ES2495590B1 - Mecanismo de giro azimutal para seguidores solares - Google Patents

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Abstract

Mecanismo de eje azimutal para seguidores solares, que comprende un pedestal vertical (1) sobre el que va montado un soporte giratorio (2) que es portador de los paneles solares (7) y es accionado mediante al menos tres cilindros hidráulicos (4, 5 y 6) que están situados en un mismo plano horizontal y van articulados por la carcasa al soporte giratorio (2) mediante un primer eje vertical móvil (18), mientras que los vástagos de los tres cilindros atraviesan la pared del soporte giratorio y se articulan a igual altura al pedestal mediante un segundo eje de giro vertical fijo (21).

Description

MECANISMO DE GIRO AZIMUTAL PARA SEGUIDORES SOLARES
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un mecanismo de giro azimutal para seguidores solares, del tipo constituidos por un pedestal vertical sobre el que va montado, con facultad de giro alrededor del eje del pedestal, un soporte giratorio que es portador de los paneles solares y es accionado mediante cilindros hidráulicos que van articulados al soporte y pedestal, mediante sendos ejes verticales.
Más concretamente, el mecanismo de la invención está destinado a seguidores solares con forma de T, con movimiento de la estructura portante de sus superficies reflectantes en ejes de azimut y elevación con respecto al pedestal fijo.
Estado de la técnica
En la actualidad existen numerosos mecanismos de soporte y giro de estructuras de seguidores solares, que se pueden clasificar en función del recorrido angular que pueden ofrecer, de sus capacidades de carga tanto en retención como en actuación y de su precisión para seguir al sol. Y todos ellos con un objetivo claro de reducción de sus costes de fabricación, de montaje y mantenimiento para unas prestaciones requeridas.
De especial dificultad y coste resulta el mecanismo de giro azimutal, del que pueden citarse como antecedentes la US6123067 y la W02013/178850 A1, basadas en la actuación de dos cilindros hidráulicos.
El mecanismo objeto de la US6123067 comprende un marco giratorio que gira alrededor del pedestal, accionado por dos cilindros hidráulicos. Este mecanismo resulta complejo, de coste elevado y presenta el problema de que se originen elevadas holguras que requieren un mantenimiento constante .
La solicitud de patente WO 2013/178850 A1 divulga un mecanismo de actuación hidráulica en azimut materializada mediante dos cilindros hidráulicos unidos en un mismo eje común pero a distinta altura para que no se crucen, y que permite un giro completo de 3600 de la estructura de paneles solares con respecto al pedestal de soporte. El problema de este mecanismo azimutal es que en su recorrido circunferencial su capacidad de carga es muy variable y desequilibrada, de modo y manera que para poder absorber la carga de viento que la estructura portante puede recibir en cualquier dirección, requiere un fuerte sobredimensionamiento de todo el mecanismo, tanto para su capacidad de carga de actuación para mover la estructura como para soportar el viento sin moverse.
Además del desequilibrio de cargas que la actuación mediante dos cilindros hidráulicos, dada su posición relativa entre ellos, habitualmente optimizada en una separación angular entre los mismos del orden de 90°, genera a lo largo del recorrido azimutal del seguidor, existe otro desequilibrio y que es el generado sobre el eje común al que se unen los cilindros al disponer sus extremos uno sobre otro y con ello causar un momento flector adicional sobre el eje. Este desequilibrio de cargas, derivado de la posición relativa entre los dos cilindros por un lado y por otro de que los extremos de los cilindros se unan a un mismo eje común pero uno sobre otro, obliga a la necesidad de disponer de rótulas esféricas en los extremos de esos cilindros en su unión al eje. Estas rótulas esféricas, caras y que ocupan mucho espacio, se disponen para absorber las desviaciones de deformación del sistema al introducirle cargas desequilibradas y descentradas y con ello evitar la rotura de los cilindros o una durabilidad tremendamente reducida de los mismos y de sus uniones al resto del mecanismo azimutal. De la misma manera, el elemento mecánico giratorio entre la parte móvil del seguidor solar y el pedestal fijo, habitualmente un rodamiento, también sufre cargas mucho más elevadas como consecuencia de ese desequilibrio de cargas que transmiten los cilindros al eje común al que se unen, forzando a un sobredimensionamiento de ese elemento mecánico giratorio, típicamente un rodamiento o un cojinete, que trate de minimizar su mayor desgaste en servicio y consiga una durabilidad aceptable.
