ES2330073A1 - Instalacion solar y procedimiento de funcionamiento. - Google Patents

Abstract

Una instalación solar con un panel solar (1) está compuesta de módulos (11-14) separados entre sí y orientados en una posición inclinada en dirección norte/sur. Los módulos (11-14) están montados en un soporte (15), en el que actúa un accionamiento eléctrico (5) controlado por programa de forma adaptativa. Este y, por tanto, todo el panel se giran en dependencia del tiempo alrededor de un eje fijo (6) para obtener la máxima radiación solar. El accionamiento (5) se alimenta de manera autosuficiente mediante un módulo solar (11), prescindiéndose así de sensores solares, así como de energías auxiliares suministradas. Un procedimiento de funcionamiento está orientado a lograr un rendimiento solar máximo y tiene en cuenta la duración del día. La instalación se usa especialmente para suministrar corriente de emergencia a infraestructuras sensibles. Varias instalaciones se pueden unir entre sí de forma mecánica o eléctrica según el principio de "master and slave" para crear un parque solar y formar parte de un sistema más grande de suministro eléctrico de la red. Por tanto, se puede obtener, y suministrar energía de una manera muy segura y económica.

Description

Instalación solar y procedimiento de funcionamiento.

La presente invención se refiere a una instalación solar según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para su funcionamiento según la reivindicación 15.

En general es conocido que mediante la orientación de paneles solares en dos ejes respecto a paneles estacionarios, dispuestos sólo en dirección norte-sur, se puede obtener una energía adicional anual de hasta 40 por ciento. En caso de paneles, situados en dirección norte-sur a una elevación de 20º a 40º y giratorios en 60º grados a partir de la horizontal por ambos lados en el eje de elevación, se puede disponer de una energía adicional de aproximadamente 30 por ciento.

Del documento US-A5228924 se conoce un panel solar giratorio y resistente a tormentas. Entre soportes triangulares se encuentran apoyados de manera basculante al menos dos módulos en un árbol fijo, estando acoplados mecánicamente entre sí los módulos contiguos. Estos giran en 130º en total de este a oeste mediante un accionamiento de husillo, reversible, electromecánico y dispuesto dentro de los soportes, con barras telescópicas. El accionamiento se controla sobre la base de un programa dependiente del tiempo, ya sea de forma electromecánica o con un ordenador.

La desventaja de esta instalación radica en la demanda de energía relativamente alta del accionamiento y su control, por lo que para su alimentación se necesita una conexión a la red eléctrica. Por razones relativas a la técnica de accionamiento y la cinemática, la instalación está provista sólo de un eje de giro dispuesto en horizontal, de modo que no se tiene en cuenta la posición del sol (elevación) y esto provoca una producción solar muy reducida, sobre todo durante los meses de invierno en emplazamientos situados al norte o al sur del trópico sur.

El modelo de una instalación solar de dos ejes (documento JP2002061962A) prescinde asimismo de sensores convencionales en otros lugares. El control se alimenta con la propia instalación.

En este caso no se trata de una construcción idónea para todos los estados del tiempo. Los engranajes helicoidales, situados al aire libre, en cada módulo solar para el ajuste de la posición acimutal son extremadamente propensos a fallos. Incluso en el funcionamiento a intervalos previsto de los motores de accionamiento, estos afectan el balance general de energía y provocan durante el funcionamiento una caída de la tensión, desproporcionadamente alta, en los módulos solares y se producen también enormes pérdidas por fricción a consecuencia del gran número de engranajes helicoidales (disponibles 22).

En general, los paneles solares giratorios de uno y dos ejes han tenido sólo poca aceptación hasta el momento y se consideran costosos y muy propensos a fallos.

Por tanto, el objetivo de la invención es crear una instalación solar que tiene un funcionamiento seguro y un rendimiento considerablemente mayor respecto a instalaciones solares estacionarias mediante un gasto económicamente justificable. En especial se ha de aprovechar mejor la duración diaria de la luz solar. Por consiguiente, la instalación ha de suministrar energía eléctrica también en las primeras horas de la mañana y hasta la puesta del sol. Incluso, en caso de una radiación difusa se ha de poder obtener el máximo rendimiento correspondiente a los módulos solares. La instalación tiene que ser una construcción resistente a los agentes atmosféricos, es decir, debe ser capaz de funcionar, por ejemplo, en todas las temperaturas y condiciones extremas del viento (tormentas) que se producen en la cubierta de un edificio, así como resistir también, sin sufrir daños, fuertes ráfagas y cargas por nieve. Por consiguiente, en la instalación se han de tomar medidas para reducir las fuerzas que actúan sobre la construcción mecánica en el caso de un panel girado en contra de la dirección del viento. Asimismo, en el invierno se debe impedir la formación de una capa continua de hielo y/o nieve en la superficie del panel solar.

La construcción mecánica de la instalación ha de ser simple de modo que se pueda montar y manejar con los medios más simples en cualquier lugar, en el que exista la licencia oficial de obras. Ésta ha de poder alojar también módulos solares de instalaciones estacionarias ya existentes y se ha de poder usar en su lugar, lo que posibilita además un reequipamiento sin problemas desde el punto de vista ecológico y económico de las instalaciones actuales, manteniéndose toda la instalación eléctrica. Con el reequipamiento, la producción solar anual promedio aumenta en 30% aproximadamente, pero no así la potencia máxima en la posición más alta del sol, de modo que también los inversores viejos se pueden mantener sin cambios.

