ES2308160T3 - Sistema modular para la formacion de sombra, dotado de paneles de seguimiento del sol. - Google Patents

Sistema modular para la formacion de sombra, dotado de paneles de seguimiento del sol. Download PDF

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ES2308160T3 ES04718794T ES04718794T ES2308160T3 ES 2308160 T3 ES2308160 T3 ES 2308160T3 ES 04718794 T ES04718794 T ES 04718794T ES 04718794 T ES04718794 T ES 04718794T ES 2308160 T3 ES2308160 T3 ES 2308160T3
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Thomas L. Dinwoodie
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Abstract

Sistema modular (60) para dar sombra con paneles (64) de seguimiento solar, para ser utilizados sobre una superficie de soporte, que comprende: una serie de tubos de torsión separados (72), orientados generalmente en dirección norte-sur, teniendo cada tubo de torsión un eje; paneles montados, por lo menos en algunos de los tubos de torsión, para crear filas separadas de paneles a lo largo de dichos tubos de torsión siendo, por lo menos algunos de los paneles, paneles con colectores solares; una estructura (66) para dar sombra, situada entre ciertos tubos seleccionados de los tubos de torsión y por encima de la superficie de soporte (71), de manera que debajo de ellos proporcionan una mayor zona sombreada; una estructura de soporte que comprende: un primer conjunto de montaje (68) en el que cada tubo de torsión está montado por encima de la superficie de soporte para su rotación alrededor del eje de cada uno de dichos tubos de torsión; y un segundo conjunto de montaje (88) que soporta la estructura para dar sombra en la posición fija; y un conjunto basculante (76) que hace girar de manera selectiva cada tubo de torsión alrededor de su eje, caracterizado porque la estructura (66) para dar sombra es estacionaria y está situada en una posición fija.

Description

Sistema modular para la formación de sombra, dotado de paneles de seguimiento del sol.
Antecedentes de la invención
Para mejorar la calidad y el valor económico de los espacios exteriores, es deseable desarrollar medios para proporcionar estructuras de bajo coste y de múltiples usos para facilitar cosas tales como montajes fotovoltaicos (en adelante PV) para generar electricidad, para dar sombra a automóviles, para dar sombra a actividades exteriores, para la agricultura, para la piscicultura y para promover otros objetivos y celebraciones. Las ventajas derivadas de los techos verdes, también denominados techos con recubrimiento vegetal o techos ecológicos, incluyen el control del desagüe del agua y la reducción de la contaminación consiguiente del agua de edificios, aparcamientos y otras estructuras.
Además, la factibilidad económica de los sistemas de energía fotovoltaica (PV) y la necesidad de generación de energía distribuida en el punto de utilización, ha conducido a un mercado mundial creciente de sistemas PV conectados a la red. Muchas veces, en las zonas en que la energía PV es económicamente más atractiva, los terrenos disponibles para la instalación de energía PV son escasos o inexistentes. Por consiguiente, existe la necesidad de incorporar sistemas de generación de energía PV en zonas urbanas en las que no se dispone fácilmente de terreno. Las zonas que pueden ser un objetivo comprenden aparcamientos, carreteras, parques, recintos universitarios, divisorias de aguas, embalses, canales, zonas abiertas adyacentes a edificios y otras zonas abiertas. A partir de los documentos USA 4.429.178 y USA 6.058.930 se conoce una estructura de soporte basculante para paneles fotovoltaicos (PV).
Breves características de la invención
La presente invención se refiere a un sistema modular para dar sombra con paneles de seguimiento solar, que comprende una superficie de soporte que tiene las características indicadas en la reivindicación 1.