En plantas termo-solares de torre central y campo de helióstatos, la economía de escala para reducir los costes de generación eléctrica está llevando a plantas cada vez más grandes, que requieren del orden de miles de helióstatos de gran tamaño y que llevan a una configuración de campo solar de 3600 rodeando la torre. Para este tipo de campos solares el recorrido angular en el eje de azimut necesario para los helióstatos es muy elevado, en especial para los helióstatos situados en la zona sur para una planta solar localizada en el hemisferio norte de la tierra, hasta el punto de necesitar el giro completo para poder seguir en todo momento al sol y evitar indisponibilidades durante la operación de la planta. En un mecanismo azimutal de gran recorrido angular, pero con finales de carrera el giro útil de azimut puede ser del orden de 350°, es decir, casi pero no giro completo. En estos casos y para el campo sur de helióstatos se producen dos tipos de singularidades durante la operación de la planta, cuando los helióstatos siguen al sol. Una de ellas es la singularidad que se podría denominar de ángulo muerto de azimut al no poder hacer el giro completo de modo que cuando el helióstato llega a su tope tiene que dar una vuelta completa para volver a poder posicionarse en seguimiento al sol perdiendo su disponibilidad mientras dura esa maniobra que puede ser del orden de 30 minutos. Pero hay otra indisponibilidad y de mayor impacto en la indisponibilidad de los helióstatos del campo sur; consiste en la incapacidad para los helióstatos del campo sur cuando para seguir al sol y enviar su energia reflejada al receptor situado en lo alto de la torre tienen que posicionarse con un ángulo de elevación muy bajo, es decir, muy horizontales, para seguir al sol a la velocidad de seguimiento, que tiene que ser suficientemente baja para seguirle con la adecuada precisión. En este caso el helióstato tiene que reposicionarse activando una velocidad de emergencia, mucho más rápida, para buscar su más próxima posición de seguimiento que minimice su tiempo de indisponibilidad.
Todas estas indisponibilidades pueden ser minimizadas dotándole al mecanismo de azimut de capacidad de giro completa, de más de 360°, dado que el rango de giro en elevación suele estar limitado a 90° o poco más para evitar complicar y encarecer innecesariamente la actuación en el eje de elevación.
La actuación hidráulica en el eje de azimut, basada en cilindros hidráulicos, resulta muy atractiva por su fiabilidad y coste reducido, y por su alta capacidad de carga, pero su materialización física es la clave para conseguir una capacidad de giro elevada, de más de 360° y trabajando con una capacidad de carga equilibrada a lo largo de todo su giro para optimizar el mecanismo y con ello los tamaños de sus cilindros hidráulicos.
Descripción de la invención
Como se ha indicado anteriormente, el mecanismo de la invención es del tipo que comprenden un pedestal vertical sobre el que va montado, con facultad de giro alrededor del eje del pedestal, un soporte giratorio, el cual es portador de los paneles solares y va accionado mediante cilindros hidráulicos articulados al soporte y pedestal, mediante sendos ejes verticales.
De acuerdo con la invención el mecanismo comprende al menos 3 cilindros hidráulicos que van situados en un mismo plano horizontal. Estos 3 cilindros hidráulicos van
5 articulados por la carcasa al soporte giratorio mediante un primer eje de giro vertical móvil, que queda situado fuera del contorno del pedestal. Por su parte, los vástagos de los 3 cilindros atraviesan la pared del soporte giratorio, a través de sendas aberturas, y se articulan a igual altura al pedestal, mediante un segundo eje de giro vertical fijo, que queda situado dentro del contorno de dicho pedestal.