Este objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones.

Según la reivindicación 1, la energía para accionar el servomotor se toma directamente de una celda de potencia (un módulo solar) y se eliminan así alimentaciones extrañas de todo tipo. De este modo se dispone en todo momento del día de energía suficiente para hacer bascular a intervalos todos los módulos en un eje de giro, sin afectar notablemente el balance de potencia del módulo solar conectado.

No se necesitan tampoco baterías acumuladoras, cuya potencia eléctrica depende, como ya se conoce, de la temperatura. El movimiento giratorio se realiza al girar a intervalos el accionamiento alrededor de la rueda dentada fija en un ángulo predeterminado y al arrastrar ("girar") con su placa base la estructura portante ("soporte"). El desarrollo de este movimiento reduce considerablemente el gasto técnico y el consumo de corriente respecto a una orientación continua.

Conforme al procedimiento según la reivindicación 15 se logra una activación óptima, con ahorro de energía, de un accionamiento para instalaciones solares. El consumo de energía necesario para esto es muy pequeño. Éste equivale aproximadamente a la sombra momentánea en un único módulo debido a una nube pasajera. El panel puede retroceder a la posición inicial de la mañana con un motor o de un modo puramente mecánico mediante un muelle tensado en el transcurso del día. El control caracterizado en la reivindicación permite prescindir de celdas solares y similares, así como de circuitos correspondientes de regulación y posibilita la construcción de instalaciones que funcionan de manera correcta. Independientemente de las condiciones atmosféricas imperantes en la actualidad se capta siempre una cantidad óptima de energía mediante los módulos solares. Incluso en caso de cielos cubiertos o nubes pasajeras, el control indica siempre hacia la posición, en la que se encuentra el sol. Por tanto, el panel se orienta hacia el máximo de radiación al existir también una radiación difusa.

Resulta especialmente eficiente el control discontinuo según las posiciones angulares prefijadas. Como resultado de la alta sensibilidad a la radiación y la insensibilidad relativa ante pequeñas variaciones angulares no se producen en los módulos solares pérdidas medibles de potencia respecto a una orientación continua en dependencia del sol.

En otras reivindicaciones dependientes se describen variantes técnicas del objeto de la invención que lo optimizan:

La configuración de espacios de aire mediante distanciadores elásticos entre módulos solares individuales impide un "efecto de ala" al someterse el panel a una corriente (viento, ráfagas). Un espacio superior a 15 mm permite una compensación suficiente de la presión (descarga) entre el lado inferior y el lado superior de todo el panel solar. En caso de nevada, los espacios evitan asimismo la formación de capas continuas de nieve sobre el panel, por lo que la reducción de la potencia eléctrica debido a acumulaciones de nieve es menor y/o sólo tiene una duración más corta en relación con módulos solares que chocan entre sí.

El apoyo de los módulos solares en el lado ancho de un perfil en U permite su sujeción simple y segura y deja a la vez espacio para el montaje de bloques de apoyo que alojan el eje de giro de la instalación. Esto permite además aprovechar la superficie que se extiende por el eje central, a diferencia de un accionamiento con un motor tubular y celdas contiguas a éste en el centro. Un momento polar de inercia de masa menor, así como pequeños desequilibrios por asimetrías constituyen otras ventajas.

Especialmente en caso de módulos más grandes se recomienda también un apoyo lateral y, por tanto, un centrado de los módulos en un perfil en U más pequeño.

Una barra elástica puede guiar independientemente el panel solar no frenado a su posición cero horizontal, lo que simplifica el proceso de control y aumenta la seguridad del sistema, pudiéndose llevar así con mayor facilidad el panel a una posición nocturna de reposo. Ésta se puede lograr adicionalmente también de día de igual modo en caso de producirse tormentas huracanadas. Es posible usar además varias barras elásticas con dimensiones diferentes que al estar colocadas debajo del panel solar proporcionan una característica elástica específica del objeto.

El momento de giro mayor, que ha de producir el accionamiento con la barra elástica ("barra de flexión"), se puede lograr sin problemas mediante una optimización del accionamiento (relación de engranajes y número de revoluciones del motor). La barra se puede adaptar fácilmente al control del accionamiento. Ésta puede estar pretensada, es decir, torcida en el centro, de modo que la posición de reposo del panel se ajuste en dirección basculada hacia el este. Esto simplifica, por una parte, el programa de control y permite, por la otra parte, obtener energía solar también en las primeras horas de la mañana.

Se prefiere una disposición con un muelle de ballesta que está guiado por el lado frontal del panel sobre rodillos y que se puede ajustar centralmente en el árbol fijo del panel mediante la torsión en contra de su fuerza elástica.

Un árbol hueco como eje de soporte sirve para ahorrar peso, sin producirse pérdidas de estabilidad, lo que tiene gran importancia especialmente en montajes sobre techos. En caso de árboles más largos, los casquillos deslizantes instalados (montados en caliente) permiten el uso de tubos económicos e impiden adicionalmente una deformación por flexión bajo carga.

