ES2351919A1 - Seguidor solar para módulos solares fotovoltáicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta y huertos solares. - Google Patents
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Abstract
Seguidor solar para módulos solares fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta y huertos solares. Comprende un bastidor con una estructura superior (4) soportando unos módulos (12) fotovoltaicos y comprende asimismo un mecanismo de seguimiento solar que produce el giro del bastidor según un eje azimutal y según un eje horizontal. El bastidor comprende una base (3) de perfiles ensamblados, solidaria al terreno. La estructura superior (4) comprende perfiles laterales (5) en Z, dispuestos uno a cada lado; un perfil central superior (7) y un perfil central inferior (8) conectados por bielas (15) y dispuestos longitudinalmente entre medias de dichos perfiles laterales (5), y travesaños (9) transversales en la parte inferior de los perfiles laterales (5) y del perfil central (6). Un actuador (11) situado en la parte central de los perfiles centrales (7, 8) produce un movimiento relativo de los perfiles centrales (7, 8) y de este modo genera el giro horizontal de los módulos (12).
Description
Seguidor solar para módulos solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares.
La presente invención se puede incluir en el
campo técnico de la producción de energía eléctrica por mediación de
células solares fotovoltaicas.
El objeto de la invención consiste en un
seguidor para módulos solares de alta concentración de tipo
giratorio para cubierta y huertos solares, que está dotado de un
mecanismo de seguimiento solar según dos ejes y que presenta
propiedades mecánicas ventajosas y gran versatilidad.
Como es conocido, en los últimos tiempos, las
energías renovables han tenido un gran auge y han experimentado un
importante desarrollo. En lo que respecta a la energía solar, basada
en el aprovechamiento de la radiación solar, entre los diferentes
usos destaca la energía solar fotovoltaica, que emplea paneles
fotovoltaicos y los denominados "seguidores solares" que
orientan dichos paneles fotovoltaicos.
Los elementos fotovoltaicos para la conversión
de energía de radiación solar en energía eléctrica presentan un
rendimiento relativamente limitado. El mayor rendimiento energético
de los seguidores solares se consigue cuando el sol incide
perpendicularmente a la superficie. Como quiera que la dirección de
los rayos solares varía a lo largo del día, el grado de incidencia y
la energía solar captada será igualmente variable. Generalmente el
panel se montará con una inclinación dependiente de la latitud del
lugar de instalación al objeto de aprovechar al máximo la radiación
solar, los paneles normalmente se montarán sobre una estructura o
marco receptor para una determinada inclinación.
Para la consecución de un rendimiento máximo de
energía es necesario alinear las superficies lo más
perpendicularmente posible con respecto a la dirección de la
radiación solar. Para poder adaptar los elementos voltaicos al
estado variable del sol, se conocen soportes giratorios, los
llamados seguidores, que están en condiciones de llevar las
superficies de los colectores a la posición deseada. Esto se aplica
también para módulos fotovoltaicos de concentración.
Se conocen diferentes propuestas referentes a
seguidores solares, también conocidos como dispositivos orientadores
solares que, con el fin de conseguir el máximo aprovechamiento de la
energía solar, constan de mecanismos y sistemas de control que
permiten orientar a una serie de paneles solares a lo largo del día
de manera que el sol incida sobre ellos de manera sustancialmente
perpendicular.
En el mercado son conocidos diferentes modelos
de seguidores solares, entre los cuales podemos citar aquellos que
se conforman por un poste o estructura de sustentación de las placas
fotovoltaicas y un dispositivo motor para el accionamiento de las
placas fotovoltaicas asociadas a ese soporte. En efecto, actualmente
existen en el mercado diferentes tipos de seguidores solares para
instalaciones de placas fotovoltaicas, cuya finalidad es variar la
inclinación de las placas fotovoltaicas a lo largo del día con el
fin de mantenerlas enfrentadas al sol y, consiguientemente, obtener
una mayor captación y aprovechamiento de la energía solar.
