ES2817300B2 - Recolector autonomo de energia solar - Google Patents

Description

DESCRIPCI N

RECOLECTOR AUTÓNOMO DE ENERGÍA SOLAR

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se encuadra en el área técnica de la generación y almacenamiento de energía eléctrica, mediante el aprovechamiento de la luz solar con sistemas robotizados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La superficie del planeta Tierra recibe del Sol unos 122 PetaWattios de energía en forma de radiación electromagnética de forma continua. Una cantidad 10.000 veces superior a la potencia media consumida por toda la humanidad a partir de otros tipos de fuentes energéticas. Además de su ubicuidad, esta forma de energía tiene la mayor densidad de potencia (media global de 170 W/m2) de entre las consideradas renovables, lo que la hace especialmente atractiva en un escenario en el que la disponibilidad y precio de las fuentes de energía tienen un impacto muy importante en el desarrollo económico e industrial de los países desarrollados, que dependen actualmente de la importación de combustibles fósiles.

La energía proveniente del sol ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando, desde las primitivas instalaciones de secado de semillas, pasando por los invernaderos y los actuales colectores térmicos que permiten calentar agua para todo tipo de usos durante el día, hasta las modernas instalaciones termo-solares de concentración a alta temperatura (donde se calientan sales de fluoruro a temperaturas superiores a los 700 °C).

Resultan de particular interés los sistemas solares fotovoltaicos, que permiten producir electricidad de origen renovable, obtenida directamente a partir de la incidencia de radiación solar bien sobre un dispositivo semiconductor o una deposición de metales, que a modo de celdas componen los llamados paneles solares.

Actualmente la capacidad de generación en instalaciones fotovoltaicas supera los 304 GW a nivel mundial. La mayor parte de dicha capacidad se concentra en grandes centrales con miles e incluso millones de paneles solares, como el parque fotovoltaico indio Kurnool Ultra Mega Solar Park, que ocupa una superficie de 2.400 hectáreas en PanyamMandal, en el distrito de Kurnool, en Andhra Pradesh.

Tanto en estas instalaciones como en los sistemas más modestos colocados en los tejados de las casas para autoconsumo, los paneles están fuertemente afianzados al suelo, y suelen disponer de mecanismos que modifican la orientación de los paneles para hacer un seguimiento del Sol, con lo que se incrementa la producción energética al menos un 10%.

Muchas de estas plantas energéticas tienen un ciclo de vida de funcionamiento ininterrumpido con una estimación de uso superior a los 100 años, dado el relativamente bajo mantenimiento o intervención después de su puesta en marcha inicial.

Los paneles tienden a elevarse sobre pilares para facilitar su enfriamiento, evitar que los animales se suban y puedan dañarlos, así como para disponer del margen necesario que permita el alabeo al seguir la posición del Sol y que sus rayos incidan de forma perpendicular sobre la superficie de los paneles.

Dado el tamaño y peso de los paneles, así como el cableado de alta potencia que los une a las estaciones eléctricas donde se conectan a la red, su infraestructura requiere grandes inversiones a la hora de ser instalada y no pueden cambiar de lugar una vez se han construido. Razón por la que los terrenos sobre los que se construyen son cuidadosamente elegidos por su cercanía a las zonas industrializadas donde se ha de consumir la energía, así como por su orografía, climatología y, muy en especial, la cantidad de luz que se recibe sobre la superficie del terreno.

Sin embargo, las necesidades de nuestro entorno cambian rápidamente en los países desarrollados y, aún más, en las economías emergentes. Lo que limita el uso de este tipo de energía limpia e inagotable.

Un ejemplo es la futura demanda de "electrolineras" junto a las carreteras más o menos transitadas, cuya exigencia energética será mayor en determinadas estaciones o periodos del año (como por ejemplo al inicio y final de las vacaciones). Los combustibles fósiles tienen la ventaja de ser almacenados de forma relativamente sencilla, mientras que la tecnología para acumular energía eléctrica todavía no permite escalar a un coste que permita competir en movilidad.