Se creó también un muelle de torsión, apoyado en el árbol hueco, que por sí solo o en unión con una barra elástica permite simular una característica elástica progresiva.

Resulta especialmente simple y de fácil manejo la transmisión de fuerza del accionamiento mediante un segmento de una corona dentada que se dispone con preferencia en la zona del extremo superior del eje de giro. En correspondencia con las condiciones geográficas es suficiente un segmento dentado de 90º (emplazamiento montañoso) o es adecuado un intervalo de giro de 120º (región llana sin elevaciones). Si en el emplazamiento se espera la aparición de sombra por un lado, el segmento dentado se puede torcer en el árbol hasta que el panel capte la radiación preferentemente por el lado libre, es decir, más largo.

Un balancín de conexión para el elemento de motor con contramarcha permite que un panel solar inclinado retroceda rápidamente y con ahorro de energía a su posición horizontal de reposo.

Para la activación del balancín de conexión ha resultado adecuado un imán de conexión que se puede conectar temporalmente. Para las regiones sometidas a fuertes vientos se recomienda un imán adicional de bloqueo en el balancín de conexión.

Un aumento de la seguridad del sistema y una carga nuevamente reducida de los módulos solares individuales son posibles mediante una obtención repartida de la energía.

Aunque el movimiento giratorio del panel requiere una alta relación de desmultiplicación entre el motor y el segmento de rueda dentada, se recomienda un engranaje recto debido al alto coeficiente de rendimiento mecánico.

En instalaciones solares grandes con varios paneles del mismo tipo se puede reducir masivamente el gasto económico, si estos se encuentran acoplados entre sí. Como elementos de arrastre resultan adecuadas las correas dentadas, cadenas o varillas. Asimismo, se pueden usar sistemas modernos de transmisión vía radio (WLAN, Bluetooth) que posibilitan una sincronización eléctrica económica de los accionamientos individuales.

Un control de posición mediante interruptores de imán (reed-relais) o sensores de Hall simplifica en gran medida el gasto electrónico. Estos garantizan la seguridad del sistema, especialmente la compatibilidad electromagnética (EMV) en instalaciones construidas en zonas expuestas y/o con peligro de rayos. Resulta especialmente simple y favorable el montaje de los indicadores de posición en el accionamiento. Estos se encuentran instalados ventajosamente en o junto al segmento de rueda dentada que sostiene y hace girar el soporte con los módulos solares.

Tiene gran importancia el almacenamiento eficiente de la energía de conexión para desacoplar el accionamiento y, dado el caso, el suministro de corriente del control. Después del desacoplamiento, el panel solar se sitúa en una posición de reposo o posición inicial mediante su barra elástica y/o barra de torsión y puede captar la luz difusa en las primeras horas de la mañana y controlar el proceso basculante en dirección este o desde la posición inicial este en dirección oeste. Las fuerzas necesarias para esto se pueden coordinar mediante muelles adicionales o mediante la selección de un imán correspondiente de conexión, de manera que ningún golpe de viento puede provocar el desenclavamiento a la posición de reposo en cualquier posición angular.

Resulta óptima una recarga del condensador mediante un diodo de bloqueo, porque así el condensador proporciona la tensión máxima en los bornes hasta altas horas de la noche.

El uso de un segundo imán, que sirve para bloquear el balancín de conexión, permite dimensionar el primer imán (imán de conexión) con un tamaño menor y proveer el balancín de muelles más pequeños, sin que la toma de fuerzas de la contramarcha se desacople del segmento dentado. El retardo necesario de conexión del primer imán respecto al segundo imán se origina debido a las diferentes histéresis mecánicas y eléctricas inherentes, pero éste también se puede ajustar electrónicamente a 100-200 ms.

El uso de la instalación con grupos electrógenos de emergencia aumenta la seguridad de infraestructuras sensibles, sin que sea necesario un mantenimiento de toda la instalación. Asimismo, sobre la base del objeto de la invención se pueden crear grandes parques solares.

A continuación se explican ejemplos de realización de la invención por medio de dibujos, en los que se usan los mismos números de referencia para los elementos funcionales iguales.

Muestran:

Fig. 1 una instalación solar montada en un esquina de una edificio de cubierta plana con panel giratorio y unidad de accionamiento dispuesta debajo y un muelle superior de retroceso, tensado en el centro,

Fig. 2 los elementos constructivos de la unidad de accionamiento de la figura 1 con tapa de protección desmontada, en vista en planta desde arriba,

Fig. 3 la unidad de accionamiento de la figura 2, vista por el lateral,

Fig. 4 un trípode inferior como apoyo para un árbol fijo con panel solar giratorio, acoplado mediante correas dentadas con instalaciones contiguas, con un muelle inferior de retroceso,

Fig. 4a una variante de un panel solar con barra axial de giro en un árbol hueco fijo, en una representación parcial en corte,

Fig. 5 una representación esquemática de un suministro eléctrico de emergencia con retorno de energía a la red, con tres paneles solares y una unidad de accionamiento,

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Fig. 6 un diagrama de flujo simplificado para controlar el panel solar según la figura 5, con señales características Sx de control,

Fig. 7 una vía inalámbrica de transmisión para la emisión de las señales Sx de control según la figura 6 a los paneles solares,

Fig. 8 el esquema de bloques de un control alternativo y autónomo integrado en la unidad de accionamiento,

Fig. 9a-c el desarrollo temporal de las señales de control para el control según la figura 8, en dependencia de las estaciones del año,

Fig. 10 dos instalaciones solares inclinadas y acopladas mecánicamente con una sola unidad de accionamiento,

Fig. 11 una sección de un panel solar con un dispositivo de retroceso no lineal mediante muelles de ballesta en posición este (mañana),

Fig. 12 el panel solar de la figura 11 en posición horizontal (mediodía) y

Fig. 13 el panel solar de la figura 11 en posición oeste (tarde).

