ES2368544A1 - Seguidor solar a dos ejes. - Google Patents

Abstract

Se describe un seguidor solar para la captación de la radiación solar mediante paneles fotovoltaicos, y su transformación en energía eléctrica por medio de estos últimos. El seguidor comprende una estructura metálica rígida giratoria que a modo de carrusel se mueve sobre un carril circular de soporte situado en posición horizontal apoyado directamente sobre suelo o cubierta, con la ayuda de grupos de rodadura que la mantienen sobre el carril, soportando la mencionada estructura una pluralidad de grupos de paneles fotovoltaicos asociados respectivamente por su borde inferior a un elemento tubular pivotante sobre el bastidor de estructura. Un dispositivo accionador actúa simultáneamente sobre los diversos elementos tubulares pivotantes para posicionar los grupos de paneles adecuadamente respecto a la radiación incidente. El conjunto incluye, con carácter opcional, una segunda estructura tubular, metálica, que presenta un plano inclinado de apoyo del carril, utilizable como estructura de compensación de cualquier inclinación eventual de la superficie sobre la que se instale.

Description

Seguidor solar a dos ejes.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un seguidor solar a dos ejes, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.

Más en particular, la invención propone el desarrollo de un seguidor solar concebido a modo de carrusel, equipado con una multiplicidad de paneles captadores de tipo fotovoltaico, de doble efecto y de concentración, siendo el conjunto de carrusel susceptible de animación en el plano horizontal según un movimiento de giro a lo largo de un recorrido circunferencial soportado sobre raíles de guía, y siendo la multiplicidad de paneles captadores susceptibles de pivotamiento en el plano vertical para una orientación optimizada con respecto a la radiación incidente. El diseño del conjunto es de altura reducida y admite ser posicionado horizontalmente tanto sobre una porción superficial de soporte directamente a ras de suelo como apoyado sobre cubiertas de edificaciones. El conjunto ofrece una solidez estructural muy elevada, y al estar muy cerca de la superficie de soporte proporciona una elevada resistencia frente a la acción del viento.

El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido, obviamente, dentro del sector industrial dedicado a la fabricación e instalación de dispositivos y sistemas para aprovechamiento de la energía solar.

Antecedentes y Sumario de la invención

Los expertos en la materia son conocedores de la amplia difusión que en las últimas décadas han experimentado los dispositivos utilizables como fuentes de energía alternativas. El paulatino agotamiento de los recursos naturales, traducido en una considerable elevación de los costes de producción y explotación asociados a los combustibles fósiles tradicionales, junto con otros aspectos derivados de la elevada producción de gases contaminantes y de efecto invernadero, ha tenido como consecuencia un importante impulso en lo que se refiere al desarrollo e instalación de dispositivos de aprovechamiento de otras energías como son, por ejemplo, la energía eólica y la energía solar.

En el caso concreto de la energía solar, existen múltiples zonas geográficas en las que luce el sol durante un elevado número de horas al día en cualquier época del año, lo que hace que esas zonas sean especialmente atractivas y adecuadas para este tipo de instalaciones. En general, el aprovechamiento energético de la radiación solar puede materializarse tanto desde el punto de vista de la energía térmica, por calentamiento de un fluido caloportador que por medio de uno o más intercambiadores de calor va a ceder la energía captada a partir de la radiación a otro fluido aprovechable (por ejemplo, agua), como desde el punto de vista de la energía eléctrica, puesto que con la ayuda de paneles fotovoltaicos se va a producir una transformación directa e instantánea de la radiación incidente en energía eléctrica aprovechable.

Los dispositivos de transformación de la energía solar en energía eléctrica, consisten en paneles fotovoltaicos compuestos por una multiplicidad de células captadoras, y montados sobre estructuras de soporte que a su vez están sustentadas por bastidores que en los lugares de instalación se elevan desde la superficie del suelo hasta una altura considerable. Aunque algunos tipos de instalaciones son fijas y los paneles, dependiendo de la latitud geográfica del lugar de la instalación, mantienen posiciones con una inclinación fija, lo más habitual es que las estructuras de soporte de los paneles fotovoltaicos estén diseñadas de manera que incluyen determinados mecanismos que colaboran al mantenimiento de los paneles solares en las posiciones más favorables para la obtención de un rendimiento óptimo. A tal efecto, estas estructuras suelen incluir sensores que en cada momento determinan la posición del seguidor, y en consecuencia la modifican en sus dos ejes para que la radiación solar incida de manera sustancialmente perpendicular sobre los paneles. Estos movimientos pueden consistir en basculamientos y giros, horizontales y verticales, con dos grados de libertad, tal como ocurre en el caso de algunos dispositivos ya existentes en el estado de la técnica. Estos dispositivos ya han sido fabricados por la misma solicitante de la presente invención, y consisten en la combinación de un movimiento circular guiado respecto a un eje central, y un movimiento basculante respecto a un eje asociado transversalmente a la estructura de soporte.

