ES2332117B1 - SOLAR FOLLOW-UP SYSTEM FOR SOLAR ENERGY COLLECTORS. - Google Patents

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Abstract

Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar.Solar tracking system for collectors solar energy.

El sistema está basado en un mecanismo cinemático biela-manivela, con accionamiento hidráulico, en el que participa una torre (1) rematada inferiormente en un anillo móvil (2), que gira con respecto a un anillo fijo (5) mediante cuatro pistones hidráulicos (6), para conseguir un movimiento acimutal, mientras que la torre (1) se remata superiormente en un eje (3) paralelo al anillo (2), sobre el que es basculante una vela (4) soporte de los captadores de energía solar, accionada mediante dos pistones hidráulicos (7), para el movimiento cenital. Se consigue de esta manera una estructura mecánicamente robusta, con bajo mantenimiento, que permite movimientos extremadamente lentos en ausencia de complejos mecanismos reductores de velocidad y en ausencia también de sobreesfuerzos inerciales.The system is based on a mechanism crankshaft crank, with drive hydraulic, in which a tower (1) inferiorly topped in a movable ring (2), which rotates with respect to a fixed ring (5) by means of four hydraulic pistons (6), to achieve a azimuthal movement, while the tower (1) is finished off superiorly on an axis (3) parallel to the ring (2), on which it is tilting a candle (4) support of solar energy collectors, driven by two hydraulic pistons (7), for movement zenithal In this way a structure is achieved mechanically robust, low maintenance, which allows movements extremely slow in the absence of complex mechanisms speed reducers and also in the absence of overexertion inertial

Description

Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar.Solar tracking system for collectors solar energy. 

       \global\parskip0.930000\baselineskip\ global \ parskip0.930000 \ baselineskip
Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un sistema de seguimiento solar, a través del cual un captador de energía solar se sitúa a lo largo del día y a lo largo del año en la posición mas idónea para recibir perpendicularmente la radiación solar y, consecuentemente, conseguir un mayor rendimiento desde el punto de vista de tal captación.The present invention relates to a system of solar tracking, through which a solar energy collector it is situated throughout the day and throughout the year in the most position suitable for receiving solar radiation perpendicularly and, consequently, achieve greater performance from the point of view of such uptake.

El objeto de la invención es conseguir un sistema estructuralmente simple desde el punto de vista mecánico, compacto, con un funcionamiento muy eficiente, y plena fiabilidad mecánica, capacitado para trabajar a velocidades bajas y ponerse en posición de seguridad (vela horizontal) ante un fallo temporal en la red de alimentación eléctrica.The object of the invention is to achieve a structurally simple system from a mechanical point of view, compact, with very efficient operation, and full reliability mechanical, trained to work at low speeds and get in safety position (horizontal sail) in the event of a temporary failure in the power supply network

La invención se sitúa pues en el ámbito de los mecanismos para captación de la radiación solar.The invention thus falls within the scope of the mechanisms for capturing solar radiation.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Como es sabido, el rendimiento de un captador de energía solar, como por ejemplo de un panel fotovoltaico, es función de la dirección con la que la radiación solar alcanza la superficie operativa de dicho captador, y la radiación solar es de dirección permanentemente cambiante, tanto en sentido acimutal como cenital.As is known, the performance of a collector of solar energy, such as a photovoltaic panel, is function of the direction with which the solar radiation reaches the operating surface of said collector, and solar radiation is of permanently changing direction, both azimuthal and zenithal

Esto trae consigo que los captadores solares estén dotados de dos movimientos según los planos cenital y acimutal anteriormente citados, en orden a optimizar el rendimiento de los mismos, utilizándose para ello diferentes tipos de mecanismos motrices con los que se consigue esta movilidad combinada.This brings with it that solar collectors are equipped with two movements according to the zenith planes and azimuth mentioned above, in order to optimize performance of them, using different types of driving mechanisms with which this mobility is achieved combined.

Las diferentes soluciones adoptadas se diferencian básicamente en aspectos constructivos y de diseño, tales como la mecánica del sistema de seguimiento adoptado, en unos casos hidráulico, en otros con tornillos de potencia, o con sistema de tornillos sinfín mediante motores eléctricos con moto-reductores, etc.The different solutions adopted are they differ basically in constructive and design aspects, such as the mechanics of the monitoring system adopted, in some hydraulic cases, in others with power screws, or with system of augers with electric motors with moto-reducers, etc.

