OX, the axis parallel to the surface of the terrain that points to the direction of the sunset from the origin OR of coordinates, this being the high point of the terrain as cusp of a rigid support structure where it supports, rotates and orientates the platform.
- OY, el eje paralelo a la superficie del terreno que apunta a la dirección Sur.- OY, the axis parallel to the surface of the land that points to the south direction.
- OZ, el eje perpendicular a la superficie del terreno en dirección vertical.- OZ, the axis perpendicular to the surface of the terrain in vertical direction.
Es de hacer notar que la posición inicial (antes de girar en ningún eje) de dicha plataforma corresponde en la figura al romboide en línea continua de lados 4 a 7.It should be noted that the initial position (before of turning on any axis) of said platform corresponds to the Figure rhomboid in a continuous line from sides 4 to 7.
La plataforma una vez girada es la definida por los puntos P1, P2, P3, P4 en la figura.The platform once rotated is defined by points P1, P2, P3, P4 in the figure.
Para llegar a esta posición:To reach this position:
- --
- Primero se efectúa un giro de ángulo beta (\beta) alrededor del eje fijo a tierra O-G1 (eje en dirección al sur formando un ángulo fi \Phi con el eje O-Y).First, a rotation of angle beta (?) Is made around the fixed axis to ground O-G1 (axis in the south direction forming an angle fi \ Phi with the axis OY).
- --
- Después gira un ángulo alfa (\alpha) alrededor del eje O-Az (este eje gira según se efectúa el giro anterior).Then it rotates an angle alpha (?) Around the O-Az axis (this axis rotates as the previous turn is performed).
Es importante el hecho que el sistema sólo tiene dos grados de libertad, lo que significa que los puntos P1 y P2 están perfectamente determinados (para dimensiones fijas geométricas) con los dos ángulos de giro.It is important that the system only has two degrees of freedom, which means that points P1 and P2 are perfectly determined (for fixed dimensions geometric) with the two angles of rotation.
Esto implica que existe entre las distancias D1 (del punto P1 al fijo P1o), D2 (del punto P2 al fijo P2o), y los ángulos alfa y beta, una relación biunívoca, y por lo tanto para cada par de ángulos alfa y beta solo existe un par de distancias D1 y D2, y viceversa.This implies that it exists between distances D1 (from point P1 to fixed P1o), D2 (from point P2 to fixed P2o), and alpha and beta angles, a biunivocal relationship, and therefore for each pair of alpha and beta angles only exists a pair of distances D1 and D2, and vice versa.
Por supuesto que existen unas limitaciones geométricas que confinan a unas regiones del espacio donde es posible el movimiento de los puntos P1 y P2, (por ej. no existe ninguna combinación de ángulos que nos posicionen dichos puntos a 1 Km. del seguidor).Of course there are limitations geometric that confine some regions of space where it is possible the movement of points P1 and P2, (eg there is no no combination of angles that position these points at 1 Km. Of the follower).
Con la correcta elección de las dimensiones geométricas es posible optimizar tanto el correcto seguimiento del Sol, como la reducción de los esfuerzos de los distintos elementos mecánicos del sistema.With the correct choice of dimensions geometric it is possible to optimize both the correct tracking of the Sun, as the reduction of the efforts of the different elements System mechanics
Según lo anterior es posible el seguimiento del Sol de forma bidireccional con este movimiento de seguidor.According to the above it is possible to track the Bidirectional sun with this follower movement.
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Para conseguir unos ángulos alfa y beta que nos orientan la placa normal hacia el Sol, bastará con calcular las distancias D1 (desde uno de los vértices de la plataforma rectangular o de un punto seleccionado de su periferia hasta un punto fijo del terreno o suelo) y D2 (desde otro vértice o punto elegido hasta el otro punto fijo del suelo) que nos dan esos ángulos, y una vez determinadas estas, basta con situar un dispositivo, que bien puede ser un cilindro hidráulico, un husillo ó cualquier otro elemento mecánico que nos determine una distancia, para fijar las D1 y D2.To get some alpha and beta angles that we orient the normal plate towards the Sun, just calculate the D1 distances (from one of the vertices of the platform rectangular or from a point selected from its periphery up to a land or ground fixed point) and D2 (from another vertex or point chosen to the other fixed point on the ground) given by those angles, and once these are determined, just place a device, which may well be a hydraulic cylinder, a spindle or any other mechanical element that determines us a distance, to set the D1 and D2.
También es posible la orientación de la placa al Sol mediante dispositivos, ya existentes en el mercado, de seguimiento con realimentación de punto luminoso, ya que con incrementos de signo opuesto de las distancias D1 y D2 se consigue variar el ángulo beta (con una variación muy pequeña del ángulo alfa) y con incrementos iguales del mismo signo ocurre lo mismo con el ángulo Alfa, como sea que la variación del otro ángulo correspondiente se puede considerar mucho menor (para pequeños movimientos) en pocos movimientos alternativos reiterados centran la placa al punto luminoso.The orientation of the plate to the Sun through devices, already existing in the market, of follow-up with light spot feedback, since with increments of opposite sign of distances D1 and D2 are achieved vary the beta angle (with a very small variation of the angle alpha) and with equal increments of the same sign the same thing happens with the angle Alpha, whatever the variation of the other angle corresponding can be considered much smaller (for small movements) in a few repeated alternative movements center the plate to the luminous point.
Para conseguir la variación deseada de la plataforma se pueden emplear como hemos dicho anteriormente cilindros hidráulicos, husillos u otros elementos mecánicos para fijar y controlar la distancia entre dichos puntos (vértice de la plataforma y punto de anclaje en el suelo, existiendo otro actuador idéntico entre otro vértice contiguo y otro punto fijo del suelo). Al variar las distancias de forma combinada en valores positivos y negativos, según proceda, se alcanzan perfectamente y con precisión todas las posiciones deseadas en cada momento para la plataforma.To achieve the desired variation of the platform can be used as we said before hydraulic cylinders, spindles or other mechanical elements for set and control the distance between these points (vertex of the platform and ground anchor point, there is another actuator identical between another adjacent vertex and another fixed point on the ground). By varying distances combined in positive values and Negatives, as appropriate, are achieved perfectly and accurately all desired positions at any time for the platform.
En la figura 2 vemos la misma plataforma de la figura 1 pero incluyendo los dos cilindros hidráulicos referenciados con 8, como actuadores tendidos entre los vértices P1 y P2 de la plataforma y respectivos puntos fijos del suelo referenciados con P1o y P2o, distantes éstos una magnitud "e". La línea de unión de tales puntos P1o y P2o queda dispuesta a una distancia "d" de la vertical del punto "O".In figure 2 we see the same platform of the Figure 1 but including the two hydraulic cylinders referenced with 8, as actuators lying between vertices P1 and P2 of the platform and respective fixed points of the ground referenced with P1o and P2o, these are a magnitude "e". The junction line of such points P1o and P2o is arranged at a distance "d" from the vertical of the point "O".
En un ejemplo práctico se han obtenido los siguientes resultados:In a practical example, the following results:
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