En la figura 1 se identifica con el número 1 un panel solar posicionado en la esquina de dos paredes 2 de edificio que chocan entre sí en un ángulo de 90º. El panel solar 1 está formado esencialmente por cuatro módulos solares 11-14, agrupados y fijados en un bastidor 10 hecho a partir de un perfil en U. Una cubierta plana 3 está configurada de un modo convencional. El edificio se encuentra orientado en su diagonal en dirección norte/sur. En la parte superior de la esquina del edificio está dispuesto un elemento 4 de fijación para un árbol fijo 6, montado en un casquillo 8 de cojinete y empotrado en el cemento fundido 7 de la base B de hormigón. Por debajo del panel solar 1 se encuentra un accionamiento eléctrico 5, unido mecánicamente con un soporte central 15. Entre los módulos solares individuales 11-14 hay distanciadores 16, de modo que entre los módulos se han formado espacios 17 de aire que sirven para compensar la presión en caso de cargas de viento y que impiden a la vez la formación de una capa continua de hielo. Por encima del panel solar 1 sobresalen dos bloques 18 de gula, a través de los que está guiada la barra elástica 19, fijada en el árbol 6, que sirve como muelle de retroceso para todo el panel 1. Ambos elementos 16 y 18 están hechos de un polímero resistente a los rayos ultravioletas.

Según la figura 2, el accionamiento eléctrico 5 está construido como unidad autónoma sobre una placa 20 de base. A través de la placa 20 de base está guiado el extremo del árbol 6, configurado como árbol hueco y provisto de un segmento 21 de rueda dentada. La posición del segmento 21 de rueda dentada se puede ajustar en su posición angular mediante tornillos 22 de fijación. En el segmento 21 de rueda dentada están insertados indicadores de posición que, configurados como barras magnéticas 48, generan señales P1-Pn de posición mediante un sensor 49 de posición. Del segmento 21 de rueda dentada sobresalen por el extremo pivotes 24 que sirven para limitar mecánicamente el recorrido. Por tanto, el panel solar 1 de la figura 1 se puede girar como máximo en 90º. Un balancín 25, 25' de conexión está guiado de manera giratoria en puntos 26, 27 de apoyo por el lado extremo. Éste sirve de soporte para un motor reductor convencional 33 con engranaje 34 y ruedas intermedias 32, 32' que constituyen un mecanismo desmultiplicador del número de revoluciones, engranando la rueda dentada 32' (piñón) en el dentado 33 del segmento 21 de rueda
dentada.

El balancín 25 está sujetado por el lado inferior mediante muelles 28, 28' de ballesta, alojados en una carcasa 29 de muelle. En el lado superior del balancín 25 de conexión se encuentra un empujador 31 que forma parte del inducido de un imán 30 de conexión. En el lado superior derecho de la placa 20 de base está fijado un condensador 40 de acumulación, previsto para activar el imán 30 de conexión. En la parte inferior de la placa 20 está dispuesto un control electrónico 41 y a través de su caja 42 de conexión está conectado un sistema de cableado no representado aquí para simplificar. Por el lateral de la placa 20 de base se puede observar el bastidor 10, unido con ésta por arrastre de fuerza.

En la figura 3 son visibles por el lateral los componentes de las figuras 2 en su proyección. Aquí se puede observar nuevamente el bastidor 10 que rodea los módulos solares con su perfil en U. Se observa asimismo el perfil hueco continuo del árbol 6 en el soporte 15, así como el soporte correspondiente 9 (brida final) del bastidor 10. Un cojinete 6a está hecho de un polímero deslizante (Delrin, marca comercial de la empresa DuPont, USA). En el estado de funcionamiento, la unidad de accionamiento situada aquí en la posición de servicio, está girada en 180º, es decir, el módulo solar 14 identificado con líneas discontinuas se encuentra entonces arriba. El apoyo muy simple del árbol 6 en cojinetes 6a tiene propiedades significativas: Éste es autolubricante y en caso de lluvia y nieve tiene mejores propiedades lubricantes que en estado seco, a diferencia totalmente de otras construcciones.

De las figuras 1 a 3 se deriva que el motor reductor 33 en marcha puede girar o pivotar todo el sistema 5 de accionamiento con el soporte 15, el bastidor 10 y los módulos 11-14 alrededor del árbol 6.