Otro ejemplo en el que los sistemas de generación de energías renovables todavía no han podido dar respuesta es, paradójicamente, el caso de las catástrofes naturales, acentuadas por el cambio climático. Cuando las centrales eléctricas tradicionales son arrasadas por un maremoto, ciclón o un terremoto, no pueden ser sustituidas con rapidez por sistemas de generación de energías limpias. Esto es debido principalmente a la dificultad de afianzar los elementos de generación (como paneles solares o aerogeneradores) y el complejo despliegue de cableado que lo interconecta, que incrementan el coste de la instalación en un contexto en el que la reconstrucción de otras infraestructuras puede ser más prioritaria.

Estos factores hacen que sea difícil considerar el rápido despliegue de las instalaciones de generación de energía fotovoltaica en caso de necesidad en un punto geográfico nuevo.

Actualmente el mercado de la producción de energía solar está dividido en dos sectores en función de su volumen: por un lado, grandes granjas de energía solar, en las cuales en muchos casos se busca la orientación de los paneles sacando el máximo provecho a la luz solar que hay en cada momento del día; y por otro lado, sistemas fijados acoplados a fachadas, azoteas, tejados en los que los paneles están situados normalmente de manera fija y según avance el día tendrán una mayor o menor capacidad de acumular energía solar. En ambos casos, por su propio diseño, no existe la posibilidad de reubicar de una manera sencilla la posición de las placas solares.

En el estado de la técnica se pueden encontrar antecedentes de productos comerciales que permiten generar energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovable en entornos a los que la red eléctrica no puede llegar. Dos ejemplos notables, son los protegidos por las patentes estadounidenses US8833985 y US2012/0020084 cuyo principal objetivo es la iluminación en espacio abierto; para ello, estos aparatos disponen de paneles solares que pueden desplegarse manualmente, la energía recogida se almacena en unas baterías y puede utilizarse para alimentar las bombillas que se localizan al final de un poste. Dado el gran tamaño y peso de ambos aparatos, éstos se integran en remolques ligeros, lo que facilita su transporte cuando se enganchan a un vehículo.

La patente española WO2010/125203 presenta un concepto similar a las anteriormente mencionadas e incorpora en la plataforma del remolque ligero un generador eólico y un compresor que permite almacenar temporalmente la energía recogida en pilas de hidrógeno. Esta combinación de paneles solares y turbina eólica sobre la plataforma de un remolque ligero aparece también en una de las realizaciones preferentes de la patente estadounidense US8295033, donde se utilizan baterías convencionales para almacenar la energía eléctrica almacenada.

En todos los antecedentes encontrados por los inventores, los aparatos de generación y almacenamiento de energía renovable son o bien completamente estáticos o bien requieren la intervención humana para su traslado y manipulación.

DESCRIPCIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

La presente invención aporta un sistema móvil recolector de energía solar que comprende:

- uno o varios dispositivos recolectores de energía solar que transforman dicha energía solar en energía eléctrica,

- un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica,

- un dispositivo de autopropulsión y transporte; y

- un dispositivo autónomo de navegación o guiado del sistema.

Dicho sistema pretende dar una solución práctica y automatizada a los problemas en la generación de energía solar antes mencionados. El sistema recolector de energía solar anteriormente descrito permite generar energía solar a distintas escalas en todo tipo de escenarios cambiantes, así como el aprovechamiento de terrenos combinando su uso en la generación de energía eléctrica y su uso en agricultura y ganadería extensiva sin afectar negativamente a dichas explotaciones agropecuarias.

Para ello se propone el uso de un conjunto de sistemas móviles recolectores de energía solar como los descritos más arriba, que, a modo de enjambre o rebaño de sistemas autónomos y móviles, se coordinan se forma automática, buscan las zonas con mejor insolación a diferentes horas del día en una porción de terreno dado y se distribuyen en esas áreas para captar la mayor cantidad de radiación solar posible y transformarla en energía eléctrica y almacenarla temporalmente en los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. Una vez se alcanza un determinado nivel de carga o una hora del día, cada uno de estos dispositivos se desplaza por sus propios medios hasta un lugar en el que descarga la energía eléctrica en un dispositivo de almacenamiento de mayor capacidad o directamente a la red.

