ES2326121T3 - Dispositivo colector solar orientable. - Google Patents

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ES2326121T3 ES04757507T ES04757507T ES2326121T3 ES 2326121 T3 ES2326121 T3 ES 2326121T3 ES 04757507 T ES04757507 T ES 04757507T ES 04757507 T ES04757507 T ES 04757507T ES 2326121 T3 ES2326121 T3 ES 2326121T3
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Abstract

Conjunto (200) de colectores solares de seguimiento, que comprende: un primer y segundo soportes de lado sur (212, 213); un primer, segundo y tercer soportes de lado norte (216, 217, 218); definiendo los soportes de lado sur y los soportes de lado norte una primera y segunda trayectorias; una primera y segunda estructuras (236, 238) de soporte de los colectores solares, teniendo cada estructura de soporte de los colectores solares un primer y segundo puntos de soporte pivotantes separados (224, 232), definiendo dichos primer y segundo puntos de soporte un eje inclinado (237); al menos un colector solar (204) montado en cada estructura de soporte de los colectores solares; estando los primeros puntos de soporte (224) de la primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares conectados de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado sur (212, 213) y soportados mediante los mismos, respectivamente; estando el segundo punto de soporte (232) de la primera estructura de soporte de los colectores solares conectado de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado norte (216, 217) y soportado mediante los mismos; y un conjunto de inclinación (206), que comprende: un elemento de accionamiento (250) fijado a cada estructura de soporte de los colectores solares; y un elemento accionador (244), caracterizado porque el conjunto de inclinación (206) comprende además: un acoplador (248) de los elementos de accionamiento que acopla de manera operativa los mismos, creando los elementos de accionamiento y el acoplador de los elementos de accionamiento un conjunto de accionamiento; y porque el elemento accionador (244) está acoplado al conjunto de accionamiento de manera que el funcionamiento del elemento accionador hace que los elementos de accionamiento se muevan al unísono, haciendo de esta manera que las estructuras de soporte de los colectores solares y los colectores solares con las mismas se inclinen al unísono, y el segundo punto de soporte (232) de la segunda estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al segundo y tercer soportes de lado norte (217, 218) y soportado mediante los mismos.

Description

Dispositivo colector solar orientable.
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a captación de energía solar, y en particular a un dispositivo para accionar varias filas de paneles solares a efectos de seguir el movimiento del sol con relación a la tierra. La invención está dirigida más particularmente a mejoras en el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo de seguimiento para hacer bascular, o hacer girar, un grupo o conjunto de filas de paneles solares. La invención se aplica a colectores solares en los que los paneles son agrupaciones de células fotovoltaicas para generar energía eléctrica, pero los mismos principios se pueden aplicar, por ejemplo, asimismo a dispositivos para calentamiento solar.
Los conjuntos fotovoltaicos se utilizan para una variedad de objetivos, incluyendo un sistema de energía interactivo con las compañías suministradoras, un suministro de energía para un lugar alejado o sin personal, un suministro de energía para lugares de conmutación de teléfonos móviles, o un suministro de energía para pueblos. Dichos conjuntos pueden tener una capacidad que varía desde unos pocos kilovatios hasta cien kilovatios o más, y se pueden instalar en cualquier lugar en el que exista una zona razonablemente plana con exposición al sol durante partes significativas del día.
En términos generales, dichos sistemas tienen sus paneles fotovoltaicos en forma de filas soportadas sobre un tubo de torsión que sirve de eje. Un sistema de accionamiento del dispositivo de seguimiento hace girar o bascular las filas para mantener los paneles de modo tan perpendicular al sol como sea posible. Habitualmente, las filas están dispuestas con sus ejes situados en una dirección de norte a sur, y los dispositivos de seguimiento hacen girar gradualmente las filas de paneles durante todo el día desde una dirección dirigida hacia el este por la mañana hasta una dirección dirigida hacia el oeste por la tarde. Las filas de paneles se vuelven a llevar a la orientación dirigida hacia el este para el día siguiente.
Un dispositivo de colectores solares de este tipo se muestra en la patente U.S.A. número 5.228.924 de Barker y otros. En la misma, cada fila de paneles está fijada a un eje de pivotamiento horizontal que está soportado sobre dos o más pilares de soporte en los que está articulado el eje de pivotamiento. Un mecanismo de accionamiento está montado en uno de los pilares, y empuja el panel solar en algún punto que está desplazado respecto al eje. En ese caso, el accionamiento es del tipo husillo, y a medida que un motor de accionamiento gira, un eje se retrae o se extiende para hacer girar la fila de paneles en una u otra dirección. En este dispositivo, cada fila de paneles tiene su propio mecanismo de accionamiento respectivo, y de esta manera todos ellos tienen que ser sincronizados para seguir a la vez al sol. Con un accionamiento montado en el pilar, es difícil o imposible utilizar un único elemento accionador para desplazar más de una fila de paneles solares.
Características de la invención
Un aspecto de la invención está dirigido a un conjunto de colectores solares de seguimiento que incluye un primer y segundo soportes de lado sur y un primer, segundo y tercer soportes de lado norte. Los soportes de lado sur y los soportes de lado norte definen una primera y segunda trayectorias generalmente paralelas. El conjunto incluye asimismo una primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares. Cada estructura de soporte de los colectores solares tiene un primer y segundo puntos de soporte pivotantes separados, definiendo los puntos de soporte un eje inclinado. Al menos un colector solar está montado en cada estructura de soporte de los colectores solares. Los primeros puntos de soporte de la primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares están conectados de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado sur y soportados mediante los mismos, respectivamente. El segundo punto de soporte de la primera estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado norte y soportado mediante los mismos. El segundo punto de soporte de la segunda estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al segundo y tercer soportes de lado norte y soportado mediante los mismos. El conjunto incluye además un conjunto de inclinación. El conjunto de inclinación incluye un elemento de accionamiento fijado a cada estructura de soporte de los colectores solares; un acoplador de los elementos de accionamiento que acopla de manera operativa los mismos, creando los elementos de accionamiento y el acoplador de los elementos de accionamiento un conjunto de accionamiento; y un elemento accionador acoplado al conjunto de accionamiento de manera que el funcionamiento del elemento accionador hace que los elementos de accionamiento se muevan al unísono, haciendo de esta manera que las estructuras de soporte de los colectores solares y los colectores solares en las mismas se inclinen al unísono.
