ES2303793B1 - Seguidor solar. - Google Patents

Abstract

Seguidor solar.

La estructura móvil soporte de paneles (fotovoltaicos generalmente) aprovecha de forma eficiente la energía solar.

Se caracteriza por disponer de paneles (1) en retícula de varias filas por varias columnas en un solo plano cuya perpendicular está dirigida al sol en cualquier instante del día. Entre filas y columnas de paneles hay una cierta separación favoreciendo la ventilación y permitiendo la libre dilatación del panel, mejorando así el comportamiento global del conjunto.

Cada fila está soportada por dos correas (2) que forman una guía sobre la que se disponen los paneles. El conjunto de correas es soportado por dos portacorreas (3) y estos a su vez por dos largueros (4) unidos al bastidor por dos costillas (vigas curvas aligeradas (5)).

Este conjunto gira en torno a un eje (6) paralelo al suelo para realizar el movimiento de inclinación. El centro de gravedad del conjunto puede pertenecer al eje de inclinación dado el diseño del conjunto, resultando un sistema que precisa muy poca potencia para su movimiento en cualquier posición. El eje horizontal pertenece a la bancada (7) que a su vez gira en torno a su eje vertical (8) (para realizar el movimiento de orientación) coincidente con el mástil (9), cimentado al terreno (10) o anclado mediante dispositivos adecuados a otras estructuras.

Description

Seguidor solar

Objeto de la invención

La presente invención se refiere, tal y como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, a un soporte estructural eficiente para seguimiento solar total (2 ejes).

El soporte estructural es resistente y estable ante exigentes acciones climatológicas (viento, nieve, variaciones térmicas) y es respetuoso con el medio ambiente ya que emplea la menor cantidad posible de material resistente (acero, materiales compuestos...), y al estar equilibrado consume la menor energía posible en sus movimientos, con el consiguiente ahorro en motores, reductoras, etc. Los cálculos estructurales y de resistencia ante los diversos agentes meteorológicos se han realizado de forma que el seguidor puede fabricarse para albergar una amplia gama de configuraciones en su superficie de captación solar. Además el acabado superficial de los materiales empleados puede variar desde los tratamientos superficiales metálicos tradicionales (galvanizado, zincado,sulfatado-bicromatado, etc.) hasta los de acabado en pintura de cualquier color respetuoso con el medio en el que se instalen.

El seguimiento solar se gestiona mediante un autómata programable que manda dos motores, uno para realizar el movimiento de inclinación y otro para realizar el movimiento de giro. Este autómata está programado para hacer actuar los motores según la diferentes épocas del año haciendo que el seguidor solar oriente el campo de paneles siempre de forma perpendicular al sol.

Puede ir dotado de sensores de viento (veleta/anemómetro) y de nieve (trampilla tarada) conectados al autómata que controla los movimientos de manera que actúa en consecuencia en caso necesario. Ante eventuales vientos superiores a los de cálculo se limita la inclinación para no presentar tanta superficie frontal y ante la presencia de nieve se procede a inclinarlo hasta su valor máximo para provocar la caída de la misma.

Campo de la invención

La invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación e instalación de dispositivos destinados al aprovechamiento de la energía solar, tanto fotovoltaica como térmica.

Antecedentes de la invención

Es sabido que los sistemas de seguimiento solar total (2 ejes) mejoran de forma significativa el rendimiento con respecto a las instalaciones fijas (del orden del 35% en promedio anual en latitudes del territorio nacional peninsular, y del 50% en verano).

Existen distintas materializaciones físicas de sistemas de seguimiento total, caracterizados a grandes rasgos por:

\bullet Agrupación de paneles coplanarios sin espacio entre ellos (no conveniente por no permitir las dilataciones térmicas, por dificultar la refrigeración por libre circulación de aire y por no reducir la resistencia al viento) o en varios planos (elevada complejidad estructural).

\bullet Parte móvil (movimiento de inclinación) no equilibrada (su centro de gravedad está alejado del eje de giro). Esto repercute en una limitación de la superficie panelada y en la necesidad de sobredimensionar motores y demás sistemas de transmisión y soporte. Desde el punto de vista del montaje, infraestructuras civiles necesarias (cimentación, canalizaciones eléctricas, etc) y mantenimiento convienen seguidores de gran superficie, minimizando además la problemática de sombreamiento entre ellos.

\bullet Diseños estructurales no optimizados, con elementos resistentes de alta esbeltez, muy poco amortiguamiento estructural y uniones no suficientemente rígidas que pueden dar lugar a vibraciones indeseables que limitan el funcionamiento y acortan la vida útil.

Explicación de la invención

El soporte objeto de la presente invención se ha concebido para mejorar el comportamiento estructural de los actuales sistemas de seguimiento. Para ello se disponen los elementos resistentes necesarios de forma que en su parte superior se puedan situar los paneles en una retícula de varias filas por varias columnas todas al mismo nivel, dejando espacio suficiente para la libre dilatación y para la ventilación.

De esta forma las tensiones por efecto de las dilataciones térmicas son despreciables y no se alcanzan altas temperaturas en el panel que provoquen una importante pérdida de rendimiento (en caso de paneles fotovoltaicos).

Además el viento puede circular por dichos espacios, minimizándose el factor de empuje eólico.