En la figura 4 está representada una variante de un panel solar 1' en unión con otros paneles 1'. El árbol 6 está orientado contra el sur en un ángulo de elevación de 45º. En comparación con las figuras 1 a 3, aquí está previsto especialmente un casquillo deslizante 6' que refuerza el árbol 6 y reduce su deformación por flexión. En el extremo superior del árbol 6 están dispuestas dos ruedas 57 de accionamiento para ruedas dentadas 56. Una unidad 5 de accionamiento se encuentra en esta versión sobre un árbol 6 de una instalación contigua. Esto facilita un funcionamiento sincrónico de instalaciones paralelas entre sí con un gasto técnico mínimo. En esta figura se observa además un cable 43 de conexión, un llamado cable solar normalizado con conector.

Las correas dentadas 56 se pueden sustituir también por varillas con una configuración curvada, que pueden resultar ventajosas especialmente en regiones, donde no existe peligro de congelación.

Como alternativa, no representada aquí, está previsto un accionamiento separado 5 que se encuentra aislado, es decir, montado sin panel solar. Su rueda 57 de accionamiento acciona las correas dentadas 56 con los paneles individuales 1', 1''.

La figura 4a muestra una variante de un retroceso con un barra 19a de giro, nombrada también muelle de torsión y representada de manera simplificada en el árbol hueco 6. Esta barra 19a está fijada (en un borne no representado) por su lado extremo inferior mediante un tornillo 19b, cuya rosca de tuerca se encuentra en un soporte 18' que se puede fijar con tornillos 18a de manera ajustable en el árbol hueco 6. La transmisión de fuerza de la barra 19a de giro al panel giratorio se realiza en el elemento superior 10 de bastidor y está simbolizado con un perno 19c, dibujado con líneas discontinuas.

Según la figura 5, un suministro eléctrico de emergencia con retorno de energía a la red eléctrica usa tres paneles solares basculantes I-III, conectados en paralelo entre sí, con módulos M10-M33. En este caso se usa un inversor IN convencional (Sun Profi Emergency, SP 1500 E de la empresa Sun Power Solartecnik GmbH, D-61118 Bad Vilbel). Éste carga las baterías Bt (tensión continua) y alimenta a la red eléctrica la potencia solar obtenida regularmente en forma de una tensión alterna monofásica. La conexión a red correspondiente está identificada con PL (Power Line). La segunda salida EM (Emergency) del inversor IN suministra inmediatamente una tensión cuando falla la red eléctrica. La alimentación se realiza entonces mediante las baterías Bt que se recargan durante el día. Entre los módulos solares M10 a M33 de los paneles I-III y el inversor IN está conectado un seccionador S-S con fusibles integrados.

En esta aplicación resulta suficiente nuevamente una sola unidad eléctrica 5 de accionamiento para el movimiento giratorio de los paneles I-III. El motor reductor 33 se conecta brevemente mediante un interruptor, tras una señal S1, a un módulo solar superior M10, lo que provoca un movimiento giratorio, por ejemplo, en 7.5 grados angulares. Asimismo, otro módulo M11 se conecta al condensador 40 de acumulación durante un pequeño intervalo mediante una señal S2 de control y éste se carga con toda la tensión de los bornes de, por ejemplo, 45 V. Una señal S3 de control permite activar el imán 30 de conexión en un momento definido con la energía almacenada en el condensador 40.

Se obtiene así un control extremadamente simple del movimiento giratorio en el momento adecuado: Mediante la señal S1 de control se mueven los paneles I-III respectivamente en 7.5º, mientras el sol emita suficiente energía. Si ésta desaparece durante un tiempo prolongado o los paneles están basculados a su posición final oeste, normalmente por la noche, el imán 30 de conexión se activa mediante la señal S3 de control, lo que origina un impulso mecánico J hacia el balancín 25, 25' de conexión y descarga el condensador 40, véase figura 2. De esta forma, la rueda intermedia 32' es levantada por el segmento 21 de rueda dentada, por lo que el muelle 19 de retroceso gira los paneles I-III a su posición horizontal cero, (véase la figura 1; figura 4). A continuación, el balancín 25, 25' de conexión gira hacia arriba, accionado por el muelle 28, 28' de ballesta, y engrana la rueda dentada 32' nuevamente en el dentado 23. Por tanto, los ángulos individuales de giro, predefinidos mediante los indicadores P1-Pn de posición, se pueden seleccionar en un tiempo predeterminado.

Este tipo de control dependiente del tiempo permite considerar plenamente la posición del sol, sin necesidad de sensores solares. Esto aparece representado a modo de ejemplo en la figura 6 en un ciclo característico, en el que la acción a como función del tiempo t en el transcurso del día se indica mediante las señales S1-S3.

En este caso significa:

S1 = señal de control para motor reductor 33 (movimiento giratorio),

S2 = señal de control para cargar el condensador 40 de electrolito y

S3 = señal de control para desacoplar el engranaje (en balancín 25, 25' de conexión), lo que provoca un retroceso R a la posición cero 0.

Una posibilidad para transmitir la señal de un llamado "Master" (unidad de control) a "Slaves" está representada mediante la vía de transmisión según la figura 7. Un emisor 50 (WLAN) transforma una señal Sx de control, según la figura 6, en una señal Sx' de emisión. Ésta se transforma nuevamente en el receptor 51 en una señal Sx y se envía al panel I y/o I-III. Por tanto, el acoplamiento entre los paneles I-III se puede realizar de forma mecánica o eléctrica.