La presente invención propone un concepto nuevo, al presentar un sistema de captación y transformación de energía solar capaz no sólo de reorientarse mediante su movimiento (como los paneles solares de las granjas), sino también de cambiar su posición espacial de forma autónoma. Cabe destacar que el principal objetivo de este sistema móvil es la recolección de energía solar y su transformación en energía eléctrica, que se almacena en un conjunto de baterías internas. Esta capacidad de movimiento autónomo le permite recorrer grandes distancias para localizar puntos óptimos en los que captar luz solar y regresar al punto de partida o a otras localizaciones predeterminadas en las que descargar dicha energía.

Así pues, el sistema recolector autónomo de energía solar objeto de la invención viene a cubrir un hueco entre dos nichos de mercado actualmente existentes, las granjas de paneles fotovoltaicos independientes y orientables y las instalaciones de paneles fotovoltaicos fijados a un edificio o estructura y que no son orientables. En función del número de unidades, su tamaño y su autonomía, puede ser utilizado tanto para autoconsumo, como para cubrir la demanda de terceros exportando el excedente a través de una red de distribución de energía eléctrica.

Preferiblemente el sistema comprende un dispositivo de control con una unidad de procesamiento de datos asociada a uno o varios dispositivos recolectores de energía solar, al dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, un dispositivo de autopropulsión y transporte y un dispositivo autónomo de guiado del movimiento del sistema para controlar y coordinar las diferentes funciones de cada dispositivo o dispositivo del sistema.

Preferiblemente el sistema comprende al menos un dispositivo de comunicación inalámbrica, tal como un dispositivo de captación y transmisión de datos, por ejemplo de telefonía móvil, internet y/o Bluetooth™.

Preferiblemente el sistema comprende uno o varios sensores que pueden ser de diversos tipos, como por ejemplo sensores de luminosidad, sensores de radiación solar, sensores de proximidad, de humedad.

Por ejemplo, en una forma de realización el dispositivo autónomo de navegación o guiado del sistema comprende una cámara de vídeo situada en el frontal del sistema y un sensor de ultrasonidos situado también en el frontal del sistema y dos sensores de ultrasonidos, cada uno situado a un lado del sistema, con respecto a su dirección normal de avance.

Preferiblemente el sistema comprende un dispositivo de posicionamiento GPS.

Preferiblemente el dispositivo de autopropulsión y transporte comprende un dispositivo de tracción al suelo configurado para permitir el movimiento por terrenos y orografías irregulares. Preferiblemente, el dispositivo de tracción es del tipo oruga, con varias ruedas de propulsión, con suspensión independiente en cada rueda y un conjunto de eslabones que conforman unas bandas de tracción u oruga. No obstante, el sistema puede comprender dispositivos de tracción diferentes, tales como ruedas que elevan el conjunto del sistema sobre el suelo, dejando un considerable espacio libre entre el sistema y el suelo, para circular sobre piedras, baches, troncos, ramas, montículos u obstáculos similares.

Remitiéndonos a la metáfora que dio lugar al término de granjas de producción de energía solar, que rememora a las granjas agrícolas e incluso a las explotaciones ganaderas intensivas, con sus paneles solares fijos o parcialmente orientable; el sistema móvil propuesto en la presente invención se acerca más conceptualmente a una explotación ganadera extensiva o transhumante, donde los sistemas robotizados que generan energía pueden moverse en busca de las zonas con mejor iluminación, de forma semejante a como los animales aprovechan primero las zonas con mejor pasto.

Es más, su sencillo despliegue permite que sean transportados en conjunto y llevados a zonas donde se produce un pico de demanda de energía (como puede ser una isla en plena temporada turística) o un lugar donde hay una necesidad especial (como el caso antes mencionado de las situaciones de catástrofe natural).

El grado de autonomía del sistema depende de la capacidad de cómputo de la unidad de procesamiento de datos del dispositivo de control, el tipo de sensores y la posibilidad de comunicación, como se detalla en los siguientes párrafos.

