ES2402719B1

ES2402719B1 - Sistema de celosías solares autónomas

Info

Publication number: ES2402719B1
Application number: ES201031667A
Authority: ES
Inventors: Roberto Casas Nebra; David SANCHO COHEN; Jose Ignacio Artigas Maestre; Jorge Falco Boudet; Alejandro IBARZ GARCIA; Angel Asensio Gimeno; Alvaro Marco Marco; Hector Julian GRACIA MONTERO
Original assignee: Universidad de Zaragoza
Current assignee: Universidad de Zaragoza
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: ES2402719A2; ES2402719R1

Abstract

Sistema de celosías solares autónomas.#Se describe un sistema de celosías solares autónomas que no requiere de cableado ni para su instalación ni para su control. Asimismo dispone de un sistema de alimentación autónomo, basad en energía solar que permite su utilización de forma independiente. Como característica adicional el sistema objeto de la invención permite su integración en entornos domóticos.

Description

Sistema de celosías solares autónomas

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el campo de la construcción, más concretamente en el campo de las celosías o persianas.

El objeto de la invención consiste en una celosía que no requiere cables ni de control ni de alimentación para su instalación por lo que se prescinden de rozas y otras obras interiores del edificio ya que todo el sistema de control y alimentación prescinde de cables y que además puede ser integrado en sistemas domóticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, se dispone de celosías con diversos tipos de lamas tanto en anchura como en longitud y material. Dichas lamas pueden ser accionadas manualmente o mediante un motor lineal alimentado mediante una red de corriente alterna o un bus de corriente continua comandado por un interruptor el cual se encuentra cableado al motor; éste a su vez, incorpora unos finales de carrera para detectar los topes del recorrido. La instalación del sistema de celosías con movimiento mediante motor, implica la realización de una instalación de cableado con rozas en la pared, tanto para la posible implementación de una interfaz de usuario, en ese caso un interruptor, como para la alimentación mediante corriente alterna.

Además la instalación de este tipo de sistemas comandados manualmente no permite su integración en un sistema domótico para su control de manera automatizada. Asimismo el sistema de cableado, presenta al menos dos problemas a tener en cuenta: los costes de la instalación del cableado en un edificio en obras y la posibilidad de instalar lamas controladas mediante motor en edificios ya construidos.

En el primer caso, instalar un sistema de celosías controlado mediante un motor, implica la realización de varias rozas en la pared, tanto para la alimentación del motor como para la conexión del interruptor para su control. Ello supone un coste extra en la instalación, además del material necesario.

Cuando se trata de edificios ya terminados de construir, la instalación es aún más cara. Hacer las rozas una vez enlucida y pintada la pared, implica volver a enlucir y pintar. Por ello, la instalación de celosías controladas mediante motor, en edificios ya construidos, no se suele considerar.

La solución sería un sistema que no necesitara ningún tipo de cableado ni para el control ni para la alimentación y que además permite ser controlado automáticamente o conectado a un sistema domótico.

En la bibliografía, existen diversos ejemplos de sistemas autónomos que buscan evitar el cableado mediante comunicaciones inalámbricas y alimentándose mediante un sistema solar.

Por todo lo anterior se hace deseable tener un sistema de celosía que sea autónomo en cuanto a su alimentación y a su instalación, y sería aún más interesante si además pudiera ser integrado en sistemas domóticos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema objeto de la invención propone una solución al problema anteriormente planteado de tal forma que, en el caso de la alimentación, el objeto de la invención se basa inicialmente en que no siempre se está consumiendo energía, asimismo se elimina el suministro de energía por corriente alterna o bus de continua y se obtiene a partir de las celosías solares. Ello implica que en vez de instalar la potencia necesaria para alimentar a la carga directamente, se puede instalar una placa solar de menor potencia (y por tanto tamaño) que almacene energía en una batería durante un largo periodo de tiempo para que cuando la carga lo necesite, ésta tenga suficiente energía almacenada. Además, si hace necesaria potencia durante un tiempo corto y se recibe una potencia inferior durante más tiempo al final la energía es la misma.

El suministro de energía se realiza mediante células solares instaladas en las celosías o en las proximidades de las mismas. Para poder dotar al sistema de autonomía independientemente de la cantidad de luz que incida sobre las placas, el sistema dispone de un módulo de baterías capaz de garantizar el movimiento de las celosías en cualquier caso.

Este sistema de alimentación unido a una comunicación inalámbrica entre los interfaces de control (p. ej.

ES 2 402 719 A2

interruptores), hace que no sea necesario ningún tipo de cableado, facilitando la instalación de la celosía en casas ya construidas o en lugares donde no se puedan realizar rozas u obras similares.

Asimismo el sistema objeto de la invención comprende un control del motor mediante microcontrolador, dicho microcontrolador permite prescindir de la incorporación de finales de carrera para detectar cuando las lamas han llegado a los topes, posibilitando a su vez la detección de atascos ya sea por un fallo mecánico o porque hay un objeto obstaculizando, pudiendo actuar en consecuencia, parando el motor o invirtiendo su sentido.