A partir de la siguiente descripción aparecerán varias características y ventajas de la invención en la cual, conjuntamente con los dibujos adjuntos, se han expuesto con detalle las realizaciones preferentes.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista isométrica, superior, frontal, del lado izquierdo de un sistema para dar sombra, en el cual la parte superior del sistema está cubierta por una disposición de paneles modulares;
la figura 2 es una vista a mayor escala de una parte de la figura 1, mostrando dos paneles modulares diferentes, esto es, un panel PV y un panel transparente tintado, separados de la estructura de soporte;
la figura 3 muestra la estructura de la figura 2 habiendo extraído los paneles modulares, dejando la estructura de soporte que incluye largueros, jácenas transversales que soportan los largueros, y columnas que soportan las jácenas;
la figura 4 es una vista inferior, frontal, isométrica, a mayor escala, del lado izquierdo de una parte del sistema de dar sombra de la figura 1 con las tapas extremas extraídas para mostrar la forma en Z de la sección transversal de los largueros, y mostrando un panel modular y un panel de protección separados de la estructura de soporte;
la figura 5 es una vista, a mayor escala, del sistema para dar sombra de la figura 1, mostrando la inclinación de 1:12 de los paneles modulares;
la figura 6 es una vista lateral simplificada de un tipo de concentrador de luz del panel PV;
las figuras 7 y 8 muestran realizaciones alternativas de la estructura de soporte de la figura 5;
la figura 9 muestra una realización alternativa del sistema para dar sombra de la figura 5;
la figura 10 es una vista global de una realización alternativa en la que se utilizan largueros tubulares en vez de los largueros en forma de Z de la figura 4;
las figuras 11 y 12 son vistas, a mayor escala, de partes de la realización de la figura 10 mostrando el acoplamiento de los paneles PV a los largueros;
la figura 13 es una vista simplificada del extremo orientado al sur, de un sistema modular para dar sombra con paneles solares de seguimiento fabricados según la invención;
la figura 14 es una vista en planta simplificada del sistema de la figura 13, mostrando solamente algunas de las filas de paneles para mayor simplicidad de la ilustración; y
la figura 15 muestra una realización alternativa del conjunto de la estructura de montaje para dar sombra de las figuras 13 y 14.
Descripción de las realizaciones específicas
Las figuras 1 a 5 muestran los componentes básicos de un sistema (10) para dar sombra. El sistema (10) para dar sombra comprende una estructura de soporte (12) que se aprecia mejor en las figuras 3 y 4, en la cual está montado un dispositivo de paneles modulares (14). En una realización, la fila central (16) de los paneles modulares (14) la constituyen paneles transparentes tintados (18) dispuestos para crear un pasillo iluminado según la longitud del sistema (10) para dar sombra. El color de los paneles transparentes (18), tal como rojo, proporciona asimismo un aspecto distintivo, estéticamente agradable, al sistema para dar sombra. En esta realización, el resto de los paneles modulares (14) son paneles PV (20), de tal manera que el sistema para dar sombra actúa asimismo como una fuente de electricidad. La electricidad podría ser utilizada para una diversidad de objetivos incluyendo la carga de baterías, la generación de hidrógeno a partir de agua o, después de ser transformada en corriente alterna, para alimentar la red eléctrica comercial. Los paneles modulares (14) podrían incluir asimismo otros tipos de estructuras modulares, tales como módulos para viveros utilizados para el cultivo de plantas en la parte superior del sistema (10) para dar sombra, paneles de claraboya (los mismos que los paneles transparentes -18-), módulos de montaje para estructuras de soporte tales como banderas, antenas y repetidores de telefonía móvil. Los paneles modulares (14) pueden ser asimismo fosforescentes para proporcionar una iluminación nocturna pasiva. Además, los paneles modulares (14) podrían ser paneles luminosos para una iluminación nocturna activa por debajo del sistema (10) para dar sombra.