En la actualidad se conocen algunas soluciones
consistentes en adoptar una estructura que permite variar a voluntad
su grado de inclinación y en consecuencia variará igualmente el
ángulo de inclinación. Asimismo, es importante señalar que muchas
son las firmas que comercializan seguidores solares y muchos los
modelos con seguimiento tanto en uno como en dos ejes, dándose en
todos ellos una serie de características negativas comunes que se
mencionan seguidamente:
- dudosa fiabilidad de funcionamiento cuando las
instalaciones deben soportar el peso de elevadas áreas de captadores
solares, como consecuencia de la cantidad de elementos mecánicos
presentes,
- dificultades en el montaje, desmontaje y
mantenimiento, debido al escaso espacio de maniobra disponible,
puesto que los seguidores solares se instalan en huertas solares
donde, con objeto de obtener un óptimo rendimiento, se agrupan un
gran número de seguidores solares en espacios reducidos,
- los seguidores solares no están destinados a
soportar el peso de elevadas áreas de captadores solares en
cubiertas o techos, y no son capaces de superar sin problemas las
situaciones atmosféricas adversas de tales áreas, y exigen altas las
operaciones de mantenimiento,
- refrigeración deficiente debido al aumento de
temperatura provocado por la agrupación de paneles en el menor
espacio posible mediante la formación de grandes superficies a un
solo nivel, lo cual redunda en un descenso del rendimiento,
- generación de esfuerzos debidos a los
dilataciones provocadas por cambios de temperatura entre la noche y
el día, ya que las estructuras de soporte son rígidas,
- problemas de estabilidad, ya que al ser
superficies esencialmente planas, los puntos de amarre y giro, se
sitúan fuera del plano que pasa por su centro de gravedad,
provocando cargas estáticas asimétricas que limitan su peso y
dimensiones para no sobrecargar los puntos de giro, situación
agravada por los esfuerzos de viento, que generan empujes y momentos
de vuelco que reducen la estabilidad de las estructuras.
Debido a todos los inconvenientes mencionados,
los dispositivos de concentración fotovoltaica conocidos resultan
ser de muy difícil instalación sobre tejados de edificios u otro
tipo de aprovechamientos de superficies secundarias, estando
limitado su uso a la producción centralizada sobre terrenos
dedicados a ello.
La solicitud de patente española ES2267382
(SOL3G, S.L.) describe una estructura doblemente giratoria en la que
se disponen módulos compuestos de varias celdas solares
fotovoltaicas. La estructura puede girar respecto de un eje azimutal
y puede hacer girar los módulos respecto de un eje según la
dirección longitudinal de los módulos. La estructura está compuesta
de placas laterales y de una plataforma de apoyo sobre la que apoyan
los módulos, formada por bases hexagonales. El documento describe
asimismo módulos solares formados por un cuerpo laminar en U en el
que se encajan una pluralidad de células solares fotovoltaicas.
En los seguidores conocidos, el giro de los
módulos respecto al eje según la dirección longitudinal de los
módulos se lleva a cabo mediante un actuador que actúa sobre un
punto cercano a un extremo de la estructura del seguidor. La
mencionada disposición del actuador provoca elevados esfuerzos y
tensiones que obligan a un sobredimensionamiento de los elementos
del seguidor.
El problema técnico que se plantea consiste en
definir un seguidor solar giratorio según dos ejes para módulos
solares fotovoltaicos de alta concentración, que proporcione un giro
según una dirección horizontal sin provocar una carga
injustificadamente elevada a los elementos del seguidor.
La presente invención resuelve los
inconvenientes anteriormente mencionados por medio de un seguidor
solar para módulos solares de alta concentración de tipo giratorio
que presenta las siguientes ventajas con relación a los seguidores
solares para el mismo propósito incluidos en el estado de la
técnica.
- empleo de un reducido número de elementos
mecánicos,
- capacidad para soportar el peso de elevadas
áreas de captadores solares en cubiertas y techos,
- capacidad para soportar situaciones
climatológicas adversas,
- transporte, montaje, desmontaje y
mantenimiento simplificados,
- rendimiento superior,
- permite la dilatación de los paneles,
- estabilidad, ausente de cargas estáticas,
resistente al viento, robusto, flexible, duradero.
- distribución equilibrada de cargas en la
estructura, lo cual evita esfuerzos innecesarios o innecesariamente
elevados de flexión y torsión, que redunda en un dimensionamiento
más reducido de los elementos del seguidor.
El seguidor de la invención está compuesto por
un bastidor de seguimiento, que comprende a su vez una base y una
estructura superior, y por un sistema de control. El bastidor
permite un seguimiento activo de la trayectoria solar, mientras que
el sistema de control confiere a la invención una gestión
autónoma.
La base es solidaria al terreno o cubierta en
que está instalada y no requiere de anclajes. La base dispone de un
sistema de actuación que permite el giro en el eje azimutal de la
estructura superior respecto a la base, en la que el movimiento
puede realizarse mediante correa dentada, correa o cadena.
La estructura superior actúa de soporte para
módulos de concentración, siendo la cantidad de los módulos
soportados variable, con vistas a una optimización de costes, en
función de la geometría y peso de los propios módulos y de la
normativa de transporte, así como de la regulación eléctrica de la
zona de implantación.