Otro aspecto de la invención está dirigido a un colector solar de seguimiento del tipo que comprende una serie de soportes orientados según un eje generalmente de norte a sur; un tubo de torsión, que tiene un eje del tubo de torsión, montado rotativamente en los soportes para permitir la rotación del tubo de torsión alrededor del eje del tubo de torsión; un aparato rotativo del tubo de torsión acoplado de manera operativa al tubo de torsión para hacer girar el mismo entre las orientaciones angulares de la mañana, del mediodía y de la noche; y paneles solares, cada uno de los cuales tiene su centro de gravedad. La mejora comprende montar la estructura que fija los paneles solares al tubo de torsión con un ángulo elegido respecto al eje del tubo de torsión, estando situado cada uno de los paneles solares de manera totalmente vertical por encima del eje del tubo de torsión cuando el tubo de torsión está en la orientación angular del mediodía.
Breve descripción de los dibujos
Las figuras 1 a 18 muestran dispositivos convencionales de colectores y seguidores solares.
Las figuras 1A, 1B y 1C son vistas en alzado desde un extremo que muestran una fila de paneles solares que tienen un elemento accionador convencional montado en un pilar.
Las figuras 2A, 2B y 2C son vistas en alzado desde un extremo que muestran una fila de paneles solares que tienen un elemento accionador horizontal convencional apoyado en el terreno.
Las figuras 3A, 3B y 3C son vistas en alzado desde un extremo que muestran una fila de paneles solares que tienen un elemento accionador vertical convencional apoyado en el terreno.
Las figuras 4A, 4B y 4C son vistas en alzado desde un extremo de una serie de filas de paneles solares que utilizan un dispositivo de accionamiento horizontal apoyado en el terreno.
La figura 5 es una vista en detalle que muestra las características de articulación de la conexión.
La figura 6A es una vista superior de un elemento accionador horizontal y la figura 6B es una vista en alzado lateral del mismo.
La figura 7 muestra una serie de filas de los paneles solares de elemento accionador vertical configuradas para terreno no uniforme.
La figura 8 muestra una serie de filas de los paneles solares de elemento accionador horizontal configuradas para terreno no uniforme.
Las figuras 9A, 9B y 9C son vistas en planta de conjuntos de filas de paneles solares.
La figura 10 es una vista en alzado según (10-10) en la figura 9A.
Las figuras 11 y 12 son, respectivamente, una vista desde un extremo de un manguito de apoyo y una sección transversal según (12-12) de la figura 11.
Las figuras 13 y 14 son una sección transversal y una sección axial del tubo de torsión y del soporte del pilar, que muestran un acoplamiento entre secciones del tubo de torsión.
La figura 15 es una vista en alzado lateral, simplificada, de una sección del tubo de torsión y de los paneles solares de la figura 2A, mostrada con una orientación de mediodía o de la mitad del día y observada según una orientación de este a oeste, que muestra la distancia entre el centro de gravedad del panel solar y el eje del tubo de torsión.
La figura 16 es una vista simplificada del aparato de la figura 15, observada a lo largo del eje del tubo de torsión.
Las figuras 17 y 18 son similares a la figura 16 con la estructura en un ángulo de inclinación relativamente bajo en la figura 17 y un brazo de par (X_{1}) correspondientemente reducido, y un ángulo de inclinación relativamente grande en la figura 18 con un brazo de par (X_{2}) más largo.
Las figuras 19 a 24 y 25 a 33 muestran una primera y segunda realizaciones de la presente invención.
La figura 19 es una representación simplificada de una primera realización de la presente invención, similar a la vista de la figura 15, que muestra el montaje de paneles solares en el tubo de torsión y de manera que los paneles solares están orientados en un cierto ángulo respecto al eje del tubo de torsión.
Las figuras 20 a 22 son vistas de la invención de la figura 19 correspondientes a las figuras 16 a 18 y que muestran que, debido al ángulo de inclinación mostrado en la figura 19, los brazos de par (X_{1}) y (X_{2}) son más largos que en la estructura mostrada en las figuras 16 a 18.
La figura 23 muestra una parte de un sistema de colectores solares y de seguimiento realizado según la invención de las figuras 19 a 22, con los tubos de torsión orientados en un ángulo similar al mostrado en la figura 21.
La figura 24 es una vista en sección transversal de una de las placas de montaje según la línea (24-24) de la figura 23.
La figura 25 es una vista hacia abajo y dirigida hacia el norte de los extremos de dos filas de conjuntos de captación solar de seguimiento de una segunda realización de la invención, con los conjuntos de módulos PV de cada colector solar de seguimiento en una orientación no inclinada de mediodía.
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La figura 26 muestra el conjunto de la figura 25, con los conjuntos de módulos PV inclinados hacia el oeste en una orientación de tarde inclinada hacia el oeste.
La figura 27 es una vista lateral de un colector solar de seguimiento de la figura 25.
La figura 28 es una vista hacia arriba y dirigida hacia el sureste de un colector solar de seguimiento de la figura 25.
La figura 29 es una vista a mayor escala que muestra el conjunto de inclinación, incluyendo el conjunto de inclinación un elemento accionador conectado a un acoplador de los elementos de accionamiento y un elemento de accionamiento que conecta el tubo de torsión al acoplador de los elementos de accionamiento. La figura 29 muestra asimismo la conexión del tubo de torsión al extremo superior del poste de un soporte de lado sur.
La figura 29A es una ilustración esquemática de una alternativa al conjunto de inclinación de la figura 29, en la que unos elementos de accionamiento de tipo polea están fijados a los tubos de torsión y están conectados entre sí de manera que al hacer girar una polea, gira la serie de poleas y los tubos de torsión con las mismas.
La figura 30 es una vista a mayor escala de la base de un soporte de lado norte de la figura 28.
La figura 31 es una vista a mayor escala que muestra la conexión de las barras, desde dos soportes de lado norte hasta el segundo soporte, a lo largo del tubo de torsión de la figura 28.