Sin embargo todos ellos presentan como denominador común el adoptar soluciones mecánicas complejas en las que el mantenimiento y/o la reparación del equipo, en caso de avena, puede resultar un problema, siendo preciso en algunos casos llegar al desmontaje completo del seguidor.However they all present as common denominator adopting complex mechanical solutions in that the maintenance and / or repair of the equipment, in case of oatmeal, can be a problem, being precise in some cases get to complete disassembly of the follower.

Especial mención merece el problema inherente a la velocidad de movimiento, que en algunos casos hace necesario recurrir a complejos sistemas reductores, caros y con mantenimiento también costoso.Special mention deserves the problem inherent in the speed of movement, which in some cases makes necessary resort to complex reduction systems, expensive and maintenance also expensive.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

El sistema que la investigación propone resuelve de manera plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, consiguiendo una máxima simplicidad mecánica, con fácil instalación y transporte, mecánicamente robusto y optimizado según sus condiciones de funcionamiento, con un costo de fabricación bajo y un mantenimiento igualmente bajo.The system that the research proposes resolves in a fully satisfactory way the problem previously exposed, achieving maximum mechanical simplicity, with easy installation and transport, mechanically robust and optimized according its operating conditions, with a low manufacturing cost and an equally low maintenance.

Para ello y de forma más concreta dicho sistema, con seguimiento solar de dos ejes basado en mecanismos cinemáticos biela-manivela con accionamiento hidráulico, permite el giro del captador solar en los planos acimutal y cenital, situándose en todo momento en posición perpendicular a la dirección de los rayos solares, estando estructurado mediante un componente consistente en un mecanismo cinemático para conseguir el movimiento combinado sobre los dos ejes citados, y una estructura de celosía obtenida mediante la combinación de una torre y una vela, unidas entre sí articuladamente y concebida para soportar tanto el peso de los captadores solares como la acción del viento sobre los mismos.For this and in a more concrete way this system, with two-axis solar tracking based on kinematic mechanisms crank-crank with hydraulic drive, allows the rotation of the solar collector in the azimuthal planes and zenithal, standing at all times perpendicular to the direction of the sun's rays, being structured by a component consisting of a kinematic mechanism to achieve the combined movement on the two aforementioned axes, and a structure of Lattice obtained by combining a tower and a candle, linked together articulated and designed to support both the weight of solar collectors as the action of wind on same.

El sistema de accionamiento es hidráulico, como anteriormente se ha dicho, consistente en seis pistones hidráulicos agrupados en dos grupos, uno de cuatro unidades para el movimiento acimutal, es decir para el giro de la torre con respecto al suelo, y otro de dos para el movimiento cenital, es decir para la basculación de la vela con respecto a dicha torre, de manera que este sistema hidráulico permite conseguir una velocidad de giro adecuada para el seguimiento sin ser necesario intercalar motores reductores de velocidad.The drive system is hydraulic, like previously said, consisting of six hydraulic pistons grouped into two groups, one of four units for movement azimuthal, that is to say for the rotation of the tower with respect to the ground, and another two for the zenith movement, that is to say for the tilting of the sail with respect to said tower, so that This hydraulic system allows to achieve a turning speed suitable for monitoring without the need for interleaving engines speed reducers.

Finalmente y de acuerdo con otra de las características de la invención se ha previsto que el equipo hidráulico cuente con acumuladores o depósitos de presión que permiten al sistema trabajar eventualmente de forma autónoma, ante una ausencia de energía eléctrica para poner la vela horizontal por motivos de seguridad ante viento y un posible fallo eléctrico.Finally and according to another of the features of the invention it is envisioned that the equipment hydraulic has accumulators or pressure tanks that they allow the system to work autonomously, before an absence of electric power to put the horizontal candle by Wind safety reasons and a possible electrical failure.

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as part member of that description, a set of drawings where with illustrative and non-limiting nature, what has been represented next: 

       \global\parskip1.000000\baselineskip\ global \ parskip1.000000 \ baselineskip

La figura 1.- Muestra, según una representación esquemática en perspectiva, un ejemplo de realización práctica de la torre que participa el sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar que constituye el objeto de la presente invención.Figure 1.- Shows, according to a representation schematic in perspective, an example of practical realization of the tower that participates the solar tracking system to solar energy collectors that is the subject of this invention.

La figura 2.- Muestra, también según una vista en perspectiva, la vela complementaria de la torre de la figura anterior y destinada a recibir directamente a los captadores solares.Figure 2.- Shows, also according to a view in perspective, the complementary candle of the tower of the figure previous and destined to receive the collectors directly solar.