Uno de los problemas de la energía solar respecto a la carga de baterías es la variabilidad de la intensidad suministrada, por ello además de situarse en el punto de transferencia máxima de potencia para conseguir una carga óptima de la batería que no la dañe, hay que asegurar un flujo de intensidad constante para la carga. Lo mismo ocurre con la carga, si el consumo de intensidad no es constante con picos de intensidad temporales (por ejemplo el arranque de un motor), la batería se ve obligada a realizar unos cambios bruscos que acortan su vida útil. El sistema objeto de la invención dispone de un sistema híbrido que combina condensadores (supercondensadores) con baterías, lo cual permite, mediante la pre-carga del condensador, suministrar corriente de manera constante a la batería además de proveer los picos de corriente rápidos que necesite la carga sin que ello afecte a la vida útil de la batería.

Ello implica además de una mejora en la salud de las baterías por estar suministrando corriente constante durante un tiempo más corto y por tanto hay la posibilidad de que el suministro sea más continuo. Para conseguir una gestión eficiente de una carga conectada a una batería, que en algunos casos pueden suponer un incremento del 50% de duración de la misma, se pueden utilizar reguladores con baja caída (LDO), otra opción es trabajar al voltaje adecuado, o que el consumo se haga a pulsos en vez de en forma continua, o hacer uso de baterías duales o incluso variar la frecuencia del microcontrolador en función de la potencia necesaria del mismo; todo ello puede contribuir a conseguir un incremento en la duración de la batería desde un 20% hasta superar el 50% en algunos casos. El sistema puede incorporar uno o varios sistemas de gestión de la carga para conseguir el consumo más óptimo dependiendo del entorno de implementación.

El control de las celosías se realiza mediante una tecnología de comunicación inalámbrica para evitar el cableado entre la celosía y el dispositivo de control que puede ser un interruptor, bien mediante Zigbee, Wifi, Bluetooth, infrarrojos o mediantes sistemas propietarios de transmisión por ondas de radio. En el caso de las celosías, el sistema de comunicaciones se alimenta mediante la misma energía que utiliza el motor, la cual ha sido suministrada mediante las células solares ubicadas en las lamas de la celosía.

Asimismo el sistema no necesita ningún tipo de cableado por lo que el interruptor o dispositivo de control no hace uso de cables ni para su alimentación de energía ni para establecer comunicaciones con el módulo de procesamiento del sistema, que es el que gobierna el mismo.

Las celosías se conectan directamente al motor, pero éste no está conectado directamente a la red eléctrica sino que lo hace mediante un sistema de control intermedio, el cual a su vez tiene la posibilidad de comunicaciones inalámbricas que se conectan a un sistema domótico centralizado o a un control manual.

Dichos dispositivos de control pueden ser interruptores inalámbricos alimentados con pilas, utilizando tecnología de captación de energía mediante un piezoeléctrico que transforme energía del movimiento y utilizando la energía luminosa para su funcionamiento. Esta última alternativa que es la preferida para llevar a cabo el objeto de la invención, implica una optimización en la captación de energía solar, ya que en interiores al no incidir la luz directa del sol, la captación de energía de las células solares es muy inferior a las que se encuentran a cielo abierto, para ello se hace uso de los algoritmos de captación de energía implementados en el microcontrolador que se encarga de realizar los cálculos necesarios en función de los datos generados por los sensores para generar órdenes y enviarlas al motor,

o a otro dispositivo si es necesario, para mover las lamas o realizar cualquier otra operación en función de la energía captada o almacenada en las baterías.

Otra característica importante del sistema es que las comunicaciones inalámbricas integradas pueden conectarse a una red de un sistema domótico lo que permite el control de la celosía por un sistema centralizado para, por ejemplo, variar la luz solar que entra por la ventana. En este sentido y para facilitar la interoperabilidad con sistemas existentes se puede adoptar protocolos de comunicaciones estándar como ZigBee, Wifi, Bluetooth, sistemas de transmisión por ondas de radio, etc. Tal y como se ha indicado en el apartado referido a la optimización de la captación de energía, el sistema se vale de distintos sensores para la situación en el punto máximo de potencia (MPP); pero dichos sensores, u otros complementarios, sirven para implementar funciones domóticas, entre los sensores utilizados en este último caso cabe destacar el uso de sensores de temperatura, de luz o de presencia.

ES 2 402 719 A2

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

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 un diagrama del sistema objeto de la invención.

Figura 2.- Muestra un esquema del sistema objeto de la invención integrado en un sistema domótico.

Figura 3.- Muestra una gráfica de la máxima potencia de la placa (MPP) en la curva V/I de una célula solar.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del sistema (1) objeto de esta invención.