Los paneles modulares (14) pueden incluir un cierto número de estructuras diferentes incluyendo las siguientes: recipientes para la recogida de agua, espacio para elementos de enfriamiento que comprenden por lo menos nebulizadores por pulverización para enfriamiento por evaporación, ventiladores, bombas, lonas humedecidas, recipientes para el almacenamiento de agua, tuberías y conductos evaporativos y elementos para recogida y desagüe del agua. Los paneles modulares (14) pueden incluir asimismo características modulares para la multi-funcionalidad y para la adaptación o personalización, tales como: paneles de control acústico, elementos de asiento, elementos para plantas, elementos para terrenos de juegos, elementos para el descanso, elementos de señalización, módulos de antena, máquinas de pago, elementos escénicos, elementos de transporte por carril, sistemas de carga de células de combustible, dispositivos de generación de hidrógeno, dispositivos de almacenamiento de hidrógeno, inversores para la conversión de la corriente continua en alterna, conductos para cables eléctricos y elementos que faciliten el patinaje sobre ruedas, el patinaje sobre hielo, la presentación de automóviles, la hípica, el alojamiento de personas sin hogar, mercados agrícolas, partidos de fútbol, partidos de tenis, conciertos, espectáculos de luz y sonido, entrenamiento físico y nodos de transporte.
La estructura de soporte (12) incluye una serie de largueros paralelos (22) montados y soportados mediante jácenas transversales (24), estando soportadas las jácenas mediante columnas verticales (26). En esta realización, los largueros (22) tienen orificios (28) formados en los mismos para facilitar el montaje de los paneles (14). La estructura de soporte (12) está diseñada preferentemente para orientar los paneles modulares (14) en un ángulo (30) para mejorar el rendimiento de la energía solar y la resistencia a su levantamiento por el viento, habitualmente una pendiente de 1:12 o 4,76 grados.
Los largueros (22) definen una primera zona de sombra (31); ver la figura 1, en sentido vertical por debajo de los largueros. La zona (31) tiene una longitud (L) y una anchura (W). Los paneles PV (20) y los paneles transparentes (18) cubren preferentemente, por lo menos, aproximadamente el 90% de la primera zona de sombra (31). En la realización de la figura 1, el 100% de la primera zona de sombra (31) está recubierta mediante paneles transparentes (18) y paneles PV (20). Los paneles transparentes (18) u otros paneles transmisores de la luz, pueden cubrir aproximadamente del 0 al 50% de la primera zona de sombra (31), y preferentemente, aproximadamente del 5 al 30% de la primera zona de sombra.
Cuando los paneles modulares (14) son paneles PV (20), se utiliza preferentemente un panel de protección (32) para recubrir la superficie inferior (34) del panel PV. Esto ayuda a impedir tanto el vandalismo como daños involuntarios a los paneles PV. En esta realización, el panel de protección (32) es convexo visto desde abajo. El diseño convexo proporciona una resistencia elevada con un material relativamente delgado. Asimismo, el panel de protección (32) está perforado, de tal manera que la utilización de un panel de plástico perforado o una rejilla metálica, o de un diseño de otra forma, proporciona ventilación para el panel PV (20). Además, cuando el panel PV (20) es del tipo que permite que una cantidad de luz, habitualmente pequeña, pase a través del miso, haciendo que el panel de protección (32) sea transmisor de la luz, de manera tal como realizando perforaciones o haciendo que el panel sea de un material transmisor de la luz, contribuye a iluminar la zona de debajo del sistema (10) para dar sombra. Los paneles de protección (32) pueden estar fabricados, por ejemplo, por lo menos de una malla de alambre, de una lámina metálica, de una lámina de metal perforado, de plástico, de plástico perforado, de una plancha de cemento, de una plancha perforada de cemento, y de material fosforescente. Los paneles de protección (32) pueden ser utilizados asimismo cuando en otras instalaciones se utilizan paneles PV (20) y no forman parte de una estructura para dar sombra, tal como cuando el panel PV (20) es utilizado con claraboya en el techo de un edificio.