La figura 32 es una vista dirigida hacia el sur, simplificada, de una alternativa a los soportes de lado norte de las figuras 25 a 31.
La figura 33 es una vista dirigida hacia el sur, simplificada, de una alternativa a los soportes de lado norte de la figura 32.
Descripción de las realizaciones específicas
Haciendo referencia a los dibujos, e inicialmente a las figuras 1A a 1C, un conjunto de seguimiento solar (10) según la técnica anterior, se muestra en este caso desde su lado norte. Un tubo de torsión (12) sirve como eje de norte a sur, y una fila de paneles solares (14) está fijada sobre el tubo (12). Dichos paneles están equilibrados con paneles situados de modo similar en ambos lados este y oeste del eje. No obstante, tal como se utiliza en esta memoria, el término "equilibrado" no se limita estrictamente a tener los paneles dispuestos de forma idéntica en cada lado del tubo (12). Se puede permitir algo de desequilibrio, dependiendo de los factores mecánicos. Un pilar vertical (16) tiene una base (18), por ejemplo, formada mediante hormigón en masa, que sirve como cimentación que está apoyada en el terreno. Existe una abertura de pivotamiento (20) en la parte superior del pilar para soportar el tubo de torsión (12) de manera que la fila de paneles solares (14) se puede hacer bascular desde una orientación dirigida todo el día hacia el este (figura 1B) hasta una orientación de mediodía generalmente plana (figura 1A) y hasta una orientación dirigida hacia el oeste (figura 1C). A efectos de llevar a cabo un movimiento de oscilación del conjunto (10), un accionador de seguimiento (22) está montado sobre el pilar (16), y tiene un elemento de varilla (24) extensible que está articulado en el extremo distal de un brazo de par o un brazo de palanca (26). En esta configuración, el brazo de par es de aproximadamente 38,1 centímetros (quince pulgadas) desde el eje del tubo de torsión (12) hasta el elemento de varilla (24), y el accionador lineal (22) tiene una capacidad de recorrido de aproximadamente 60,96 centímetros (veinticuatro pulgadas). La anchura de la fila de paneles solares (14) es aproximadamente 3,66 metros (12 pies). En este caso, el brazo de par (26) se muestra como un elemento independiente fijado al tubo de torsión, y dispuesto paralelo al plano de los paneles solares (14). No obstante, en algunos dispositivos equivalentes, se podría utilizar un conducto o una barra, situado paralelo al tubo de torsión y soportado en un lado de la fila de paneles (14). Tal como se ha descrito anteriormente, con el accionamiento conectado al pilar de esta configuración, el dispositivo de seguimiento se limita sólo a un dispositivo vertical de accionamiento, y se requiere un elemento accionador independiente para cada fila de paneles solares. El pilar (16) tiene que ser de construcción muy pesada, puesto que tiene que soportar el peso del accionamiento de seguimiento, así como el peso de los paneles, y por el hecho de que debe soportar pares de flexión provocados por el dispositivo de accionamiento montado en el pilar. El recorrido del accionamiento de seguimiento está necesariamente limitado, y de esta manera la longitud posible del brazo de par (26) está igualmente limitada. Esto significa que la fuerza de accionamiento que el accionador (22) tiene que ejercer debe ser más bien grande.
Una realización de esta invención se muestra en las figuras 2A a 2C, que muestran un conjunto de seguimiento solar (30), observado a lo largo de su eje de norte a sur y que está basculado a su orientación de mediodía (figura 2A), una orientación que mira al este (figura 2B) y una orientación que mira al oeste (figura 2C). Una fila de paneles solares (34) está soportada de manera equilibrada mediante un tubo de torsión (32) que está articulado en un apoyo (40) sobre la parte superior de un pilar (36). Tal como en las figuras 1A a 1C, el pilar tiene una base (38) insertada en el terreno (o cimentación equivalente). En este caso, un brazo de par (46) está dispuesto verticalmente (en la figura 2A), es decir, de modo generalmente perpendicular al plano de los paneles solares (34), montados en un extremo en el tubo de torsión (32). Un elemento accionador horizontal de seguimiento está formado por un accionador lineal (42) que tiene una parte de cuerpo (43) que está fijada a un soporte fijo (45) insertado en el terreno a cierta distancia de la base (38) del pilar. El accionador (42) tiene un elemento de varilla (44) generalmente horizontal, que está articulado en el extremo distal del brazo de par (46). Puesto que el accionador (42) está separado del pilar (36), la longitud del recorrido del elemento de varilla (44) puede ser muy larga. Además, la longitud del brazo de par (46) puede ser larga, y puede ser la longitud del pilar, encontrándose con el extremo del elemento de varilla (44) a nivel del suelo. Si el terreno está excavado en esta zona, la longitud del brazo de par puede exceder la altura del pilar. El largo brazo de par reduce la magnitud de la fuerza lineal requerida para hacer bascular los paneles solares. Además, debido al brazo de par extendido (46), el accionador (42) es capaz de absorber cargas de torsión mayores, por ejemplo, debidas al viento.
Otra realización de esta invención, tiene un dispositivo de accionamiento vertical conectado a tierra, y se muestra en las figuras 3A a 3C. En este caso, una fila (50) de paneles solares (54) está montada en un tubo de torsión (52) que está soportado en elementos de apoyo (60) en la parte de arriba de uno o más pilares (56), teniendo cada pilar una base (58) apoyada en el terreno. Un accionador lineal (62) tiene un elemento de cuerpo (63) orientado verticalmente y un elemento de varilla (64) que se extiende generalmente hacia arriba hasta un brazo de par (66) que está fijado al tubo de torsión (52). La parte de cuerpo está soportada sobre un soporte o una base (65) que está separado de las bases para los pilares. En algunas realizaciones, no obstante, el accionador puede compartir la misma base que uno o más pilares, siempre que se consiga un largo brazo de palanca o brazo de par. En este caso, la longitud del brazo de par (66) es considerablemente mayor que el brazo de par (26) de la técnica anterior.