Ahora bien, en todos los casos conocidos, como se ha mencionado anteriormente, las estructuras de las instalaciones de captación de energía solar alcanzan unas dimensiones en altura que suelen ser importantes. Así, cuando se realiza una instalación en la que se reúne un número elevado de estructuras de captación, se produce un efecto de impacto medioambiental desfavorable que sería deseable poder evitar.

Teniendo en cuenta la situación planteada la presente invención se ha propuesto como objetivo principal el desarrollo y construcción de un nuevo dispositivo seguidor solar para generación de energía eléctrica fotovoltaica, con el que se subsanen las inconveniencias asociadas a las instalaciones actuales. Este objetivo ha sido plenamente alcanzado mediante el seguidor solar a dos ejes que va a ser objeto de descripción en lo que sigue, cuyas características principales se encuentran recogidas en la porción caracterizadora de la reivindicación 1, y que en esencia consiste en una estructura de carrusel de soporte de los paneles fotovoltaicos, susceptible de accionamiento en el plano horizontal sobre raíles a modo de carrusel con movimiento de giro guiado respecto al eje central, cuya estructura giratoria está montada sobre conjuntos de rodadura e impulsada por un moto-reductor, mientras que los paneles captadores están situados sobre un bastidor de sustentación con posibilidad de abatimiento, siendo todos los paneles susceptibles de cambio posicional simultáneo a través de un accionador mecánico consistente en un accionador lineal que con su desplazamiento actúa sobre un conjunto de levas interconectadas entre sí para una orientación adecuada del conjunto de paneles. De este modo, el conjunto de seguidor de la invención presenta la particularidad adicional de que su altura es mínima, admitiendo ser colocado directamente sobre un superficie cualquiera de soporte, por ejemplo, el suelo o sobre la cubierta horizontal de una edificaci
cualquiera.

Adicionalmente, la invención ha previsto la inclusión de una estructura niveladora que facilita la instalación horizontal, equilibrada, del seguidor a dos ejes cuando dicha instalación se realiza sobre una superficie inclinada, como por ejemplo la cubierta inclinada de una edificación o similar.

Como se comprenderá, con un seguidor como el propuesto por la invención, las necesidades actuales de instalación de captadores solares quedan perfectamente cubiertas, evitando o al menos mejorando los efectos adversos de impacto medioambiental que presentan las instalaciones del estado actual de la
técnica.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de un ejemplo de realización preferida de la misma, dado únicamente a título ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 muestra una vista esquemática, en perspectiva, de un seguidor construido de acuerdo con la presente invención, parcialmente despiezado;

La Figura 2 ilustra un ejemplo de grupo de rodadura adecuado para su montaje en el seguidor de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista esquemática, en perspectiva, de un seguidor solar según la Figura 1 en posición operativa, y

Las Figuras 4 y 5 son ejemplos de instalación del seguidor solar de la invención sobre una cubierta horizontal y una cubierta con superficies de apoyo inclinadas respecto a la horizontal, respectivamente.

Descripción de una forma de realización preferida

Tal y como se ha mencionado en lo que antecede, la descripción detallada de la forma de realización preferida del seguidor solar objeto de la presente invención, va a ser llevada a cabo en lo que sigue con la ayuda de los dibujos anexos, a través de los cuales se utilizan las mismas referencias numéricas para designar las partes iguales o semejantes. Así, atendiendo en primer lugar a la representación de la Figura 1, se puede apreciar una vista esquematizada, en perspectiva, parcialmente despiezada, de un seguidor solar a dos ejes, susceptible de posicionamiento y orientación tanto en el plano horizontal como en el plano vertical, a cuyo efecto comprende una primera estructura rígida capacitada para moverse giratoriamente en el plano horizontal, formada preferentemente por elementos de acero galvanizado, sobre la que se monta una segunda estructura destinada a soportar los diversos paneles captadores y contener los mecanismos que permiten a dichos paneles un posicionamiento variable en el plano vertical.