Una transmisión de señal de alta frecuencia se puede realizar con facilidad mediante componentes económicos y procedimientos notoriamente conocidos de la informática móvil (por ejemplo, Bluetooth) también en grandes instalaciones solares, así como abastecerse de forma eléctrica, sin afectar notablemente el balance de potencia solar.

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En un ejemplo preferido de realización según la figura 8, una unidad 5 de accionamiento obtiene su energía de un solo módulo solar 11. El motor reductor 33 se alimenta con un regulador 62 de tensión y un circuito puente 65. Un microprocesador 64 se alimenta mediante un regulador 63 de tensión. La entrada US de valor umbral del microprocesador 64 está unido con la toma de un puente 60, 61 de resistencias, conectado al módulo 11, y lo conecta en su estado funcional al existir una tensión de entrada suficientemente alta, por ejemplo, de 38 V.

Esto se puede observar en los diagramas de las figuras 9a-9c. La figura 9a muestra la tensión UM de los bornes (en voltios) en el módulo en una fase típica de verano, la figura 9b, el desarrollo UM de la tensión en primavera u otoño y la figura 9c, una fase típica de invierno. Si se observa la figura 2 en unión con las figuras 9a-9c, resulta evidente que las barras magnéticas 48 están insertadas en un círculo primitivo del segmento dentado 21 a distancias iguales. Éstas forman con el interruptor reed 49 los indicadores P1-Pn de posición. Mediante la duración presuntiva del día, calculada en el microprocesador 64 (figura 8), se reparten uniformemente los intervalos de tiempo entre los pasos individuales de P1-Pn. Según la duración del día, los intervalos son más cortos (por ejemplo, figura 9c) o más largos (figura 9a). Por tanto, el programa almacenado en el microprocesador controla el panel 1 de forma adaptativa ("control adaptativo").

Tan pronto se obtiene la tensión US de valor umbral, un contador situado en el microprocesador 64 (figura 8) comienza su función de conteo y se detiene al ser inferior la tensión US. De esta forma se puede almacenar el transcurso de un día con la duración efectiva de la luz solar. Esto se repite diariamente y a partir de los valores de medición de los últimos 8 días se obtiene un valor promedio que sirve para repartir secuencialmente las señales de control en los pasos individuales P1, P2 a Pn. Una comparación del diagrama del verano, figura 9a, con el invierno, figura 9c, muestra cómo varía la longitud entre pasos. Se logra así una adaptación automática del sistema a la estación del año, es decir, en caso de durar menos la luz solar se realiza una adaptación mejorada a la dirección de la radiación.

Las posiciones horizontales típicas del panel 1 ó 1' están identificadas como posiciones cero 0, véase las figuras 9a-9c. Asimismo, la señal S3 provoca aquí el giro, ya descrito arriba, de la rueda dentada 32' y, por tanto, el retroceso R del panel a la posición cero 0. La rueda dentada 32' se enclava nuevamente y la instalación está preparada entonces para emitir señales S1 de control al producirse la luz difusa a la salida del sol y volverse a alcanzar la tensión US del valor umbral con el fin de seleccionar primero la posición P1 y después, en una secuencia temporal, las demás posiciones P2 a Pn según las figuras 9a-9c.

La notificación de las señales de los indicadores P1 a Pn de posición está señalada en el microprocesador 64, figura 8. De este modo se interrumpe el suministro de corriente al circuito puente 65 y al motor 33, lo que está registrado como E ó A en la figura 8. La inversión -\omega/+\omega de la dirección de giro se produce asimismo en esta unidad 65, realizada como puente doble.

Mientras que en la figura 5 se partió de interruptores electromagnéticos S-S (relés) con separaciones galvánicas correspondientes, en la figura 8 se usan elementos semiconductores.

La carga del condensador 40 de electrolito, figura 8, se realiza mediante una resistencia en serie 66 y un diodo 67 de bloqueo, es decir, las corrientes eventuales de fuga en el condensador 40 se compensan automáticamente. La señal S3 de control es suministrada por el microprocesador 64 a la entrada de conexión de un interruptor electrónico 68 (CMOS FET) que activa el imán 30 de conexión.

En la figura 10 está representado un ejemplo preferido de realización de una instalación compuesta de dos paneles 1'' que presentan respectivamente un ángulo de elevación de 30º. Los árboles 6 de ambos paneles 1'' están fijados a su vez en soportes 44', así como adicionalmente en un montante bajo 70. Todo el conjunto se encuentra instalado en la cubierta plana de hormigón de un edificio. Un único accionamiento 5 realiza el control autónomo de ambos paneles 1''. El acoplamiento mediante una correa dentada 56 está representado de forma simplificada. Éste discurre en realidad por una "caja de cadenas" y presenta elementos de sujeción, conocidos en sí, para compensar dilataciones condicionadas por la temperatura.

En esta variante se prescindió de un retroceso mediante una barra elástica 19, véase la figura 1 y la figura 4. Esto se realiza aquí mediante el accionamiento 5 y las correas dentadas 56. Un bloqueo de las correas dentadas durante la posición cero horizontal, por ejemplo, en sus elementos de sujeción, provoca asimismo un efecto elástico deseado mediante las correas elásticas 56.