El sistema para dar sombra constituye una estructura exclusiva, adecuada para garajes, pabellones, y otras situaciones adecuadas. El sistema para dar sombra puede ser utilizado en lugares de reunión para la educación, conciertos musicales, mercados agrícolas, aparcamientos/pasillos en la sombra. Los aparcamientos a la sombra incrementan la duración del acabado de los automóviles y reducen las emisiones de CO_{2} de los componentes del automóvil que se descomponen bajo los rayos UV. Asimismo, los aparcamientos a la sombra mantienen los automóviles más frescos y más confortables. Uniendo una serie de paneles PV (20) puede generarse electricidad limpia y renovable; los paneles PV (20) pueden estar montados con un ángulo óptimo tanto para el rendimiento eléctrico como para su comportamiento frente al viento. El sistema (10) para dar sombra es adecuado para muchas aplicaciones funcionales y la modularidad y la flexibilidad del diseño permiten una aplicación a medida para satisfacer las necesidades de muchas situaciones distintas. Unos elementos especiales permiten una iluminación natural de los pasillos y resistencia a las roturas debidas al vandalismo. El sistema para dar sombra proporciona diversas posibilidades: una estación potencial de H_{2} como combustible; una puerta potencial para la generación distribuida de células de combustible; una utilización potencial como invernadero o criadero para el cultivo de plantas; una utilización potencial como plataforma para el seguimiento de sistemas fotovoltaicos.
Las realizaciones comentadas anteriormente, dan a conocer la utilización de paneles PV convencionales (20). Si se desea, los paneles PV (20) pueden ser del tipo concentrador de la luz. Los paneles PV (40) del tipo concentrador de la luz, ver figura 6, tienen habitualmente una disposición con lentes (42) u otros concentradores de la luz, situados encima del substrato PV (44), de modo que incrementan la intensidad de la luz recibida por el substrato PV. Esto permite que el porcentaje de la zona activa (46) del substrato PV de generación de electricidad, sea reducida en comparación con los tipos de substratos PV sin concentrador de la luz. Esto contribuye a hacer que la utilización de materiales más eficientes para la generación de electricidad en el substrato PV sea más efectiva en cuanto a reducción de costes.
La figura 7 muestra una realización alternativa de la estructura de soporte mostrada en la figura 5, en la cual las jácenas (24A) se extienden mucho más allá de un lado de la columna (26A) que hacia el otro. La figura 8 muestra una realización en la que las jácenas (24B) a lo largo de una fila han sido prolongadas para encontrarse con las jácenas (24B) a lo largo de una fila adyacente. La realización de la figura 9 muestra una realización adicional en la cual las jácenas (24C) de dos filas adyacentes están unidas entre sí, con las jácenas inclinadas de tal manera que los paneles modulares (14) a lo largo de ambas filas están inclinados en sentido descendente hacia la zona central unida de las filas.
La figura 10 muestra una realización adicional en la cual los largueros (22) en forma de Z, que se aprecian mejor en la figura 4, han sido sustituidos por largueros tubulares (48), en este caso largueros tubulares cuadrados. Los paneles PV (20) aparecen sujetos a los largueros tubulares (48) utilizando pernos en U (50), canales en U (52), tuercas (54) y arandelas (56). Los largueros tubulares (48) tienen diversas ventajas. En primer lugar, los largueros tubulares (48) pueden servir como conductos para cables para contener el cableado. En segundo lugar, los largueros tubulares (48) pueden servir de conducción del agua para la protección contra incendios. En tercer lugar, los largueros tubulares (48) no están sometidos a pandeo torsional lateral bajo carga. De este modo, generalmente no precisan arriostramiento lateral, de manera que se reduce la cantidad de material de la estructura, se simplifica la complejidad de las conexiones y se reduce el número de piezas.