Los módulos de concentración fijados a la
estructura superior efectúan un giro con respecto a la horizontal
del suelo, de modo que, en combinación con el movimiento azimutal,
dichos módulos efectúan un seguimiento activo de la trayectoria
solar con la precisión suficiente requerida por un sistema de
concentración fotovoltaica.
La estructura superior ha sido optimizada para
su fabricación industrializada con materiales resistentes mecánica y
ambientalmente, como aluminio, acero galvanizado en caliente,
electrocincado o inoxidable.
La estructura superior comprende unos perfiles
laterales con forma de Z dispuestos longitudinalmente que confieren
la rigidez necesaria para garantizar el buen comportamiento del
sistema ante la acción del viento o las tensiones internas de
trabajo. Este diseño mediante perfiles Z aporta la ventaja añadida
respecto a perfiles U, generalmente empleados en estas aplicaciones,
de evitar acumulación de agua, mejorándose sustancialmente el
comportamiento contra la corrosión.
Situado entre los perfiles laterales, la
estructura superior comprende un perfil central superior y un perfil
central inferior vinculados por un actuador y por bielas.
El actuador realiza un desplazamiento que
ocasiona el giro y el desplazamiento del perfil superior respecto al
perfil inferior, giro que viene definido y limitado por la posición
y longitud de las bielas. Dicho desplazamiento implica el giro de
los módulos, puesto que dichos módulos se encuentran fijados de
manera articulada por su parte inferior al perfil inferior y por su
parte superior al perfil superior. De esta manera se produce el
seguimiento según un movimiento de giro de los módulos respecto a la
horizontal.
El giro de la estructura superior se realiza por
medio del actuador lineal, eléctrico o hidráulico situado en
posición central de la estructura superior. De este modo, se
disminuyen los esfuerzos sobre la estructura superior. Este aspecto
es especialmente ventajoso, habida cuenta de que la invención se
dispone preferentemente en zonas en altura, como azoteas y cubiertas
de edificios o marquesinas de aparcamiento, donde el acceso no es
fácil.
La fabricación de los componentes se realiza en
el taller de producción de estructuras metálicas, de manera que el
montaje extensivo de trabajo se puede realizar en el seguidor. Por
lo tanto, no es necesario realizar las etapas de trabajo costosas de
tiempo en el campo libre durante el montaje final. A través de la
construcción selectiva se facilita esencialmente un montaje en el
campo. El soporte para el toldo solar se forma de chapas de aluminio
o metal ligero galvanizado.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, 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:
Figura 1.- Muestra una vista inferior en
perspectiva del seguidor de la invención.
Figura 2.- Muestra una vista ampliada de los
perfiles centrales.
Figura 3.- Muestra una vista lateral esquemática
del funcionamiento del actuador.
Figura 4.- Muestra una vista del accionamiento
por medio de correa dentada.
El seguidor solar para módulos (12) solares de
la invención comprende un bastidor y un sistema de control.
Tal como se observa en la figura 1, el bastidor
está formado por una base (3) y una estructura superior (4) que
monta los módulos (12). A su vez, la estructura superior (4) incluye
dos perfiles laterales (5) en Z, dispuestos en dirección
longitudinal, uno a cada lado. La estructura superior (4) comprende
adicionalmente un perfil central superior (7) y un perfil central
inferior (8) enfrentados dispuestos longitudinalmente en paralelo
con los perfiles laterales (5) entre dichos perfiles laterales
(5).
El desplazamiento entre el perfil central
superior (7) y el perfil central inferior (8) se produce por
accionamiento de un actuador (11) sobre el perfil central superior
(7). El desplazamiento produce el giro de los módulos (12), debido a
que el actuador (11) realiza un desplazamiento que ocasiona el giro
y el desplazamiento del perfil central superior (7) respecto al
perfil central inferior (8), giro que viene definido y limitado por
la posición y longitud de las bielas (15). Dicho desplazamiento
implica el giro de los módulos (12), como ya se ha comentado, puesto
que dichos módulos (12) se encuentran fijados de manera articulada
por su parte inferior al perfil central inferior (8) y por su parte
superior al perfil central superior (7). De esta manera se produce
el seguimiento según un movimiento de giro de los módulos (12)
respecto a la horizontal.
La estructura superior (4) comprende travesaños
(9) (ver figura 2) de rigidización ubicados en la parte inferior de
los perfiles laterales (5) y de los perfiles centrales (7, 8) y
unidos a dichos perfiles laterales (5) y perfiles centrales (7, 8)
según una dirección transversal. Los travesaños pueden estar a su
vez unidos entre sí por medio de barras (10).