En las instalaciones controladas por separado han resultado adecuadas las barras elásticas 19' con una sección transversal rectangular (muelle de ballesta) según las figuras 11 a 13.

En la figura 11 se puede observar cómo el panel en su posición basculada hacia el este (O) tensa el muelle 19' de ballesta en el lado frontal del módulo 14 y lo ayuda a girar hacia el oeste en dirección de la flecha, incluso en caso de un pequeño momento de giro existente aún por la mañana en el accionamiento. La fuerza elástica necesaria se puede ajustar fácilmente de manera experimental mediante la torsión y la sujeción en el soporte regulable 18' con tornillos no representados aquí. El muelle de ballesta está guiado por rodillos metálicos 69.

La forma y la posición del muelle de ballesta al mediodía se pueden ver en la figura 12 y en la tarde, en la figura 13.

A diferencia del ejemplo de realización anterior, el ángulo total de giro asciende aquí a 120º, lo que está representado en las figuras 11 y 13 mediante los ángulos complementarios de 30º respecto al soporte 70'. En instalaciones con inversores muy eficientes con regulación MPP (Maximum Power Point) se obtiene de forma conocida energía también en la última fase de la puesta del sol, de modo que el retroceso del panel se realiza ventajosamente al existir una oscuridad absoluta. A tal efecto se recomienda el uso de otro condensador de carga para alimentar el suministro de corriente del control de forma análoga al condensador 40 de electrolito. Esta compensación garantiza también un arranque del control según el tiempo, incluso cuando el inversor "absorbe" la energía mínima existente a la salida del sol y no fuera suficiente la tensión de alimentación para el suministro de corriente.

Una única instalación de este tipo permite, según el tipo de módulos solares, obtener fácilmente una potencia máxima Pp de 1600 W y puede servir para abastecer con seguridad también grandes servidores y/o centrales de comunicación, dado el caso, durante un funcionamiento permanente con suministro eléctrico de emergencia. Incluso en caso de nubosidad variable, las baterías de compensación, necesarias en este sentido, están cargadas durante la noche. En días como estos, la energía obtenida asciende hasta 36% respecto a instalaciones estacionarias.

La posibilidad de combinar y adaptar el objeto de la invención tiene sólo pocas limitaciones y la configuración, autónoma e irrelevante desde el punto de vista del rendimiento, del control según el tiempo de instalaciones solares optimizadas permite hacer adaptaciones individuales a aplicaciones específicas y a los elementos técnicos usados para esto.

Naturalmente, la elevación de la instalación se puede adaptar también a la posición del sol en invierno/verano. Con un gasto técnico correspondiente se podría realizar el objeto de la invención también como orientación de dos ejes, lo que resulta inadecuado en la actualidad por razones económicas. La simple configuración constructiva posibilita casi en cualquier lugar la construcción de una instalación según la invención y permite, por tanto, en numerosos casos el reequipamiento de instalaciones ya existentes, manteniéndose la infraestructura eléctrica (inversores, alimentación de red, etc.). Las mediciones han mostrado que una instalación orientada en un eje puede suministrar un rendimiento adicional de hasta 36 respecto a instalaciones estacionarias con la misma elevación y en caso de nubosidad muy variable.

Los pasos de ajuste del panel, representados en los ejemplos de realización, están limitados en su cantidad sólo por la construcción de los indicadores P1-Pn de posición (interferencias). Por razones económicas, apenas se tienen en cuenta más de 16 pasos.

El objeto de la invención constituye una contribución para un suministro de energía seguro y respetuoso del medio ambiente sobre la base de condiciones económicas.

Claims (20)

1. Instalación solar con al menos un módulo solar fotovoltaico que puede girar mediante un accionamiento eléctrico de forma intermitente y controlada por programa alrededor de un árbol estacionario, así como orientarse según la radiación solar máxima en el transcurso del día, alimentándose el movimiento giratorio del accionamiento eléctrico del control mediante un módulo solar determinado para la obtención de energía, caracterizada porque el árbol (6, 6') soporta en un extremo una rueda dentada fija (21), alrededor de la que está guiado de forma sectorial y en dependencia de la hora del día un accionamiento (5) que se encuentra unido por arrastre de fuerza con el soporte (15) de los módulos solares (11-14) y que orienta, por tanto, el módulo solar hacia el sol.

2. Instalación solar según la reivindicación 1 con varios módulos solares (11-14), caracterizada porque los módulos (11-14), vistos en dirección axial, están separados entre sí en el lado frontal mediante distanciadores (16) y espacios (17) de aire y porque los distanciadores (16) están hechos de un elastómero y presentan una anchura de 15-50 mm, preferentemente 20 mm.

3. Instalación solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los módulos solares (11-14) se extienden por encima de un soporte (15) en forma de U que presenta cojinetes (6a) para un árbol (6, 6') que constituye un eje de giro.

4. Instalación solar según la reivindicación 3, caracterizada porque los módulos solares (11-14) están sujetados y centrados lateralmente en un bastidor en forma de U.

5. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque en el árbol (6) está fijada al menos una barra elástica (19, 19') que engrana periféricamente en un bastidor (10) que agrupa los módulos solares (11-14).