De acuerdo con la representación comentada, la primera estructura comprende básicamente un elemento de apoyo y guiado, señalado con la referencia numérica 1, y que adopta la forma de un carril circular preparado para ser colocado directamente sobre una superficie horizontal de sustentación tal como el suelo o la cubierta de una edificación. Un bastidor 2, compuesto por perfiles o elementos tubulares rígidos longitudinales y transversales, constituye la base de soporte para el conjunto de paneles, y están dotados de grupos de rodadura 3 solidarizados a los largueros del bastidor 2 en posiciones tales que en diagonal guardan una distancia equivalente al diámetro del carril 1 circular, de manera que tales grupos de rodadura 3 apoyan directamente sobre el carril 1 para un desplazamiento guiado sobre el mismo, facilitando con ello el movimiento de giro de toda la estructura en el plano horizontal.

Los paneles fotovoltaicos han sido señalados con la referencia numérica 4, y están vinculados por su borde inferior a un elemento tubular 5 transversal respectivo que a su vez está unido abatiblemente al mencionado bastidor 2 de la estructura giratoria. El conjunto incluye un accionador mecánico 6, enlazado articuladamente por medio de levas y contrapesos 7 a cada uno de los elementos 5 tubulares de los diferentes paneles fotovoltaicos 4, de manera que al actuar sobre dicho accionador mecánico se provoca un giro simultáneo de todos los elementos 5 tubulares, haciendo con ello que los paneles fotovoltaicos 4 asociados cambien su posición en el plano vertical de acuerdo con la orientación deseada para los mismos. De esa manera, la acción combinada de giro de la estructura sobre el carril 1 y de abatimiento de los paneles fotovoltaicos 4 hasta el ángulo adecuado, se traduce en un seguimiento idóneo de la trayectoria solar para una optimización del rendimiento del conjunto.

Como se comprenderá, una realización de seguidor solar como la mostrada en la Figura 1 comentada, proporciona una estructura sólida y robusta, que al estar muy cerca de la superficie de soporte, presenta una gran resistencia a la acción del viento. Además, según aparece representado en el dibujo, el abatimiento de los paneles fotovoltaicos 4 puede ser completo, de tal manera que en caso de que existan vientos con velocidades que superen un valor máximo preestablecido, los paneles pueden llevarse a una posición horizontal como la representada, con el fin de que el impacto de los vientos sea mínimo o prácticamente nulo, garantizando con ello la integridad del conjunto. Para medir la velocidad del viento, cada seguidor puede incluir un anemómetro u otro dispositivo de detección, según es convencional en el estado de la
técnica.

Por ora parte, según se ha mencionado al principio de la descripción, la realización del seguidor permite que los paneles utilizados sean de doble efecto y estén refrigerados por su cara posterior, aportando con ello energía calórica al fluido refrigerante en caso necesario.

La Figura 2 muestra una representación esquematizada, en perspectiva, de un grupo de rodadura 3 de los utilizados en el seguidor solar de la invención, que incluye una primera rueda 8 de apoyo, en posición vertical, y una segunda rueda 10 de centrado, en posición horizontal y asociada giratoriamente a una brazo 9 rígido. En la posición operativa, la rueda 8 apoya directamente sobre la pista superior del carril 1 facilitando el desplazamiento de la estructura sobre el carril, mientras que la rueda 10 apoya contra la cara lateral interna del propio carril 1, garantizando con ello que la estructura se mantiene asentada sobre carril 1, guiada respecto al eje central de giro, sin posibilidad de abandonos de pista o descarrilamientos indeseados.

La Figura 3 es una vista esquematizada, en perspectiva, que muestra el seguidor de la invención completamente ensamblado y en posición de uso. Según se aprecia, el raíl circular 1 está apoyado directamente sobre cualquier superficie de soporte, con la estructura 2 acoplada al mismo por medio de cuatro grupos de rodadura 3, de los que uno está motorizado por accionamiento de un moto-reductor, con los paneles 4 levantados formando un ángulo con la vertical que, según se ha dicho, es susceptible de variación y ajuste en función de las diversas posiciones de seguimiento solar que adopte el conjunto para una optimización del rendimiento de los paneles fotovoltaicos 4. Se aprecia asimismo el accionador 6 extendido según la dirección longitudinal del bastidor 2 y unido por medio de levas a los elementos 5 tubulares de dichos paneles fotovoltaicos 4.