El sistema recolector solar autónomo puede comprender un dispositivo de guiado o navegación autónomo, que puede estar configurado para reconocer y dividir el terreno en el que actúa creando una malla discreta de vértices y caracterizando su zona de trabajo de manera independiente. Para ello, el sistema está configurado para que se vaya moviendo por la zona de trabajo, identificando obstáculos y determinando el contorno o perímetro de la zona, determinando paso a paso, las coordenadas de cada vértice de la malla. Como ayuda a la orientación, el sistema puede comprender una serie de sensores de ayuda a la navegación, como por ejemplo, en una forma de realización preferente, una videocámara y un sensor de ultrasonidos que determine la presencia de obstáculos, en su parte frontal. Preferiblemente, en los laterales de la dirección de avance, el sistema también comprende sensores de ultrasonidos.

Un segundo aspecto de la invención aporta un sistema de recolección de energía solar que comprende una pluralidad de sistemas recolectores de energía solar según el primer aspecto de la invención configurados para recolectar al menos parte de la energía solar incidente en una zona de trabajo delimitada.

Un tercer aspecto de la invención aporta un método de recolección de al menos parte de la energía solar incidente en una zona de trabajo delimitada que comprende los siguientes pasos:

• aportar uno o más sistemas recolectores de energía solar según el primer aspecto de la invención;

• asignar una subzona de trabajo a cada sistema recolector de energía solar, en caso de haber más de un sistema recolector de energía solar;

• creación por parte de cada sistema recolector de energía solar de una malla de vértices virtual que se corresponde con su (sub)zona de trabajo y caracterización de la intensidad lumínica en cada vértice de la malla virtual a diferentes horas del día y en diferentes días del año;

• posicionamiento de cada sistema en el vértice de máxima intensidad lumínica obtenido en el paso anterior, de acuerdo con el día y la hora actual;

• desplegado de los paneles solares, recolección de energía solar y almacenamiento en forma de energía eléctrica;

• plegado de los paneles y reubicación de los sistemas recolectores de energía solar cuando la posición actual no coincide con la posición de máxima intensidad lumínica actual de acuerdo con la caracterización realizada en el paso anterior; y

• descarga de la energía almacenada a un dispositivo de recolección de energía.

A medida que avanza en su movimiento, a pasos iguales, el sistema móvil determina un vértice de la malla correspondiente que se asocia con su posición actual y paso a paso se va creando una malla de vértices que abarca toda la zona de trabajo. En cada uno de los vértices de la malla realiza una serie de lecturas por medio de un sensor que mide la luminosidad en ese punto, y en cada punto, el sistema gira sobre sí mismo para obtener medidas de sucesivas orientaciones, almacenando además los datos correspondientes a la fecha del año y hora del día en que se produce, en un dispositivo de memoria interna. El objetivo es la determinación de los vértices de la malla donde se obtienen en cada día del año y cada hora del día los máximos valores de intensidad lumínica o de radiación aprovechable, y por tanto, para la captación de energía solar. Una vez se determinen esos vértices de óptimos o máximos, el trabajo de adquisición de energía solar se podrá realizar siempre en esos puntos, sin necesidad de adquirir de nuevo los índices de luminosidad para los vértices de la malla.

Por ello, inicialmente se traza la malla de trabajo y se definen los puntos máximos en el primer día de uso. Durante la primera semana de uso, se van consultando los valores de luminosidad a diferentes horas del día, precisando mejor los puntos máximos donde se debe captar energía, dependiendo de la hora del día. Por tanto, a medida que cambia la posición del sol a lo largo del día debe ir modificando su posición en base a estos valores recogidos. Durante el primer año de uso, se repiten las tareas anteriormente descritas cada tres meses, para determinar los puntos de máxima luminosidad en las diferentes estaciones del año, quedando igualmente almacenados estos datos en la memoria contenida en el dispositivo de control. De esta manera dependiendo del día del año y la hora concreta, el móvil se sitúa en una u otra posición.