10 La disposición descrita permite al seguidor solar tanto su completo recorrido azimutal como su recorrido en el eje de elevación desde 90° (orientación vertical) hasta al menos 0° (orientación horizontal). El mecanismo de la invención permite lograr un equilibrado mucho más óptimo a lo largo de los 360° de movimiento azimutal, no solo
15 de sus cilindros hidráulicos sino también de todas sus estructuras soporte, y por tanto más económico. Este mejor equilibrado permite a su vez una muy superior capacidad de regulación del movimiento azimutal en su seguimiento al sol.
Además, la disposición de los tres cilindros en el mismo plano no genera el momento
20 flector adicional que generaría sobre el eje común al que se unen si los tres cilindros se dispusieran uno encima del otro, al menos en dos de los tres cilindros; así se puede evitar, junto a la disposición de los tres cilindros a 120°, la necesidad de caras rótulas esféricas en el extremo de cada cilindro en su interface al eje común. De la misma manera, este mejor equilibrado de cargas permitirá la utilización de rodamientos más
25 sencillos y baratos como elemento mecánico giratorio de interface entre el seguidor móvil y su pedestal fijo, o incluso la utilización de cojinetes de fricción sin detrimento de una suficiente durabilidad.
Preferentemente los cilindros hidráulicos irán dispuestos angularmente en posiciones
30 equidistantes. Según una forma preferida de ejecución, el mecanismo comprende 3 cilindros hidráulicos dispuestos angularmente entre sí a 120°.
Otras combinaciones de posicionado relativo entre los cilindros son posibles dentro del alcance de la presente invención, si con ello permiten definir un mecanismo más 35 compacto y con más libertad de movimiento del seguidor solar en sus rangos de movimiento en azimut y elevación; aunque con ello pudiera perderse algo en el
equilibrado de cargas, que en todo caso siempre sería mucho mejor que el conseguible mediante solo dos cilindros en azimut. Un caso típico sería, en el caso de 3 cilindros, modificar el posicionamiento de los 3 cilindros desde un posicionamiento equidistante, a 120°, entre los cilindros, a un posicionamiento a 60° entre ellos, dejando libre y diáfana el área hacia la que se mueve el seguidor solar cuando en elevación pasa de 0° (horizontal) a 90° (vertical), permitiendo con ello compactar el mecanismo de azimut.
Para conseguir la fijación de los vástagos de los 3 cilindros hidráulicos al segundo eje vertical, con dichos vástagos a igual altura, estos quedan rematados en sus extremos de conformaciones acoplable s entre sí, a través de las cuales dichos vástagos se articulan a igual altura en el segundo eje vertical.
Las conformaciones citadas pueden adoptar, al menos en dos de los vástagos de los cilindros hidráulicos, forma de horquillas superponibles, que abrazarán el extremo del vástago del tercer cilindro hidráulico.
El soporte giratorio puede estar constituido por una carcasa de pared cilíndrica, en la que están practicadas las aberturas para el paso de los vástagos de los 3 cilindros hidráulicos. Esta pared cilindrica queda cerrada por sus bases mediante 2 placas paralelas de contorno triangular, que sobresalen respecto de la pared cilindrica al menos en sus porciones angulares, conformando parejas de orejetas entre las que se articulan las carcasas de los cilindros hidráulicos a través de los primeros verticales, estando la placa inferior al menos abierta según el contorno de la pared cilíndrica , con el fin de permitir el paso del segundo eje vertical al que se articulan, a igual altura, los vástagos de los tres cilindros.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra, como ejemplo de realización no limitativo, una
posible forma de ejecución del mecanismo de azimut de la invención.