Haciendo ahora referencia a las Figuras 4 y 5 de los dibujos se puede apreciar la disposición de dos unidades del seguidor "S" de la invención en su condición operativa situados sobre la de sendas edificaciones 11 y 12, respectivamente. En el primer caso, la superficie de apoyo 11a de la edificación 11 es plana, horizontal, y por lo tanto el apoyo de cada seguidor se realiza directamente sobre dicha superficie, pero en el caso de la edificación 12 la superficie de su cubierta 12a presenta porciones 13 inclinadas a ambos lados de los sucesivos lomos longitudinales definidos en la misma, con inclinaciones respectivas inversas. Por ello, para mantener la horizontalidad del seguidor, la invención ha desarrollado medios de equilibrado compensación, consistentes en una estructura metálica rígida que en general adopta forma de cuña según aparece representada en la Figura 1 ya comentada.

En efecto, la estructura de compensación permite superar la inclinación de las porciones 13 de la cubierta al estar constituida por un bastidor 14 realizado mediante un entramado tubular metálico, rígido, de elementos extendidos longitudinal y transversalmente, que posee apoyos 15 inferiores y que determina un plano superior inclinado constituido por elementos tubulares 14a sustentados por montantes 16 que varían de altura de un extremo a otro según la dirección longitudinal de los mencionados elementos tubulares 14a. La variación en altura de los montantes 16 entre los extremos opuestos de la estructura 14 será tal que determinará un ángulo suficiente para compensar la inclinación de la superficie de la cubierta 12a. con ello, el raíl 1 puede ser apoyado y anclado directamente sobre los mencionados elementos tubulares 14a, garantizando un plano de apoyo perfectamente horizontal. Esta situación es perfectamente visible en la Figura 5 de los dibujos, en la que los grupos de paneles fotovoltaicos aparecen en posición perfectamente horizontal, apoyados sobre soportes del tipo de la estructura 14 que se acaba de describir.

Aunque la estructura 14 ha sido mencionada especialmente para su ubicación sobre la cubierta 12a de una edificación, esta concepción no debe ser considerada como limitativa en modo alguno, puesto que resulta igualmente aplicable sobre cualquier superficie que muestre algún grado de inclinación en cualquier dirección.

En cuanto al anclaje posicional de los seguidores en los lugares de operación en los que se ubiquen, especialmente cuando se disponen sobre cubiertas de edificaciones, el diseño de los mismos permite que se puedan utilizar medios de anclaje convencionales o bien se puede utilizar un contrapeso variable para eliminar la necesidad de utilizar otros medios de anclaje. Por ejemplo, un contrapeso adecuado podría consistir en un volumen de agua que puede ser eliminado de la estructura de soporte del seguidor cuando esté nevando, así como disponer de un sistema de reinyección de agua a la estructura de contrapeso cuando la nieve se derrite. Lógicamente, este concepto es aplicable solamente en aquellas estructuras que tienen poca capacidad de carga adicional.

De acuerdo con lo anterior, se desprende claramente que el seguidor giratorio tipo carrusel de la presente invención, con paneles fotovoltaicos susceptibles de posicionamiento variable en el plano vertical, presenta múltiples e importantes ventajas constructivas y operativas frente a otros seguidores utilizados en el estado actual de la técnica. A continuación se detallan brevemente algunas de estas ventajas:

a)

Una considerable reducción volumétrica visual de un seguidor realmente integrado a la superficie de soporte, tanto si se sitúa sobre una cubierta de una edificación como se si apoya directamente en el suelo;

b)

La alta capacidad de producción mediante el movimiento en dos ejes en un espacio reducido, permite instalar un mayor número de seguidores en una misma superficie sin generar sombras, lo que se traduce en una multiplicación de la potencia instalada por hectárea en un factor aproximado de 3;

c)

Puesto que la altura máxima del seguidor es del orden de 2 metros en la posición de máxima apertura de los paneles fotovoltaicos y del orden de 1 metro en la posición de resguardo, ofrece una protección muy alta frente a vientos fuertes;

d)