La figura 3.- Muestra un detalle en planta del acoplamiento de la torre a la cimentación del sistema.Figure 3.- Shows a detail in plan of the Tower coupling to the foundation of the system.

La figura 4.- Muestra, finalmente, una representación esquemática en alzado lateral del conjunto constituido por la vela y la tone, con sus cilindros de accionamiento.Figure 4.- Shows, finally, a schematic representation in side elevation of the set constituted by the sail and the tone, with its cylinders of drive

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como en el sistema de seguimiento que la invención propone participa una torre (1), con una estructura de celosía como se observa especialmente en la figura 1, en la que se define un anillo inferior (2) y un eje transversal y superior (3) paralelo al plano de dicho anillo inferior (2) y destinado a constituir el eje de basculación para una vela (4), de estructura reticular, la mostrada a su vez en la figura 2, a base de dos armaduras laterales que emergen divertentemente del anillo inferior (2) y que se relacionan superiormente mediante el eje transversal y superior (3) para basculación de la vela (4), estructura destinada a soportar a las placas fotovoltaicas o captadores de energía solar de que se trate, no representados en los dibujos.In view of the figures outlined you can be observed as in the monitoring system that the invention proposes a tower (1), with a lattice structure as it is especially observed in figure 1, in which a lower ring (2) and a transverse and upper axis (3) parallel to the plane of said lower ring (2) and intended to constitute the axis of tilting for a candle (4), of reticular structure, the shown in turn in figure 2, based on two side frames that emerge divertently from the lower ring (2) and that relate superiorly through the transverse and superior axis (3) for tilting the sail (4), structure designed to support the photovoltaic panels or solar energy collectors of which try, not represented in the drawings.

El citado anillo inferior (2) está montado con posibilidad de giro sobre un segundo anillo (5) fijo a la cimentación del conjunto. El giro del anillo móvil respecto del fijo se lleva a cabo mediante una serie de ruedas intercaladas entre los dos anillos, haciendo la función de rodamiento axial. El movimiento de giro de un anillo respecto de otro se realiza mediante un sistema hidráulico constituido por cuatro pistones hidráulicos inferiores (6) articulados en sus dos extremos conectados dos a dos y convenientemente comandados para cada instante del día. La configuración de cuatro pistones permite que el sistema esté compensado mecánicamente lo que permite minimizar los empujes radiales, haciendo posible un sistema mecánicamente más compacto, simple, optimizado, robusto que los actualmente existentes en el mercado.The said lower ring (2) is mounted with possibility of turning on a second ring (5) fixed to the foundation of the set. The rotation of the moving ring with respect to the fixed is carried out by a series of interleaved wheels between the two rings, doing the function of axial bearing. He rotation movement of one ring relative to another is done by a hydraulic system consisting of four hydraulic pistons lower (6) articulated at its two ends connected two to two and conveniently commanded for every moment of the day. The four-piston configuration allows the system to be mechanically compensated which minimizes thrusts radial, making possible a mechanically more compact system, simple, optimized, robust than those currently existing in the market.

Complementariamente a las zonas extremas y superiores de la torre (1) se asocian, de forma articulada al igual que los pistones hidráulicos inferiores (6), sendos pistones hidráulicos extremos (7), tal como muestra la figura 4, de manera que cada uno de estos dos pistones hidráulicos extremos (7) configuran con la torre (1) y con la vela (4) un triángulo deformable que hace que a medida que varía la longitud efectiva de dichos pistones hidráulicos extremos (7), varíe el ángulo de inclinación de la vela (4), según el movimiento cenital previsto para los captadores de energía solar.Complementarily to the extreme areas and upper tower (1) are associated, articulated in the same way than the lower hydraulic pistons (6), both pistons Hydraulic ends (7), as shown in Figure 4, so that each of these two extreme hydraulic pistons (7) they form a triangle with the tower (1) and with the candle (4) deformable that makes as the effective length of said extreme hydraulic pistons (7), vary the angle of inclination of the sail (4), according to the planned zenith movement for solar energy collectors.

Tanto los cuatro pistones hidráulicos inferiores (6), como los dos pistones hidráulicos extremos (7) están relacionados a través de una central hidráulica, con alimentación eléctrica, y a expensas de una electrónica de control.Both the four lower hydraulic pistons (6), as the two extreme hydraulic pistons (7) are related through a hydraulic power plant, with power electrical, and at the expense of a control electronics.