Las figuras 13 a 15 muestran una realización de la invención. El sistema modular (60) para dar sombra incorpora filas (62) de paneles de seguimiento solar (64) y estructuras (66) para dar sombra, situadas por lo menos, entre algunas de las filas (62). Cada fila (62) comprende un soporte (68) en el lado norte, un soporte (70) en el lado sur y un tubo (72) de torsión que se extiende entre ellos. Los soportes (68), (70) están soportados y se extienden en sentido ascendente desde la superficie de soporte (71). La superficie de soporte (71) se muestra como el suelo o el pavimento, pero podría ser una superficie de soporte de un tipo diferente, tal como el techo de la estructura de un aparcamiento o de un depósito. Entre los soportes (68), (70) pueden utilizarse soportes adicionales. El tubo de torsión (72) está montado en los soportes (68), (70) mediante los conectores pivotantes (74) para permitir que las filas (62) de paneles solares (64) pivoten entre las orientaciones de mañana y tarde, mostradas como la orientación con línea continua y con línea de trazos en la figura 13. El sistema (60) incluye asimismo un conjunto basculante (76). El conjunto basculante (76) incluye un accionador (78) y un elemento de accionamiento (80) asociado a cada fila (62). Los elementos de accionamiento (80) de las filas (62) están acoplados entre sí mediante un acoplador (82) de elementos de accionamiento. El accionador (78) está conectado, en esta realización, al elemento de accionamiento (80) al extremo de la fila (62) situada más hacia el este, de manera que el accionamiento del accionador (78) hace que cada elemento de accionamiento (82) haga girar su tubo de torsión asociado (72) alrededor del eje (84) de su tubo de torsión, de manera que los paneles (64) de cada fila (62) pivotan simultáneamente. Este tipo de disposición de seguimiento solar se muestra en la Patente USA número 6.050.930.
El sistema modular (60) para dar sombra incluye asimismo un conjunto (86) para dar sombra. El conjunto (86) para dar sombra incluye las estructuras (66) para dar sombra, los montantes (88) de soporte de la estructura para dar sombra, que están soportados y se extienden en sentido ascendente desde la superficie de soporte (71) y barras (90) de soporte de la estructura para dar sombra soportadas por los montantes (88). Las barras de soporte (90) se extienden generalmente en dirección este-oeste por debajo de las filas (62) de paneles (64), y son utilizadas para soportar las estructuras (66) para dar sombra. La combinación de las estructuras (66) para dar sombra y de las filas (62) adyacentes a los paneles (64), crea zonas (92) con un incremento de sombra, que pueden ser utilizadas para diversos propósitos, incluyendo plazas de aparcamiento. Aunque las estructuras (87) para dar sombra pueden ser utilizadas entre las filas (62) de paneles (64), la sombra adicional proporcionada por una configuración de este tipo puede no ser necesaria o deseable. Por ejemplo, una o varias zonas (94) entre las filas (62) de los paneles (64) pueden no estar provistas de estructuras (87) para dar sombra cuando deben utilizarse las zonas (94), por ejemplo, como vías de tráfico o como bandas para el crecimiento de arbustos, árboles u otras plantas.
En la figura 15 se muestra una alternativa a la utilización de barras de soporte (90) y de montantes de soporte (88). Las estructuras de hangares (96) para dar sombra son utilizadas para suspender estructuras (87) para dar sombra desde los tubos de torsión (72). Los hangares (96) incluyen habitualmente una parte horizontal central (98) y un brazo generalmente vertical (100) en cualquiera de los extremos de la parte central (98). Cada brazo (100) incluye un soporte (102) que se acopla al tubo de torsión (72) y permite que el tubo de torsión (72) pivote libremente alrededor de su eje (84) mientras soporta los hangares (96).
Pueden realizarse modificaciones y variaciones a las realizaciones dadas a conocer, sin apartarse del objetivo de la invención. Por ejemplo, en vez de filas (62) de paneles solares (64), pueden utilizarse asimismo otros tipos de paneles, tal como se ha comentado anteriormente. Pueden utilizarse una o varias filas de paneles estacionarios sin seguimiento, con filas (62) de paneles con seguimiento (64). Las estructuras (66) para dar sombra pueden comprender, por ejemplo, zonas plantadas para plantas vivas para un control del agua de desagüe. Los tubos de torsión (72) pueden tener forma circular, cuadrada u otras formas de una sección transversal regular o irregular. Aunque los tubos de torsión (72) son preferentemente huecos, pueden ser macizos o estar llenos de un material diferente, tal como espuma estructural.