La figura 1 muestra en alzado lateral un seguidor solar, con los paneles solares
en posición vertical, que incluye el mecanismo de la invención.
La figura 2 es una vista similar a la figura 1, con los paneles solares en posición
horizontal.
La figura 3 muestra en perspectiva superior el mecanismo de la invención.
La figura 4 es un alzado lateral del mismo mecanismo. La figura 5 muestra en perspectiva superior el soporte giratorio del mecanismo de la invención. La figura 6 muestra en perspectiva la disposición de los tres cilindros hidráulicos que entran a formar parte del mecanismo de la invención. La figura 7 es un despiece en perspectiva de los diferentes componentes del mecanismo de la invención. Las figuras 8A a 8F muestran en planta posiciones sucesivas del mecanismo, obtenidas por actuación de los tres cilindros hidráulicos.
Descripción detallada de un modo de realización
En las figuras 1 y 2 se muestra un seguidor solar compuesto por un pedestal vertical
(1) fijo, sobre el que va montado un soporte giratorio (2), que puede girar alrededor de un eje vertical, coincidente con el eje del pedestal vertical (1). El giro del soporte giratorio (2) se consigue mediante la actuación conjunta de tres cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5), dispuestos preferentemente en posición angular equidistante y situados en un mismo plano horizontal.
El soporte giratorio (2) es portador de la estructura (6), sobre la que van montados los espejos (7), que reciben la acción directa de los rayos solares. La estructura (6) puede bascular, alrededor del eje horizontal (8), entre una posición vertical, figura 1, y una horizontal, figura 2, mediante la actuación del cilindro de elevación (9), cuya carcasa va articulada entre orejetas solidarias del soporte (2).
Mediante el cilindro de elevación (9), los espejos (7) pueden ocupar cualquier posición entre una vertical, figura 1, y una posición horizontal, figura 2. Por su parte, mediante la actuación conjunta de los tres cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5) se puede pasar desde la posición de la figura 8A hasta cualquiera de las posiciones azimutales e intermedias, tal y como se expondrá más adelante con referencia a las figuras 8A a 8F.
En la figura 3 se muestra el pedestal vertical (1), compuesto por una columna cilíndrica
(10) y una cabeza (11) unida a la columna (10), formando en conjunto el pedestal (1) de eje vertical.
El soporte giratorio (2) va montado sobre el pedestal (1), con facultad de giro alrededor del eje vertical de dicho pedestal, mediante cualquier sistema de apoyo giratorio conocido, por ejemplo por interposición de una corona de rodadura (12) figuras 4 y 7.
El giro del soporte (2) se logra por la actuación de los cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5).
En la realización del ejemplo representado en las figuras 4, 5 Y 7, el soporte giratorio está constituido por una pared cilíndrica (13) y dos placas paralelas (14 y 15) de contorno triangular, fijadas a la pared cilíndrica en posiciones coincidentes, sobresaliendo de la pared cilíndrica al menos en las porciones angulares (16), las cuales disponen de orificios (17) alineados verticalmente, para el paso de un primer eje vertical (18) que servirá como medio de articulación de la carcasa de los cilindros (3, 4 Y 5) al soporte giratorio. Los tres ejes (18) quedan situados fuera del contorno del pedestal (1) Y son angularmente desplazables en dirección perpendicular a dichos ejes.
En la pared cilíndrica (13) van fijadas dos orejetas externas (19), entre las que se articula la carcasa del cilindro hidráulico (9).
La pared cilíndrica (13) dispone de tres aberturas (20), a través de las que los cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5) penetran dentro del soporte giratorio (2) para articular el extremo de sus vástagos, a igual altura, en un segundo eje de giro vertical fijo (21), solidario al pedestal (1). Este segundo eje de giro vertical (21) queda situado dentro del contorno del pedestal.