Tal como anteriormente se ha dicho con dicha central hidráulica colaborará un acumulador o depósito de presión, tampoco representado en las figuras, que permite al sistema trabajar eventualmente de forma autónoma en ausencia de energía eléctrica. El sistema de acumulación permite mandar presión a los cilindros que hacen girar de la vela, permitiendo que estos se extiendan aún cuando la central hidráulica deje de funcionar debido de un fallo eléctrico. El resultado es que la vela se sitúa en una posición de seguridad (horizontal paralela al suelo) hasta que la alimentación eléctrica a la central hidráulica se restituya.As previously said with said Hydraulic power plant will collaborate a accumulator or pressure tank, neither represented in the figures, which allows the system eventually work autonomously in the absence of energy electric The accumulation system allows pressure to be sent to the cylinders that spin the candle, allowing these to extend even when the hydraulic power plant stops working due to of an electrical failure. The result is that the candle is placed in a safety position (horizontal parallel to the ground) until the Power supply to the hydraulic power plant is restored.

Claims (3)

1. Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar, del tipo de los que dichos captadores de energía se materializan en placas sobre una estructura móvil que permite la orientación de dichas placas en los planos acimutal y cenital establecidas sobre un soporte que permite para las mismas un doble movimiento acimutal y cenital, a cuyo efecto dicho soporte está montado basculantemente sobre una torre, según eje horizontal, mientras que la torre está montada sobre el suelo con posibilidad de giro sobre un eje vertical, caracterizado porque la citada torre (1) se remata por su extremidad inferior en un anillo inferior (2) montado con libertad de giro, a través de ruedas, sobre otro anillo fijo a la cimentación del conjunto, con la particularidad de que entre dicho anillo inferior (2) y un segundo anillo (5), coaxial con el anterior y fijo a la cimentación, se establecen cuatro pistones hidráulicos inferiores (6), que configuran dos parejas contrapuestas, de manera que el movimiento combinado de estos cuatro pistones hidráulicos suministra a la torre (1) un movimiento giratorio, mientras que entre la extremidad superior de la torre (1) y la vela (4) soporte de los captadores de energía solar, se establece un eje transversal y superior (3) para ésta última y una pareja pistones hidráulicos extremos (7), que unidos articuladamente a la tone (1) y a la vela (4) suministran a ésta última un movimiento de basculación.1. Solar tracking system for solar energy collectors, of the type of which said energy collectors materialize in plates on a mobile structure that allows the orientation of said plates in the azimuthal and zenith planes established on a support that allows same a double azimuthal and zenithal movement, for which purpose said support is pivotally mounted on a tower, along a horizontal axis, while the tower is mounted on the ground with the possibility of turning on a vertical axis, characterized in that said tower (1) It is topped by its lower end in a lower ring (2) mounted with freedom of rotation, through wheels, on another ring fixed to the foundation of the assembly, with the particularity that between said lower ring (2) and a second ring (5), coaxial with the previous one and fixed to the foundation, four lower hydraulic pistons (6) are established, which configure two opposing pairs, so that the combined movement of these four hydraulic pistons provides the tower (1) with a rotating movement, while between the upper extremity of the tower (1) and the sail (4) supporting the solar energy collectors, an axis is established transverse and upper (3) for the latter and a pair of extreme hydraulic pistons (7), which jointly connected to the tone (1) and the sail (4) provide the latter with a tilting movement. 2. Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la citada torre (1) presenta una estructura de celosía, a base de dos armaduras laterales que emergen divergentemente del anillo inferior (2) y que se relacionan superiormente mediante el eje transversal y superior (3) para basculación de la vela (4).2. Solar tracking system for solar energy collectors, according to claim 1, characterized in that said tower (1) has a lattice structure, based on two side trusses that divergently emerge from the lower ring (2) and that are related superiorly by means of the transverse and superior axis (3) for tilting the sail (4). 3. Sistema de seguimiento solar para captadores de energía solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el equipo hidráulico para accionamiento de los pistones hidráulicos inferiores (6) y pistones hidráulicos extremos (7) incorpora un acumulador o depósito de presión que permite mandar presión a los cilindros que hacen girar la vela.3. Solar tracking system for solar energy collectors, according to previous claims, characterized in that the hydraulic equipment for actuating the lower hydraulic pistons (6) and extreme hydraulic pistons (7) incorporates a pressure accumulator or reservoir that allows pressure to be sent to the cylinders that spin the candle.
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