Todo un conjunto de filas de paneles solares pueden estar accionado mediante un único accionador lineal horizontal, y un ejemplo de esta configuración se muestra en las figuras 4A, 4B y 4C. En este caso, existe una serie de disposiciones de filas (30) tal como en las figuras 2A a 2C, todas dispuestas en paralelo, con sus tubos de torsión (32) respectivos dispuestos con una orientación de norte a sur. Un único elemento accionador horizontal de seguimiento (42) tiene su elemento de varilla (44) conectado al brazo de par (46) de una primera de las disposiciones de filas (30). Un elemento de unión tubular horizontal (68) une por lo tanto dicho brazo de par (46) al brazo de par (46) siguiente. De manera similar, elementos de unión (68) sucesivos están dispuestos a través de todo el grupo de disposiciones de filas. Dichos elementos de unión (68) están articulados a los brazos de par (46) y entre sí, tal como se muestra en la figura 5. Unos cables (69) pueden discurrir en el interior de los elementos tubulares. En este caso, un extremo distal (70) del brazo de par (46) está conectado con un pasador de pivotamiento a los elementos (72) de las aberturas en los extremos de los elementos de unión (68). Por supuesto, en otras realizaciones, se podría utilizar un único elemento alargado rígido en lugar de una serie de elementos de unión articulados. En esta realización, el único elemento accionador (42) desplaza todas las disposiciones de filas (30) del conjunto desde una orientación dirigida hacia el este (figura 4B) a través de una orientación de mediodía (figura 4A) hasta una orientación dirigida hacia el oeste (figura 4C). Además, en este dispositivo, el elemento accionador se muestra situado en la primera o la más al este de las disposiciones de filas (30), pero el elemento accionador (42) podría estar situado en una fila interior o en la fila del otro extremo.
En las figuras 6A y 6B se muestran detalles del elemento accionador o accionador lineal horizontal (42). En este caso, el soporte (45) para el accionador está fijado en el terreno (75) en una base (74) de hormigón en masa. La base puede ser de hormigón de 20.864,3 kPa (3.000 psi), aproximadamente de 0,61 metros (dos pies) de diámetro y aproximadamente de 1,52 a 1,83 metros (cinco a seis pies) de profundidad, estando recompactado el suelo alrededor de la misma. En este caso se muestra asimismo un conducto eléctrico (76) que lleva energía y señales a una caja de distribución eléctrica (77) montada en el lado del accionador (72). En este caso se muestra asimismo una funda protectora o un manguito protector (78) que se ajusta sobre el elemento de varilla (44).
Los dispositivos de paneles solares de esta invención se pueden instalar sobre terreno no uniforme, tal como se muestra de modo general en las figuras 7 y 8.
En la configuración de la figura 7, una serie de filas (50) del tipo que tiene elementos accionadores verticales (tal como se muestra en las figuras 3A a 3C) están instaladas en paralelo. En este dispositivo, cada una de las filas puede estar programada selectivamente para ciertos grados respectivos de inclinación a primera hora de la mañana y a última hora de la tarde a efectos de dar un mínimo de sombra sobre la fila adyacente siguiente de paneles solares, ya que pueden estar a diferentes altitudes. En este caso, los pilares (56), los paneles (54) y los accionadores (62) son tal como se han descrito de modo general anteriormente.
En la configuración de la figura 8, se utilizan una serie de disposiciones de filas (30) del tipo que tiene un elemento accionador horizontal, por ejemplo, tal como se muestra en las figuras 2A a 2C y 4A a 4C. Los pilares (36), los paneles (44), los brazos de par (56) y el accionador (42) son como los descritos anteriormente de modo general. El mecanismo de conexión articulado, formado por la serie de elementos de unión rígidos articulados (68), ajusta las diferencias en altura, tal como se muestra, consiguiendo por ello un seguimiento preciso.
En las figuras 9A, 9B y 9C se muestran en planta varias configuraciones de un gran conjunto solar según esta invención, con la comprensión de que las mismas son sólo algunas de las muchas configuraciones posibles. En la figura 9A se muestra una configuración generalmente estándar de un conjunto solar (80), en el que existen ocho filas (30) de paneles solares dispuestos en paralelo. Cada fila tiene dos alas de igual tamaño, una al norte del accionador (42) y del mecanismo de conexión (68), y la otra al sur de los mismos. Esto se muestra en una vista en alzado en la figura 10, en la que cada fila (30) tiene su tubo de torsión (32) soportado sobre varios pilares separados (36), y con el accionador (42) situado en una posición central entre dos de los pilares. Los brazos de par (46) están fijados sobre los tubos de torsión (32) en esta posición.
Tal como se muestra en la figura 9B, un conjunto solar (82) puede incluir una o varias filas (30') que están algo acortadas con respecto a las otras para alojar un obstáculo (83), que puede ser un edificio, un afloramiento rocoso u otro elemento. Alternativamente, dependiendo de las dimensiones del lugar, un conjunto solar (84), tal como se muestra en la figura 9C, puede tener un número mayor de filas (30''), que tiene cada una, en esta realización, un número más reducido de paneles solares. Otras configuraciones son asimismo posibles. Por ejemplo, cada una de las filas puede tener más paneles solares a un lado o al otro de la posición del mecanismo de accionamiento y conexión.
El dispositivo de acoplamiento de las secciones del tubo de torsión según esta invención y el diseño del apoyo para soportar el tubo de torsión sobre los pilares son asimismo nuevos.
Los dispositivos de seguimiento convencionales del tipo descrito en esta memoria utilizan de modo general tubos de acero cuadrados, tal como vigas, que se extienden entre pilares, y esto se considera óptimo para trasladar la torsión generada por el viento al mecanismo de accionamiento. Las secciones del tubo de torsión para separaciones adyacentes están unidas habitualmente entre sí en los pilares, normalmente por inserción de sus extremos en un manguito tubular cuadrado más grande. Habitualmente, esto es una parte del apoyo y tiene que soportar el rozamiento rotatorio con el que están articulados los tubos de torsión. Una desventaja de la utilización de dichos manguitos de acero en apoyos es que tienen que dar cabida tanto al movimiento rotatorio como al movimiento deslizante que resultan de la expansión térmica del equipo. El manguito de acero está en contacto móvil con la construcción soldada de los pilares. Con el paso del tiempo, el contacto deslizante de acero con acero destruirá los acabados protectores contra la corrosión, y erosionará finalmente el material de acero estructural para soportar cargas.