En un modo de realización preferente de la invención, se tiene una celosía de una ventana la cual se encuentra conectada a un motor (3) el cual se encuentra a su vez solidariamente vinculado a unas lamas (2) articuladas de la celosía, ya sea mediante un eje o mediante cualquier otro medio de transmisión de energía, mecánica para así mover las mismas tal y como se desprende de la figura 2.

La alimentación de dicho motor (3) se realiza mediante la energía aportada por unas células solares (6) que se encuentran ubicadas en las lamas (2) cuyo funcionamiento para captar energía está optimizado mediante un módulo de procesamiento (5) y control central.

La energía solar es captada por las células solares (6) para ser transformada en energía eléctrica, siendo el módulo de procesamiento (5) el encargado de controlar la captación de energía mediante dichas células solares (6) de la manera más óptima utilizando algoritmos de funcionamiento en el punto máximo de energía. La energía eléctrica generada se almacena en unas baterías (7) para poder alimentar, por ejemplo, el motor (3). Las células solares (6) se conectan al módulo de procesamiento (5) para la alimentación de diversas partes del sistema (1); siendo dicho módulo de procesamiento (5) el que gestiona el aporte de energía que éstas hacen a las baterías (7).

Dicho módulo de procesamiento (5) gestiona mediante la intervención de un microcontrolador (9) tanto la carga y descarga de las baterías (7) como la gestión del motor (3) mediante un módulo de control y potencia (10); asimismo dicho módulo de procesamiento (5) también es el encargado de realizar las funciones de comunicaciones mediante un módulo de comunicaciones (11) incorporado que dispone de funciones de seguridad de comunicaciones, medios de comunicaciones inalámbricas, etc. La localización física de este módulo de procesamiento (5) se ubica en las proximidades de la celosía o la persiana a manejar para evitar cableados.

Tal y como se observa en la figura 3, el control del sistema (1) se puede realizar mediante un dispositivo de control (4) manual que transmite señales de control del movimiento de la lama (2) u órdenes de control de forma inalámbrica al módulo de procesamiento (5) a través del módulo de comunicaciones (11), el cual permite recibir las órdenes del usuario que éste envía a través del dispositivo de control (4), como puede ser cerrar la ventana mediante el giro de las lamas (2) actuado por el motor (3).

En una realización aún más preferente que aparece reflejada en la figura 1, se puede integrar o vincular tanto el sistema (1) entero como sólo el dispositivo de control (4) en una red domótica que gestione las celosías o persianas mediante una central de procesamiento que se vale de una serie de sensores (8) distribuidos según necesidad para captar datos necesarios y enviarlos al módulo de procesamiento (5) para tomar las decisiones y dar la instrucciones oportunas al sistema (1).

ES 2 402 719 A2

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema (1) de celosías solares autónomas donde dichas celosías comprenden al menos una lama (2) articulada solidaria a un motor (3) encargado de mover dicha lama (2) mediante unos medios de transmisión caracterizado porque comprende:

al menos un dispositivo de control (4) destinado a emitir unas señales de control del movimiento de la lama (2), al menos una célula solar (6) ubicada en la lama (2) encargada de generar energía eléctrica a partir de energía solar, al menos una batería (7) encargada de almacenar al menos parte de la energía eléctrica generada por la célula solar (6), y un módulo de procesamiento (5) que se encuentra ubicado en las proximidades de las celosías y que comprende:

•

un módulo de control y potencia (10) encargado de gestionar la energía generada por la célula solar (6), la carga y descarga de las baterías (7) y el motor (3), y

•

un módulo de comunicaciones (11) encargado de establecer al menos una canal de comunicación entre al menos el dispositivo de control (4) y un microcontrolador (9) para transmitir señales de control a este último, estando dicho microcontrolador (9) encargado de gestionar las funciones del módulo de control y potencia (10) y del módulo de comunicaciones (11).
2.

Sistema (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el canal de comunicación inalámbrica se selecciona de entre el grupo consistente en: zigbee, wifi, bluetooth, infrarrojos y sistemas de transmisión por ondas de radio.
3.

Sistema (1) según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende una serie de sensores (8) conectados inalámbricamente al módulo de procesamiento (5) a través del módulo de comunicaciones (11) que se encuentran adaptados para captar y transmitir datos.
4.

Sistema (1) según reivindicación 4 caracterizado porque los sensores (8) se seleccionan de entre el grupo consistente en: sensores de temperatura, sensores de luz y sensores de presencia.
5.

Sistema (1) según reivindicación 3 ó 4 caracterizado porque los sensores (8) se encuentran conectados a una red domótica.
6.

Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende al

menos un supercondensador conectado a la batería (7) destinado a: suministrar corriente de manera constante a dicha batería (7) mediante una pre-carga del condensador, y proveer de picos de corriente rápidos al sistema (1).

ES 2 402 719 A2

ES 2 402 719 A2

ES 2 402 719 A2