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En la figura 1 de esta memoria se representa la estructura móvil a dos ejes cuyos componentes se distribuyen de la siguiente forma: cada fila de paneles (1) está dispuesta entre cada dos perfiles (correas, (2)) que actúan como guía y posicionados mediante un soporte especial (grapa) que sujeta cada panel sin necesidad de realizar taladros en el marco del mismo.

Todas las correas se unen a los dos portacorreas (3) quienes a su vez descansan sobre dos largueros (4) y estos a su vez sobre dos costillas (5). Las costillas se unen por su sección central a un eje horizontal (6) (giro del movimiento de inclinación) dispuesto en una bancada (7) que a su vez gira respecto a un eje vertical (8) (movimiento de orientación) coincidente con el mástil (9), anclado al terreno mediante brida taladrada y unida a una zapata de hormigón armado (10), o unido mediante apoyos adecuados a forjados, muros, etc. La geometría de los distintos elementos resistentes es la mejor según su forma de trabajo y se unen en posiciones adecuadas que minimizan el estado tensional y la esbeltez del conjunto, resultando una estructura ligera, con mínimo empuje eólico en cualquier dirección y máximo amortiguamiento aeroelástico de manera que el comportamiento vibratorio (incluido por el propio movimiento durante el seguimiento o por ráfagas de viento) no es crítico y se ve rápidamente mitigado. Esto redunda en una reducción de las necesidades de mantenimiento y aumenta la vida útil del conjunto (eliminando problemas de fatiga mecánica).

El origen de los movimientos del seguidor solar está en la bancada, que se compone de los elementos que se describen a continuación y que se detallan en la Figura 2 de esta memoria. En dicha bancada se disponen los necesarios cojinetes (de empuje, de bolas, etc., con sistemas elásticos incorporados) en cada eje y los movimientos de estos se realizan mediante moto-reductores (1) de la potencia adecuada que actúan a través de piñones de ataque (2) sobre coronas dentadas solidarias con el eje vertical (3) y con el eje horizontal (4).

Estos movimientos también se pueden realizar mediante otros medios mecánicos como pueden ser cilindros, husillos, etc).

Por diseño se logra que el conjunto móvil respecto al eje horizontal (movimiento de inclinación) esté equilibrado. De forma análoga el centro de gravedad del conjunto móvil respecto al eje vertical (movimiento de orientación) está en el propio eje (equilibrado).

De esta manera no es necesario recurrir a costosos sistemas motores y los requerimientos energéticos para los movimientos son mínimos.

Estas excelentes cualidades mecánicas son el resultado del exhaustivo trabajo de diseño de conjunto, al cual contribuye de manera notable la viga curva aligerada (costilla) gracias a la cual se consigue el equilibrio, se aumenta la estabilidad y se eleva el amortiguamiento estructural en general.

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Descripción de los dibujos

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión espacial de la invención, se incluyen en la presente memoria un conjunto de dibujos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Perspectiva del seguidor.

Figura 2.- Detalle de bancada del seguidor.

Figura 3.- Detalle de la sujeción de los paneles mediante grapas.

Figura 4.- Detalle de cimentación del seguidor.

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Realización preferente de la invención

Según lo comentado previamente se describe a continuación un ejemplo de realización preferente del seguidor solar de 4 filas y 10 columnas cimentado mediante zapata, el cual comprende las partes que se indica:

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Paneles (1)

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Correas (2) y elementos de sujeción.

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Portacorreas (3)

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Largueros (4)

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Costillas (5)

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Bancada (7) y ejes de inclinación (6) y de orientación (8)

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Mástil (9)

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Cimentación (10)

Los dispositivos de unión necesarios entre los distintos elementos son angulares, chapas conformadas, placas de testa, etc., dispuestos mediante soldadura o/y tornillos adecuados.

El número de paneles, las dimensiones, secciones y espesores de los distintos elementos resistentes, diseño de las uniones, etc., son orientativos.

Claims (5)

1. Seguidor solar de dos ejes caracterizado por ser capaz de captar la máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible. Los paneles están dispuestos en filas y columnas en un solo plano, con separación entre ellos favoreciendo su ventilación, permitiendo la libre dilatación y reduciendo el empuje eólico. Cada panel está fijado entre dos correas y sujetado por un dispositivo que no precisa taladro en el marco.

2. Seguidor solar caracterizado, según la reivindicación 1, por el hecho de que la parte móvil respecto al eje horizontal está equilibrada gracias a que cada correa (2) está soportada por dos portacorreas (3) y estos a su vez por dos largueros (4) unidos a vigas curvas aligeradas (costillas, (5)).

3. Seguidor solar, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de disponer de una bandada central (7) en cuya parte superior se dispone el eje horizontal sobre el que bascula la parte móvil descrita en la reivindicación 2. La bancada se une a la parte superior del mástil (9) mediante un cojinete que permite el giro respecto al eje vertical.

4. Seguidor solar caracterizado, según las reivindicaciones anteriores, por un cuidado diseño estructural con claras ventajas medioambientales, al minimizar la cantidad de material resistente necesario y el consumo de energía para sus movimientos. Además tiene rigidez y estabilidad y un comportamiento vibratorio adecuado (con alto amortiguamiento) de manera que se reducen las necesidades de mantenimiento y se alarga la vida útil.

5. Seguidor solar caracterizado, según las reivindicaciones anteriores, con posibilidad de incorporar sensores (veleta, anemómetro, de nieve, etc.) de tal manera que para cargas superiores a las de diseño se pueda mover para ofrecer menor resistencia al viento y/o para descargar la posible nieve acumulada en su superficie.