De acuerdo a si el terreno es pavimentado o no, el proceso de determinación de la malla será un poco diferente. En el primer caso, el móvil empieza a desplazarse hasta que encuentra un obstáculo. El punto donde encuentra obstáculo es un punto que pertenece al límite del espacio de trabajo y es el origen de coordenadas del sistema. En ese momento el sistema móvil recolector de energía solar comienza a moverse paralelamente a ese límite. Para ello utiliza una cámara y un sensor de ultrasonidos situados en la parte delantera del sistema móvil, más los sensores de ultrasonidos situados en los laterales de la dirección de avance. Los sensores de los laterales le confirman que está recorriendo el contorno del límite. Esta trayectoria continuará hasta que nos encontremos en alguna de las situaciones siguientes:

- Los sensores situados en la parte delantera detecta un nuevo obstáculo. Eso supone que hemos alcanzado una esquina con un ángulo convexo.

- El sensor situado en la parte lateral deja de detectar el límite del espacio de trabajo. Eso supone que hemos alcanzado una esquina con un ángulo cóncavo.

En ambos casos es preciso un cambio de rumbo. El giro se realiza en uno u otro sentido dependiendo del ángulo convexo o cóncavo y de la dirección que tomásemos inicialmente, a la derecha o a la izquierda, al alcanzar el primer punto, origen de coordenadas. De acuerdo a estas sencillas reglas, dependiendo de lo irregular del límite del espacio de trabajo, así como de su tamaño total, el sistema móvil recolector de energía solar tarda más o menos tiempo en completar una vuelta que lo sitúa en el origen de coordenadas.

Durante todo el periodo de creación de la malla de vértices, se ha ido codificando la variación de los elementos motrices del generador (traslación del recolector móvil) por medio de codificadores digitales que miden el movimiento de rotación de los accionamientos (rotación del eje del motor, por ejemplo) que permiten el movimiento del recolector. De esta manera podemos saber el desplazamiento que se ha realizado. Una primera definición simple de la malla consiste en asignar los primeros nodos o vértices a los puntos en los cuales ha encontrado las esquinas, indicando las coordenadas de cada uno respecto del origen de coordenadas de la malla.

El número de esquinas indicado nos da una estimación de la forma geométrica a la que se asemeja el espacio de trabajo. Las dimensiones de esa forma geométrica se pueden estimar a partir de las coordenadas de cada esquina. Esto le permite calcular un área aproximada de la zona o espacio de trabajo, si bien su cálculo no será exacto en la mayoría de los casos, sí nos indica en qué orden de magnitud se encuentra el área de nuestro espacio de trabajo. De acuerdo a este valor se determina la resolución de la malla sobre la que se va a trabajar. Como ejemplo sencillo, un espacio de trabajo de forma cuadrada de 10 metros de lado, y por tanto 100 m2 de área podría tener por ejemplo 100 nodos, con una resolución de 1 metro.

Una vez definida la resolución de la malla, comienza la determinación de cada uno de los nodos de la malla. Los vértices número 1 (el primero que hemos encontrado) y el n (el último que hemos visitado antes de volver de nuevo al origen de coordenadas) determinan el segmento inicial, determinando con sus coordenadas un vector. De manera analítica la unidad de procesado de datos calcula la dirección perpendicular a ese segmento. Esta es la dirección inicial para determinar la malla. El sistema móvil de recolección de energía solar comienza su movimiento en esta dirección y cuando ha recorrido un valor igual a la resolución de la malla se detiene y almacena la siguiente información:

- Número de vértice (n+1).

- Cálculo de sus coordenadas respecto al origen.

- Hora del día.

- Fecha de medición.

- Intensidad lumínica registrada.

A continuación, el generador continúa su movimiento como se ha descrito definiendo distintos vértices hasta que se encuentra un obstáculo (extremo del área de trabajo) a una distancia menor que una resolución (vértice fallido). En esta situación regresa al último vértice definido, el cual pasa a codificarse como una bifurcación.

De una bifurcación tomaremos la siguiente información:

- Coordenadas desde el origen.

- Direcciones y sentidos ya utilizados

Por tanto, la información que se está almacenando es:

- Origen de coordenadas.

- Numeración y coordenadas de todos los vértices externos.