Tal como se muestra en las figuras 11 y 12, la disposición de apoyo según esta invención tiene una abertura (40) del apoyo que puede estar soldada a la parte superior del pilar (36). En este caso, existe una parte exterior (90) generalmente cilíndrica. Un saliente tubular (94) está soldado a la parte cilíndrica (90) y es coincidente con el pilar (36). El tubo de torsión cuadrado (32) está soportado, para su rotación, en el interior de la parte cilíndrica, por medio de cuatro insertos de apoyo (96) de plástico. Cada inserto de apoyo está dispuesto contra un lado plano respectivo del tubo de torsión (32), y cada inserto tiene un lado plano dirigido hacia el tubo de torsión (32) y un lado generalmente redondeado dirigido hacia la pared interior de la parte exterior de apoyo (90). Dichos insertos (96) pueden estar dotados de una entalla (98) de manera que los mismos pueden estar unidos al tubo de torsión con bandas de tensión (92). Alternativamente, los insertos pueden estar fijados con husillos o con otros medios. Preferentemente, los insertos (96) de plástico están formados por una resina duradera tal como polietileno o polipropileno, con un relleno lubricante adecuado. Se puede utilizar asimismo un aditivo protector UV, tal como negro de humo. Dichos insertos se pueden cortar a partir de una lámina plana de material y no se tienen que fabricar mediante técnicas de moldeo caras. Se debería apreciar que los insertos (96) dan cabida fácilmente tanto al movimiento rotatorio del tubo de torsión como al movimiento lineal (por ejemplo; debido a la expansión térmica).
Tal como se muestra asimismo en la figura 13, el tubo de torsión (32) está formado por secciones (132), (132) del tubo sucesivas. Cada sección (132) tiene un extremo estampado (133) y un extremo sin estampar (134). El extremo estampado (133) del tubo se ajusta íntimamente dentro del extremo sin estampar (134) de la sección adyacente siguiente del tubo. Esto elimina el manguito tubular cuadrado fabricado adicionalmente, y produce una conexión más apretada entre partes adyacentes del tubo de torsión. El estampado de los extremos (133) del tubo se puede llevar a cabo a bajo coste en un equipo de producción en línea.
El término "terreno", tal como se utiliza con referencia a la cimentación para las bases de los pilares, no está limitado a suelos y superficies de tierra naturales. Los colectores solares de esta invención se pueden instalar sobre una superficie artificial, tal como una azotea de un edificio, o en el nivel superior de una rampa de un aparcamiento.
La figura 15 es una vista en alzado lateral, simplificada, de una sección del tubo de torsión (32) y de los paneles solares (34) de la figura 2A, mostrados en una orientación de mediodía o de la mitad del día y observados según una orientación de este a oeste. Dicha figura muestra la distancia (y) entre el centro de gravedad (cg) del panel solar y el eje (A) del tubo de torsión. La figura 16 es una vista simplificada del aparato de la figura 15, observada a lo largo del eje (A) del tubo de torsión. Las figuras 17 y 18 son similares a la figura 16, con la estructura en un ángulo de inclinación relativamente bajo en la figura 17 y un brazo de par (X_{1}) correspondientemente reducido, y un ángulo de inclinación relativamente grande en la figura 18 con un brazo de par (X_{2}) más largo.
Los módulos PV (34) están fijados a la parte superior del tubo de torsión (34) de modo que se minimiza la distancia (y) desde el eje de giro (A) del tubo de torsión hasta el (cg) del sistema, es decir, los módulos PV (34) y cualquier conjunto de piezas de montaje. Lo anterior se llevó a cabo para minimizar el par de fuerzas que el peso inútil del sistema genera a medida que se hace girar el sistema alrededor del eje (A) del tubo de torsión. En las figuras 17 y 18, se puede ver que dicho par de fuerzas se calcula como W*x, mientras que el par de fuerzas generado mediante la carga de viento es WF*e.
La estructura anteriormente descrita, mostrada en las figuras 1 a 18, es convencional. En el documento AU-B-581977 se dan a conocer otros dispositivos de seguimiento solar de la técnica anterior. El documento AU-B-581977 da a conocer una unidad de sensores solares para un conjunto solar de seguimiento con una serie de células fotovoltaicas, estando dispuesto el conjunto solar de seguimiento sobre un armazón con un elemento vertical frontal fijo y un elemento vertical posterior telescópicamente extensible que está arriostrado mediante una barra de arriostramiento inclinada.
Las figuras 25 a 31 están relacionadas con una realización adicional de la invención. La figura 25 es una vista hacia abajo y dirigida hacia el norte de los extremos de dos filas de conjuntos de captación solar de seguimiento (200) de una instalación (201) de los colectores solares de seguimiento. Cada conjunto (200) incluye una serie de colectores solares de seguimiento (202). Cada colector solar de seguimiento (202) incluye un conjunto (204) de módulos PV (ver la figura 27), con el conjunto de módulos PV de cada colector solar de seguimiento en una orientación no inclinada de mediodía. Cada conjunto (200) comprende asimismo un conjunto de inclinación (206) fabricado para inclinar cada conjunto (204) de módulos PV en la misma fila de conjuntos (200) entre una orientación de inclinación hacia el este, a través de una orientación no inclinada, mostrada en la figura 25, y una orientación de inclinación hacia el oeste, mostrada en la figura 26.