Como consecuencia de lo que se expone en el apartado c), el seguidor de la invención permite operar con velocidades de viento máximas más elevadas que en los seguidores convencionales, con una reducción importante del riesgo y un aumento de la producción;

e)

Dada la simplicidad de las estructuras, los costes de montaje también se reducen significativamente;

f)

Con valores de altura como los mencionados anteriormente, los seguidores de una instalación resultan fáciles de limpiar y de mantener;

g)

El impacto ecológico también mejora sustancialmente, ya que no contamina la visual a larga distancia;

h)

La cimentación de los carruseles de suelo ofrece una gran estabilidad al volcamiento, y transmite presiones muy bajas al terreno, por lo que las vigas prefabricadas de hormigón van directamente sobre la superficie sin necesidad de costosas excavaciones del terreno;

i)

Una vez agotada la vida útil de la instalación, su remoción incluyendo la cimentación es muy económica, y

j)

La configuración estructural del carrusel permite que el armado pueda llevarse a cabo con la utilización de tornillos y similares, lo que le confiere una gran elasticidad frente a los esfuerzos externos.

No se considera necesario hacer más extenso el contenido de la presente descripción para que un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas que de la misma se derivan, así como llevar a cabo la realización práctica de su objeto.

No obstante lo anterior, y puesto que la descripción realizada corresponde únicamente con un ejemplo de realización preferida, se comprenderá que dentro de su esencialidad podrán introducir múltiples modificaciones y variaciones de detalle, asimismo comprendidas dentro del alcance de la invención, y que en particular podrán afectar a características tales como la forma, el tamaño o los materiales de fabricación, o cualesquiera otras que no alteren la invención según ha sido descrita y según se define en las reivindicaciones que siguen.

Claims (3)

1. Seguidor solar a dos ejes, para la generación de energía eléctrica a partir de la radiación solar incidente sobre paneles fotovoltaicos (4) , cuyo seguidor está capacitado para realizar un movimiento giratorio, a modo de carrusel, en el plano horizontal y un movimiento de los paneles fotovoltaicos (4) en el plano vertical para una orientación óptima de estos últimos respecto a la radiación solar que permita maximizar el rendimiento de la instalación, caracterizado porque comprende un pista o carril (1) circular preparado para su instalación sobre una superficie horizontal de soporte ajustable, cuyo carril (1) circular sustenta una estructura rígida, metálica, compuesta por un bastidor (2) que comprende elementos tubulares longitudinales y transversales, sustentado por cuatro grupos (3) de rodadura, de los que uno está motorizado, posicionados para apoyar y desplazarse rotacionalmente sobre el mencionado carril (1) horizontal, cuyo bastidor (2) sustenta y transporta los diversos grupos de paneles (4) fotovoltaicos asociados por su borde inferior a elementos tubulares (5) extendidos transversalmente al bastidor (2) y susceptibles de pivotamiento por la acción de un único actuador (6) que se extiende según la dirección longitudinal del bastidor (2) y que está unido articuladamente a una leva y contrapeso (7) respectiva asociada a cada uno de los mencionados elementos tubulares (5) pivotantes, para actuar simultáneamente sobre el posicionamiento de la pluralidad de conjuntos de paneles(4) fotovoltaicos.

2. Seguidor según la reivindicación 1, caracterizado porque cada grupo (3) de rodadura comprende una primera rueda (8) vertical de apoyo sobre la pista de rodadura del carril (1) de soporte, y una segunda rueda (10) horizontal, sustentada por un brazo (9) lateral, situada por el interior de la pared lateral del carril (1) circular para mantener el conjunto del seguidor ventajosamente guiado respecto a dicho carril (1) durante el movimiento de rotación de la estructura (2).

3. Seguidor según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende adicionalmente una estructura (14) metálica rígida, compuesta por un entramado de elementos tubulares longitudinales y transversales, dotada de apoyos (15) inferiores desde los que emergen montantes (15) verticales de altura variable de modo que los elementos tubulares (14a) longitudinales determinan un plano de apoyo superior inclinado según la dirección longitudinal, sobre el que apoya el carril (1) circular, con vistas a compensar la eventual inclinación de cualquier superficie de soporte que presente una inclinación complementaria, para garantizar el posicionamiento horizontal de dicho carril circular.