- Vértices internos al espacio de trabajo designados.

- Condición de bifurcación de alguno de los vértices anteriores.

- Listado de bifurcaciones ordenados según han ido apareciendo.

En una bifurcación hay dos alternativas de las cuatro posibles, que ya se han transitado, la dirección entrante y la dirección del vértice fallido. Se calcula la dirección perpendicular a esa dirección, será la nueva dirección, y se elige una de las posibilidades desde la bifurcación (girar a la izquierda o a la derecha).

Puede suceder que al determinar las posibles direcciones a tomar nos encontremos siempre con vértices fallidos (de 3 intentos posibles). En ese caso estamos en una esquina y no podemos trazar más vértices en esa zona. Este punto será denominado Vértice/Nodo Hoja. Al comprobar que es un nodo hoja debe volverse a la última bifurcación almacenada antes de la actual. A este proceso se le denomina tránsito.

Durante el tránsito no se registra información, simplemente se navega hasta la última bifurcación. Para ello el rumbo se define mediante el vector que une el nodo hoja con la última bifurcación. Dada la forma irregular de nuestro espacio de trabajo, se pueden dar las siguientes circunstancias:

- Se alcanza sin cambio de dirección la bifurcación.

- Se detecta un obstáculo delante, con lo cual se debe cambiar de dirección. El giro se realiza a derecha o izquierda, dependiendo de que el punto resultante de girar en un sentido y desplazarse a una distancia de una resolución esté a menos distancia de la bifurcación. Se sigue el algoritmo hasta alcanzar la bifurcación.

En todos los casos determinamos la dirección con la que alcanzamos la bifurcación, y por tanto el giro que debe hacerse para alcanzar el nuevo punto. El nuevo punto será resultado de tomar la última dirección no utilizada de la bifurcación (la misma dirección utilizada en sentido contrario).

En el caso de que el terreno no sea pavimentado y por tanto, podamos encontrarnos huecos, cambios de pendiente, obstáculos fijos, como árboles e incluso obstáculos móviles como animales, la determinación de la malla es similar, sólo que se debe tener en cuenta evitar estos obstáculos aparte de la correcta determinación de los punto de cada vértice, dado que al no ser terreno totalmente plano, el avance del móvil no se corresponde con avance en dirección horizontal, que es como se define la malla.

Para discriminar el desplazamiento en horizontal de la distancia recorrida, el sistema móvil recolector de energía solar puede disponer de un acelerómetro de 3 ejes. Este acelerómetro va a calcular la inclinación del sistema móvil respecto a los tres ejes de un dispositivo cartesiano, y por tanto se obtiene fácilmente por trigonometría el desplazamiento en la dirección horizontal, que es la medida que utiliza para determinar la posición de un nodo de la malla, independientemente de que pase por zonas de orografía irregular.

Otro de los problemas que puede encontrar es la presencia de obstáculos. Los dispositivos de ayuda a la navegación, sensores de ultrasonidos ya indicados, y la videocámara, determinan la presencia de un obstáculo. Una vez procesada la imagen, puede determinar si se trata de uno fijo, como una roca o un árbol, y que por tanto debe evitarse y almacenarse en la malla de manera permanente para que no se vuelva a visitar; o bien si se trata de uno móvil, como un animal, en cuyo caso también debe evitarse, y almacenarse en la malla, pero con la opción de ser revisitado por si posteriormente ya no se encuentra en esa ubicación.

Una vez concluida la fase de determinación de la malla y medida de la intensidad de energía solar en cada uno de los puntos del nodo, el móvil se dirige al nodo óptimo a esa hora del día. En ese nodo se procede al despliegue de los paneles solares.

Para maximizar la recolección de energía solar, el sistema móvil recolector de energía solar puede comprender 5 paneles fotovoltaicos que están plegados en las fases de movimiento del sistema recolector de energía solar. Cuando están plegados tienen forma cuadrada unos sobre otros, situados en la parte superior del sistema móvil y cuando se despliegan se abaten sucesivamente hacia el exterior, accionados por unos motores situados en sus ejes de unión a la placa central, que es fija. Una vez desplegados los paneles, queda el panel fijo en el centro y el resto en forma de cruz griega a su alrededor. Otras disposiciones son igualmente posibles y serán evidentes para el experto en la materia.