Los conjuntos (200) están diseñados para permitir una inclinación hasta aproximadamente 45º respecto a la horizontal. Se debería observar que los conjuntos (204) de módulos PV son generalmente rectangulares, en oposición a los conjuntos en forma de cuña de muchos conjuntos convencionales de colectores solares de inclinación. Ver, por ejemplo, la patente U.S.A. número 6.563.040. Se ha descubierto que los conjuntos en forma de cuña, (colocados en lugares con la misma densidad que con conjuntos rectangulares), en los ángulos de inclinación extremos utilizados a primera hora de la mañana y a última hora de la tarde, tienden a dar sombra a conjuntos PV adyacentes; para contrarrestar esta sombra, se reduce comúnmente el ángulo de inclinación, lo que se denomina retroseguimiento. Aunque el retroseguimiento reduce la sombra, hace que el conjunto de módulos PV esté en un ángulo de inclinación menor que el óptimo, reduciendo de esta manera el rendimiento. Se ha descubierto que asegurando que los extremos inferiores de los conjuntos (204) de módulos PV estén a una altura suficiente por encima de la superficie de soporte (208) de manera que los conjuntos que contactan con el terreno en ángulos de inclinación extremos no impidan la inclinación apropiada, el conjunto (204) de módulos PV puede estar fabricado con lados laterales paralelos, habitualmente con una configuración rectangular, para reducir o eliminar la necesidad de retroseguimiento. La superficie de soporte (208) puede ser, por ejemplo, suelo pavimentado o sin pavimentar u otra superficie natural, una cubierta de depósito o un tejado.
Las figuras 25 a 31 muestran la estructura de soporte de los colectores solares de seguimiento (202) utilizada para soportar conjuntos (204) de módulos PV. La estructura de soporte incluye una serie de soportes de lado sur (212) a (214) y una serie de soportes de lado norte (216) a (218). Cada soporte de lado sur (212) a (214) incluye una base (220) que se extiende hacia el interior de la superficie de soporte (208), un poste (222) que se extiende verticalmente hacia arriba desde la base (220) y un conector de pivotamiento (224) en el extremo superior del poste (222). Cada soporte de lado norte (216) a (218) incluye una base (226), una o dos barras (228) conectadas a la base (226) mediante un conector en Y (230) y un segundo conector de pivotamiento (232) en los extremos superiores de las barras (228). Ver la figura 31.
El conjunto (204) de módulos PV comprende un tubo de torsión (236), una serie de carriles (238) de los módulos, fijados a cada lado del tubo de torsión (236) y extendiéndose lateralmente desde dicho lado, y un conjunto de módulos PV (240) montados en carriles (238) de los módulos y soportados mediante los mismos. El primer y segundo conectores de pivotamiento (224), (232) están montados en el tubo de torsión (236) en un primer y segundo puntos de soporte a lo largo del mismo. El primer y segundo conectores de pivotamiento (224), (232) están fabricados para permitir que el tubo de torsión (236) gire alrededor de su propio eje, es decir, el eje inclinado (237), para permitir que el conjunto (204) de módulos PV se incline y siga al sol. El primer conector de pivotamiento (224) está fabricado asimismo para permitir que el tubo de torsión (236) y, de esta manera, el conjunto (204) de módulos PV pivoten verticalmente alrededor de un pivote (242) mostrado en la figura 29. Esto permite que se varíe fácilmente el ángulo de inclinación de norte a sur del conjunto (204) de módulos PV, habitualmente según la longitud de las barras de longitud fija o de longitud variable (228). Dicha característica pivotante permite asimismo que el tubo de torsión (236) y los carriles (238) de los módulos sean orientados horizontalmente cuando, por ejemplo, los módulos PV (240) están montados en el campo en los carriles (238) de los módulos.
Las figuras 28 y 29 muestran el conjunto de inclinación (206), incluyendo dicho conjunto un elemento accionador (244) que tiene una varilla de accionamiento (246) conectada de modo pivotante a un acoplador (248) de los elementos de accionamiento en el extremo distal de la varilla de accionamiento (246). El acoplador (248) de los elementos de accionamiento está conectado de modo pivotante a una serie de elementos de accionamiento (250). Cada elemento de accionamiento (250) está fijado sin rotación al tubo de torsión (236) del conjunto (204) de módulos PV correspondiente. Por lo tanto, el accionamiento del elemento accionador (244) hace que la varilla de accionamiento (246) empuje o ejerza tracción sobre el acoplador (248) de los elementos de accionamiento, haciendo que toda la serie de conjuntos (204) de módulos PV para dicha fila de conjuntos de captación solar de seguimiento (200) se incline, habitualmente, según la posición del sol.
La figura 29A es una ilustración esquemática de una alternativa al conjunto de inclinación de la figura 29. Unos elementos de accionamiento de tipo polea (254) están fijados a los tubos de torsión y están conectados entre sí mediante cintas, cables o cadenas (256), actuando como acoplador de los elementos de accionamiento. Un elemento accionador giratorio (258) está conectado a uno de los tubos de torsión y acciona el mismo y, de esta manera, a uno de los elementos de accionamiento de tipo polea (254). Por lo tanto, el elemento accionador giratorio (258) hace girar la serie de elementos de accionamiento de tipo polea (254) y los tubos de torsión con los mismos.
Tal como es evidente por las figuras, los soportes de lado sur (212) a (214) están alineados de modo generalmente vertical con los ejes inclinados (237) correspondientes. Los postes (222) de los soportes de lado sur (212) a (214) son relativamente robustos puesto que deben soportar fuerzas de tensión y compresión, así como momentos flectores. Colocando la base (226) de los soportes de lado norte (216) a (218) centralmente entre cada tubo de torsión (236), fijando cada tubo de torsión (236) a dos barras en ángulo hacia abajo (228) y manteniendo la altura del conector en Y (230) relativamente baja, las fuerzas ejercidas mediante los conjuntos (204) de módulos PV sobre los soportes de lado norte (216), (218) están controladas. Es decir, los momentos flectores sobre los conectores en Y (230) se reducen minimizando sus alturas. La utilización de dos barras en ángulo hacia abajo (228) conectadas a cada tubo de torsión (236), con las barras extendiéndose desde posiciones desplazadas lateralmente con respecto a los tubos de torsión, elimina sustancialmente los momentos flectores sobre las barras, de manera que las mismas están principalmente en tensión o compresión. En la realización preferente, la base (226) de los soportes de lado norte incluye habitualmente un tubo (no mostrado) de cédula 40 de acero galvanizado, de 7,62 centímetros (3 pulgadas) de diámetro, de 1,22 metros (4 pies) de longitud embebido dentro de un hoyo lleno de hormigón de 0,61 metros (2 pies) de diámetro por 1,22 metros (4 pies) de profundidad. Esto se puede comparar con la fabricación de los soportes de lado sur, en los que la base (220) incluye habitualmente un tubo (no mostrado) de cédula 40 de acero galvanizado, de 12,7 centímetros (5 pulgadas) de diámetro, de 1,83 metros (6 pies) de longitud embebido dentro de un hoyo lleno de hormigón de 0,61 metros (2 pies) de diámetro por 1,83 metros (6 pies) de profundidad. Se prefiere que la base (226) de los soportes de lado norte esté situada lateralmente a medio camino entre los tubos de torsión a los que está conectada.