Claims (9)

1. Sistema modular (60) para dar sombra con paneles (64) de seguimiento solar, para ser utilizados sobre una superficie de soporte, que comprende:
una serie de tubos de torsión separados (72), orientados generalmente en dirección norte-sur, teniendo cada tubo de torsión un eje;
paneles montados, por lo menos en algunos de los tubos de torsión, para crear filas separadas de paneles a lo largo de dichos tubos de torsión siendo, por lo menos algunos de los paneles, paneles con colectores solares;
una estructura (66) para dar sombra, situada entre ciertos tubos seleccionados de los tubos de torsión y por encima de la superficie de soporte (71), de manera que debajo de ellos proporcionan una mayor zona sombreada;
una estructura de soporte que comprende:
un primer conjunto de montaje (68) en el que cada tubo de torsión está montado por encima de la superficie de soporte para su rotación alrededor del eje de cada uno de dichos tubos de torsión; y
un segundo conjunto de montaje (88) que soporta la estructura para dar sombra en la posición fija; y
un conjunto basculante (76) que hace girar de manera selectiva cada tubo de torsión alrededor de su eje,
caracterizado porque la estructura (66) para dar sombra es estacionaria y está situada en una posición fija.
2. Sistema, según la reivindicación 1, en el que el primer conjunto de montaje comprende:
conectores pivotantes;
soportes en el lado sur, conectados de manera pivotante a los tubos de torsión mediante los conectores pivotantes; y
soportes en el lado norte, conectados de manera pivotante a los tubos de torsión mediante los conectores pivotantes.
3. Sistema, según la reivindicación 1, en el que el conjunto basculante comprende un elemento de accionamiento (78) asociado a cada tubo de torsión, un acoplador (80) del elemento de accionamiento, que acopla de forma operativa cada elemento de accionamiento, y un accionador acoplado, de manera que acciona, por lo menos, a un elemento de accionamiento o a un acoplador del elemento de accionamiento de manera que los acciona, de forma que hace girar simultáneamente los tubos de torsión alrededor de sus ejes correspondientes y hace bascular simultáneamente los paneles montados en los tubos de torsión.
4. Sistema, según la reivindicación 1, en el que los paneles colectores solares comprenden un cierto tipo de concentrador de la luz del panel colector solar.
5. Sistema, según la reivindicación 1, en el que los paneles son paneles modulares.
6. Sistema, según la reivindicación 5, en el que los paneles modulares comprenden módulos PV que tienen superficies superiores e inferiores, y comprenden además paneles de protección montados opuestos a las superficies inferiores de los módulos PV.
7. Sistema, según la reivindicación 6, en el que los módulos PV y los paneles de protección están construidos de tal modo que permiten que pase algo de luz a través de los mismos.
8. Sistema, según la reivindicación 5, en el que los paneles modulares comprenden, por lo menos, una de las siguientes cosas:
paneles modulares fosforescentes para proporcionar una iluminación nocturna pasiva por debajo de la estructura de soporte; y
paneles modulares iluminados.
9. Sistema, según la reivindicación 5, en el que los paneles modulares comprenden espacio para elementos de enfriamiento que comprenden por lo menos, pulverizadores de niebla para enfriamiento por evaporación, ventiladores, bombas, lonas humedecidas, recipientes para almacenamiento de agua, tuberías y surtidores para la evaporación.
ES04718794T 2003-03-10 2004-03-09 Sistema modular para la formacion de sombra, dotado de paneles de seguimiento del sol. Expired - Lifetime ES2308160T3 (es)

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