Según puede apreciarse mejor en las figuras 6 y 7, los vástagos de los cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5) quedan rematados en conform aciones acoplables, que pueden adoptar formas de horquilla (22). Para la disposición descrita, al menos la placa inferior
(15) del soporte giratorio (2) irá abierta en su zona central para permitir el paso del segundo eje de giro vertical (21) Y su fijación al pedestal (1). De igual forma, también la placa superior (14) puede ir abierta en su parte central, según se muestra en las figuras (3 y 7).
Preferentemente los cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5) irán dispuestos en un mismo plano horizontal, en posiciones angularmente equidistantes, de modo que en el caso de tres cilindros irán separados entre sí 120°.
En las figuras 8A a 8F se representan diferentes posiciones angulares del soporte giratorio (2), por actuación de los cilindros hidráulicos (3, 4 Y 5).
En la figura 8A se representa una posición de azimut 0°, a partir de la cual se 5 representan posiciones sucesivas de azimut. De 60° en la figura aB, de 1200 en la figura BC, de 1800 en la figura 8D, de 2400 en la figura 8E y de 3000 en la figura 8F.
En todos los casos, el segundo eje vertical (21) queda situado en la misma posición, al ir fijado al pedestal (1), mientras que los cilindros (3, 4 Y 5) varían de longitud y
10 posición, así como también el primer eje vertical (18), provocando el giro del soporte giratorio (2), que es portador de las armaduras (6) portadoras de los espejos (7), para su orientación.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Mecanismo de giro azimutal para seguidores solares, que comprende un pedestal vertical sobre el que va montado, con facultad de giro alrededor del eje del pedestal, un soporte giratorio que es portador de los paneles solares y es accionado mediante cilindros hidráulicos articulados al soporte y pedestal, mediante sendos ejes verticales, caracterizado por que comprende:
    Al menos tres cilindros hidráulicos situados en un mismo plano horizontal.
    Los tres cilindros hidráulicos van articulados por la carcasa al soporte giratorio
    mediante un primer eje de giro vertical móvil, que está situado fuera del
    contorno del pedestal.
    Los vástagos de los tres cilindros atraviesan la pared del soporte giratorio, a
    través de sendas aberturas, y se articulan a igual altura al pedestal mediante
    un segundo eje de giro vertical fijo, situado dentro del contorno de dicho
    pedestal.
  2. 2.-Mecanismo según reivindicación 1, caracterizado por que los extremos de los vástagos de los tres cilindros presentan conformaciones acoplable s entre si, con los cilindros situados en un mismo plano horizontal, a través de cuyas conformaciones dichos vástagos se articulan a igual altura en el segundo eje vertical.
  3. 3.-Mecanismo según reivindicación 1, caracterizado por que los cilindros hidráulicos van dispuestos angularmente en posiciones equidistantes.
  4. 4.-Mecanismo según reivindicaciones 1 y 3, caracterizado por que comprende tres cilindros hidráulicos dispuestos angularmente entre si a 120°.
  5. 5.-Mecanismo según reivindicaciones 1 y 3, caracterizado por que los vástagos de al menos dos de los cilindros hidráulicos quedan rematados en forma de horquillas superponibles, que abrazan el extremo del vástago del tercer cilindro hidráulico.
  6. 6.-Mecanismo según reivindicación 3, caracterizado por que el soporte giratorio comprende una pared cilíndrica, en la que están practicadas las aberturas para el paso de los vástagos de los tres cilindros hidráulicos, y dos placas paralelas de contorno triangular fijadas en posiciones coincidentes a las bases de la pared cilíndrica, respecto de la que sobresalen al menos en sus porciones angulares, entre cuyas porciones angulares se articulan las carcasas de los cilindros hidráulicos a través del primer eje vertical, estando la placa inferior abierta según el contorno de la pared cilíndrica, para el paso del segundo eje vertical, al que se articulan a igual altura los vástagos de los tres cilindros.
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