En la realización preferente, la inclinación de norte a sur del eje inclinado (237) es aproximadamente 20º. El intervalo de inclinaciones de norte a sur es preferentemente de 15º a 30º aproximadamente. Cada conjunto (204) de módulos PV comprende habitualmente 18 módulos PV (240). Cada conjunto de inclinación (206) está diseñado habitualmente para hacer funcionar 24 colectores solares de seguimiento (202). Los conjuntos de captación solar de seguimiento (200) proporcionan un acceso satisfactorio alrededor de las estructuras para su mantenimiento. Cuando los conjuntos (200) están montados en una superficie de soporte (208) que requiere un desplazamiento o acceso por parte de animales de pastoreo, el diseño abierto de los componentes de los conjuntos (200) permite el acceso necesario.
Las barras (228) son preferentemente perpendiculares al tubo de torsión (236). Ver la figura 27. Por lo tanto, si se inclina el conjunto (204) de módulos PV hasta que está, por ejemplo, paralelo a una de las barras (228) o más allá de la misma, aproximadamente 45º en la realización descrita, las barras (228) tendrán la capacidad para entrar en el espacio (241) entre dos filas de módulos PV (240). La combinación de la orientación perpendicular de las barras (228) y el tubo de torsión (236) y la disposición de un espacio (241) apropiadamente dimensionado ayuda a ampliar el intervalo de ángulos de inclinación disponibles para el conjunto (204) de módulos PV, al tiempo que ayuda a impedir el daño a los conjuntos (204) causado por la rotación excesiva de los conjuntos (204).
Se prefiere de modo general que en la rotación máxima del conjunto (204) de módulos PV, las barras (228) sólo se aproximen al conjunto (204), pero que no lo toquen. No es deseable tener las barras (228) situadas por encima de los módulos PV (240) porque las mismas darán sombra a los módulos PV. Puesto que la anchura de la sombra que da la barra en dichos ángulos de inclinación extremos es grande con relación al tamaño de los módulos PV (240), cualquier sombra significativa de los mismos reducirá y puede detener eficazmente la producción de energía del
conjunto.
Si las barras (228) se sustituyeran por elementos de soporte muy estrechos, de manera que la anchura de las barras (228) fuera muy reducida con relación al tamaño de los módulos PV (240), las barras podrían dar sombra a los módulos PV sin limitar significativamente el rendimiento del conjunto. Este sería el caso si las barras (228) se sustituyeran, por ejemplo, por cables. La figura 32 es una vista dirigida hacia el sur simplificada de una alternativa a los soportes de lado norte de las figuras 25 a 31. Los soportes de lado norte (260) a (265) sustituyen las barras (228) por cables (268), (269) y por un poste (270) generalmente vertical. Los cables (268), (269) y el poste (270) están orientados de modo preferentemente perpendicular al tubo de torsión (236) y de modo perpendicular, de esta manera, al eje inclinado (237). El poste (270) se encuentra preferentemente de modo vertical debajo del eje inclinado (237). Los cables (268), (269) actúan como barras de tensión enfrentadas (uno estará bajo tensión mientras que el otro puede estar suelto bajo la carga de viento) mientras que los postes (270) actúan como barras de compresión. De este modo, el número de elementos de compresión de la realización de las figuras 25 a 31 (barras -228-) se reduce el 50%, con uno de los elementos de compresión sustituido por un par de elementos de tensión (cables -268-, -269-) para los soportes de lado norte interiores (262), (263). Tal como se muestra en la figura 32, los soportes de lado norte más extremos (260), (265) no necesitan postes (270); los soportes de lado norte (260), (261) no necesitan cables (269); y los soportes de lado norte (264), (265) no necesitan cables (268). Con este dispositivo, los conjuntos (204) de módulos PV se pueden hacer girar de modo rutinario alrededor del eje inclinado (237) de manera que los cables (268), (269) están por encima de los módulos PV (240) de los conjuntos (204) de módulos PV sin hacer que los módulos PV (240) den una sombra inaceptable. Se espera que dicho posicionamiento de los cables (268), (269) por encima de los módulos PV (240) sucederá de modo rutinario debido a la geometría de fijación de los cables (268), (269). Con la realización de cables/barras de la figura 32, se puede compensar cualquier imprecisión en la colocación de los pilares en el campo para la base (226), puesto que la longitud de los cables (268), (269) se puede ajustar en base a la distribución de pilares según la obra construida.
La figura 33 muestra una alternativa a la realización de la figura 32. Las realizaciones son muy similares a excepción de que los cables (274), (276) y (278) sustituyen a los cables (268) y (269). La realización de la figura 33 es algo más sencilla de construir que la realización de la figura 32. Los cables (276) conectan entre sí los extremos superiores de los postes (270), preferentemente en segundos conectores de pivotamiento (232) o cerca de los mismos. Los cables (274), (278) fijan los postes más extremos (270) al terreno o a otra superficie de soporte. Los cables (274), (276) y (278) son suficientemente delgados de manera que cuando los conjuntos (204) de módulos PV están en una orientación inclinada, tal como se muestra en líneas de trazos en la figura 33, los cables no dan sombra significativamente a los conjuntos de módulos PV. Los cables (276), cuando el sistema está bajo carga de viento, estarán habitualmente en tensión, con uno de los cables (274), (278) en tensión y el otro suelto.