Tal como se ha indicado con anterioridad, el
bastidor comprende una base (3) inferior, la cual base (3) está
compuesta por perfiles dispuestos en forma de triángulo. La base (3)
es solidaria al terreno o cubierta en que está instalada y no
requiere de anclajes, así como dispone de un mecanismo de
seguimiento que permite el giro en el eje azimutal de la estructura
superior (4) respecto a dicha base (3), además de, como se ha
explicado anteriormente, un giro de los módulos respecto de un eje
horizontal.
Los módulos (12) están articulados en su parte
inferior con los perfiles laterales (5) y con el perfil inferior
(8), mientras que por su parte superior, dichos módulos se
encuentran articulados con el perfil superior (7), en ambos casos
según articulaciones giratorias respecto de ejes en dirección
transversal.
El seguidor incorpora un mecanismo de
seguimiento solar mediante el cual se produce el seguimiento de la
trayectoria del sol según un eje azimutal y según un eje
transversal. El seguimiento respecto del eje azimutal se produce por
accionamiento, a través de una correa dentada (13), una correa o una
cadena, accionadas por un motor eléctrico no representado, de un
vástago (14) unido al perfil inferior (8) en una posición
sensiblemente central de dicho perfil inferior (8).
El giro en dirección transversal se lleva a cabo
por medio del desplazamiento relativo entre el perfil central
superior (7) y el perfil central inferior (8), tal como se aprecia
en la figura 3. Para garantizar la rigidez estructural necesaria
para obtener una precisión adecuada para un sistema de seguimiento
solar de alta concentración fotovoltaica, los perfiles superior (7)
e inferior (8) están conectados por una pluralidad de bielas (15),
según se puede apreciar en la figura 2, dispuestas a lo largo de la
longitud de los dichos perfiles superior (7) e inferior (8). El
número y características de las bielas (15) dependen de la geometría
y el peso de los módulos (12), así como de la normativa de diseño,
construcción y recogida en la legislación local de la
instalación.
El actuador (11) está dispuesto ventajosamente
debajo de la estructura superior (4), y actúa sobre la zona central
de dicha estructura superior, tal como se aprecia en las figuras 1 y
3.
Claims (6)
1. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares, que comprende un sistema de control y un
bastidor, donde el bastidor incluye
- una estructura superior (4) que soporta unos
módulos (12) compuestos de células solares fotovoltaicas;
- una base (3) compuesta por perfiles
ensamblados en forma poligonal, adaptada para instalarse en un
terreno o cubierta; y
- un mecanismo de seguimiento solar que produce
el giro de la estructura superior (4) respecto a la base (3) según
un eje azimutal, por medio del accionamiento de un vástago (14)
vertical fijado al bastidor, sobre el que se monta la estructura
superior (4), y según un eje horizontal,
caracterizado porque la estructura
superior (4) comprende:
- perfiles laterales (5) en forma de Z,
dispuestos en dirección longitudinal, uno a cada lado,
- un perfil central superior (7) y un perfil
central inferior (8) enfrentados, unidos entre sí a través de
bielas (15), dispuestos longitudinalmente en paralelo con los
perfiles laterales (5) entre dichos perfiles laterales (5); y
- un actuador (11) dispuesto sobre la zona
central del perfil central superior (7), que produce un movimiento
relativo entre el perfil central superior (7) y el perfil central
inferior (8) y, con dicho movimiento, el giro en dirección
transversal de los módulos (12), que están articulados
giratoriamente en su parte inferior a los perfiles laterales (5) y
al perfil inferior (8), y en su parte superior al perfil central
superior (7).
2. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el giro del vástago (14) vertical está
accionado por un medio de una correa dentada (13) accionada por un
motor
eléctrico.
eléctrico.
3. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el giro del vástago (14) vertical está
accionado por un medio de una correa accionada por un motor
eléctrico.
4. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el giro del vástago (14) vertical está
accionado por un medio de una cadena accionada por un motor
eléctrico.
5. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la base (3)
tiene forma triangular.
6. Seguidor solar para módulos (12) solares
fotovoltaicos de alta concentración de tipo giratorio para cubierta
y huertos solares de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
estructura superior (4) comprende adicionalmente travesaños (9) de
rigidización ubicados en la parte inferior de los perfiles laterales
(5) y de los perfiles centrales (7, 8) y unidos a dichos perfiles
laterales (5) y perfiles centrales (7, 8) según una dirección
transversal.
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