6. Instalación solar según la reivindicación 5, caracterizada porque la barra elástica (19) es un muelle de ballesta, porque éste se encuentra apoyado centralmente en el árbol (6) en un soporte ajustable (18'') y frontalmente en el bastidor (10) de un módulo solar (11-14) en su lado, que se extiende hacia el este (O), entre dos rodillos (69), así como porque está previsto un único rodillo (69) en el bastidor (10), en el lado que se extiende hacia el oeste (W).

7. Instalación solar según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el árbol (6) es un árbol hueco y porque sobre éste, al menos en el cojinete inferior (6a), se encuentra previsto un casquillo deslizante (6') montado por arrastre de fuerza.

8. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque el accionamiento eléctrico (5) está sujetado por brida en un lado frontal del panel solar (1, 11), porque la rueda dentada (21) está configurada en el árbol fijo (6) como segmento de rueda dentada, porque una rueda dentada (32') de un engranaje (32'; 32, 34) engrana en la rueda dentada (21) y porque el motor reductor (33) en la marcha (+\omega) de avance y en la marcha (-\omega) de retroceso hace girar gradualmente todo el accionamiento (5) alrededor del árbol (6) en un ángulo central de al menos 90º.

9. Instalación solar según la reivindicación 8, caracterizada porque el engranaje (32'; 32, 34) y el motor reductor (33) están montados sobre un balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, se pueden desacoplar del segmento (21) de rueda dentada.

10. Instalación solar según la reivindicación 9, caracterizada porque el balancín (25, 25') de conexión está sometido a la presión de muelles (28, 28') en la dirección del segmento (21) de rueda dentada y porque en la dirección contraria está previsto un imán (30) de conexión que al activarse desacopla el balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, la rueda dentada (32') de accionamiento del segmento (21) de rueda dentada.

11. Instalación solar según la reivindicación 10, caracterizada porque en el balancín (25, 25') de conexión está dispuesto un imán de bloqueo que engrana con su inducido en el balancín (25, 25').

12. Instalación solar según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizada porque están previstos al menos dos módulos solares (11, 12), alimentando un módulo (11) de forma intermitente el motor reductor (33) del accionamiento (5) y el otro módulo (12), el suministro de corriente del control y/o al menos un elemento de conexión para desacoplar un engranaje (32'; 32, 34) de un árbol fijo (6).

13. Instalación solar según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizada porque el engranaje (32'; 32, 34) es un engranaje recto.

14. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque en varios paneles solares contiguos (1, 1') está previsto un accionamiento eléctrico central (5) que sincroniza mecánicamente entre sí los movimientos giratorios de los paneles solares (1, 1') mediante elementos (56) de arrastre o mediante una conexión vía radio (50, 51).

15. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación solar con al menos un módulo solar fotovoltaico que puede girar mediante un accionamiento eléctrico de forma intermitente y controlada por programa alrededor de un árbol estacionario, así como orientarse según la radiación solar máxima en el transcurso del día, alimentándose el movimiento giratorio del accionamiento eléctrico del control mediante un módulo solar determinado para la obtención de energía, caracterizado porque mediante un microprocesador (64) se registra un valor umbral eléctrico (US) en un módulo solar (11-14) que corresponde a la salida y la puesta del sol, porque a partir de esto se registra la duración de la luz del día mediante un proceso de conteo, porque este valor se almacena en el microprocesador (64), porque a partir de los valores almacenados de varios días se obtiene un valor promedio, porque este valor promedio se distribuye en pasos individuales iguales (P1-Pn), porque los intervalos resultantes (P1, P2-Pn) activan el motor reductor (33) con una señal (S1) de tal modo que los pasos individuales del movimiento giratorio del panel (1) de este (O) a oeste (W) se distribuyen al menos casi de manera uniforme en el transcurso del día y porque durante o después de la puesta del sol se hace retroceder el panel (1) hacia el este (O).

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el motor reductor activado (33) se desconecta temporalmente mediante indicadores (48) de posición y al menos un sensor (49) de posición.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque en el transcurso del día se carga un condensador (40) mediante un módulo solar (11-14), porque el microprocesador (64) emite durante la puesta del sol o en la noche una señal (S2) de control a un interruptor (68) de potencia al ser inferior la tensión (US) del valor umbral y porque éste conecta la carga, almacenada en el condensador (40), a un solenoide de al menos un imán (30) de conexión que debido al impulso mecánico resultante (J) desacopla temporalmente un balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, un engranaje (32'; 32', 34) de un segmento (21) de rueda dentada, y porque de este modo se desconecta la pretensión mecánica del movimiento giratorio del panel (1), produciéndose así su retroceso a la posición este (O).

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (40) se solicita continuamente durante el día con la tensión de un módulo solar (11) y porque delante del condensador (40) se conecta un diodo (67) de bloqueo que compensa regularmente su corriente de fuga.

19. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (40) se descarga mediante un segundo imán, que engrana en el balancín (25, 25') de conexión, y se activa 100 a 300 ms antes que el primer imán (30) de conexión, desbloqueando el balancín (25, 25') de conexión.

20. Uso de una instalación solar según al menos una de las reivindicaciones 1 a 14 para alimentar grupos electrógenos de emergencia con batería de compensación y un convertidor de corriente continua/corriente alterna, especialmente en combinación con inversores para la alimentación de la red.