Se prefiere de modo general que los cables (268), (269), (274), (276) y (278) se extiendan desde posiciones en los segundos conectores de pivotamiento (232) o cerca de los mismos en el extremo de los postes (270). No obstante, en algunos casos puede ser deseable desplazar alguno o todos los cables respecto a los segundos conectores de pivotamiento (232). En tales casos, el espacio (241) entre los módulos PV (240) estará alineado preferentemente con los puntos de fijación de los cables en lugar de estar en los segundos conectores de pivotamiento (232) o cerca de los mismos.
Se pueden realizar modificaciones y variaciones para dar a conocer realizaciones que no se salgan del ámbito de la invención. Por ejemplo, se podría hacer que las barras (228) fueran barras de longitud variable para permitir el ajuste del ángulo de inclinación de norte a sur de los conjuntos (204) de módulos PV. El tubo de torsión (36) puede tener una variedad de formas en sección transversal, puede tener un interior parcial o completamente macizo, puede estar fabricado de uno o más materiales, y puede que sus diversas características estructurales varíen a lo largo de su longitud. El tubo de torsión (236) y los carriles (238) de los módulos, que actúan como soporte o armazón para los módulos PV (240), se podrían sustituir por otra estructura de soporte de los colectores solares, tal como una plataforma rectangular rígida. Por lo tanto, el conjunto de inclinación (206) se podría fijar a una estructura distinta del tubo de torsión (236). La estructura de soporte de los colectores solares se podría montar para que se inclinara no alrededor de un eje inclinado fijo (237) sino, por ejemplo, alrededor de una gama de ejes inclinados instantáneos. Por ejemplo, la estructura de soporte de los colectores solares podría estar soportada sobre una superficie curvada de manera que el accionamiento del conjunto de inclinación (206) hiciera que la estructura de soporte de los colectores solares rodara sobre la superficie curvada. En tal caso, otro eje inclinado representativo distinto del promedio o medio se puede considerar para que sea el eje inclinado.

Claims (10)

1. Conjunto (200) de colectores solares de seguimiento, que comprende:
un primer y segundo soportes de lado sur (212, 213);
un primer, segundo y tercer soportes de lado norte (216, 217, 218);
definiendo los soportes de lado sur y los soportes de lado norte una primera y segunda trayectorias;
una primera y segunda estructuras (236, 238) de soporte de los colectores solares, teniendo cada estructura de soporte de los colectores solares un primer y segundo puntos de soporte pivotantes separados (224, 232), definiendo dichos primer y segundo puntos de soporte un eje inclinado (237);
al menos un colector solar (204) montado en cada estructura de soporte de los colectores solares;
estando los primeros puntos de soporte (224) de la primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares conectados de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado sur (212, 213) y soportados mediante los mismos, respectivamente;
estando el segundo punto de soporte (232) de la primera estructura de soporte de los colectores solares conectado de modo pivotante al primer y segundo soportes de lado norte (216, 217) y soportado mediante los mismos; y
un conjunto de inclinación (206), que comprende:
un elemento de accionamiento (250) fijado a cada estructura de soporte de los colectores solares; y
un elemento accionador (244),
caracterizado porque
el conjunto de inclinación (206) comprende además:
un acoplador (248) de los elementos de accionamiento que acopla de manera operativa los mismos, creando los elementos de accionamiento y el acoplador de los elementos de accionamiento un conjunto de accionamiento; y
porque el elemento accionador (244) está acoplado al conjunto de accionamiento de manera que el funcionamiento del elemento accionador hace que los elementos de accionamiento se muevan al unísono, haciendo de esta manera que las estructuras de soporte de los colectores solares y los colectores solares con las mismas se inclinen al unísono, y
el segundo punto de soporte (232) de la segunda estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al segundo y tercer soportes de lado norte (217, 218) y soportado mediante los mismos.
2. Conjunto, según la reivindicación 1, en el que al menos un eje inclinado forma un cierto ángulo respecto a una línea horizontal.
3. Conjunto, según la reivindicación 2, en el que cada soporte de lado norte incluye uno o dos elementos de soporte (228), y dicho elemento de soporte es un elemento de soporte de longitud variable para permitir el cambio de dicho ángulo.
4. Conjunto, según la reivindicación 1, en el que el segundo soporte de lado norte está situado lateralmente entre los ejes inclinados de la primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares.
5. Conjunto, según la reivindicación 1, en el que cada primer, segundo y tercer soportes de lado norte incluyen una base que se puede fijar a una superficie de soporte, estando desplazada cada base lateralmente con respecto a los ejes inclinados de la primera y segunda estructuras de soporte de los colectores solares.
6. Conjunto, según la reivindicación 1, que comprende además un cuarto soporte de lado norte (263), y en el que:
el segundo punto de soporte de la primera estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al primer, segundo y tercer soportes de lado norte (260, 261, 262) y soportado mediante los mismos; y
el segundo punto de soporte de la segunda estructura de soporte de los colectores solares está conectado de modo pivotante al segundo, tercer y cuarto soportes de lado norte (261, 262, 263) y soportado mediante los mismos.
7. Conjunto, según la reivindicación 6, en el que el segundo punto de soporte de la primera estructura de soporte de los colectores solares está conectado al primer y tercer soportes de lado norte mediante barras de tensión (269) y al segundo soporte de lado norte mediante un barra de compresión (270).
8. Conjunto, según la reivindicación 7, en el que las barras de tensión comprenden cables y la barra de compresión comprende un poste.
9. Conjunto, según la reivindicación 7, en el que la barra de compresión está alineada verticalmente con el eje inclinado de la primera estructura de soporte de los colectores solares.
10. Instalación de colectores solares de seguimiento, que comprende:
un conjunto de colectores solares de seguimiento, según la reivindicación 1,
en el que una serie de colectores solares (240) están montados en cada una de las estructuras (236, 238) de soporte de los colectores solares, definiendo dicha serie de colectores solares un espacio (241) entre los mismos, extendiéndose el espacio de modo perpendicular al eje inclinado (237); y
al menos uno de los soportes de lado norte (216, 217, 218) comprende elementos de soporte de extensión lateral (228) que se extienden de modo generalmente perpendicular a los ejes inclinados y que están alineados con el espacio de manera que la inclinación de las estructuras de soporte de los colectores solares y de los colectores solares con las mismas hace que los elementos de soporte de extensión lateral pasen a través de dicho espacio.
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