La tracción del sistema recolector móvil está diseñada para desplazarse por cualquier tipo de terreno, de manera que se constituye por un dispositivo de oruga compuesto por una cadena o banda de tracción similar a la de un carro de combate y que comprende también una rueda de transmisión trasera y una delantera, rodillo de retorno, diferentes ruedas de rodadura y el rodillo tensor.

Una vez que un sistema móvil recolector de energía solar ha completado su capacidad de carga debe descargar la energía almacenada. De acuerdo al empleo que se esté dando al dispositivo, existen tres opciones: granja de recolección de energía solar, automática o semiautomática, o bien uso como batería.

En este último caso, es recolector está pensado para uso doméstico, de manera que se convierte en una fuente de alimentación pensada para consumo propio, disponiendo de un transformador con un enchufe de corriente eléctrica, salida USB, etc.

Los dos primeros casos están ideados para el establecimiento de una granja de recolección de energía solar e implica el uso simultáneo de un conjunto de sistemas recolectores de energía solar.

Una vez que cada uno de los recolectores ha alcanzado su capacidad de carga se dirigen a una estación acumuladora, fija o móvil a su vez, donde mediante transmisión inalámbrica descargan su carga en un acumulador (descarga automática) o bien un usuario procede bien a realizar una conexión eléctrica mediante un cable conductor o bien al cambio de batería de manera manual. Una vez realizada la descarga, el recolector se reincorpora al sistema.

Precisamente el establecimiento de una granja de recolección precisa la definición de varios elementos. Primeramente, se establece un algoritmo de reparto del terreno entre las unidades que conforman el grupo de recolectores mediante zonas de control en torno a cada uno de ellos, en las que no puede entrar otro recolector.

En sí el sistema se establece como un sistema distribuido: se establece una comunicación entre todos los sistemas recolectores móviles mediante red inalámbrica móvil, indicando cada uno su situación, zona de control, etc. Existe no obstante la posibilidad de que los recolectores se puedan usar en una zona de desastre o sin cobertura, en estos casos, la detección de unos elementos u otros se realiza mediante redes ad hoc, con distancias de al menos 10 metros, y trabajando cada sistema móvil recolector independientemente mientras no entre otro recolector en su zona de control, que viene determinada por el protocolo de comunicación utilizado.

Finalmente, si el sistema recolector siempre trabaja en el mismo espacio, la fase inicial de determinación de la malla ya no es necesaria para el resto de usos y es posible utilizar siempre esta superficie ya cartografiada, o bien recuperar diferentes escenarios adquiridos anteriormente.

En usos sucesivos del dispositivo, y de acuerdo al avance de las estaciones del año, el dispositivo puede aprender y almacenar cuáles son cada día y hora del año los puntos de control más probables como valores de máxima luminosidad. Si el entorno de trabajo del recolector es muy amplio y, por lo tanto, la malla es muy extensa de recorrer, para encontrar los puntos máximos puede realizarse un algoritmo de optimización. Este algoritmo permite acortar la búsqueda del punto de control óptimo sin tener que visitar todos los puntos de una malla. Este algoritmo, no obstante, tendrá en cuenta evitar mínimos locales en esta búsqueda, para ello utilizará algoritmos específicamente pensados para ello, por ejemplo, el algoritmo de recocido simulado. Este algoritmo asemeja el proceso de recocido utilizado en metalurgia, de manera que, iniciando en un valor de “temperatura” alta, permite saltos grandes, en este caso saltos de posición, buscando maximizar el índice de luminosidad, de manera que se baja la “temperatura” paso a paso y los saltos son cada vez más pequeños. Al alcanzar una determinada “temperatura” se termina el algoritmo con el valor de luminosidad muy cercano al valor máximo. No se busca exactamente el máximo, el algoritmo resulta en un valor convergente suficientemente bueno.

BREVE 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, 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:

• La Figura 1 es una representación en perspectiva de un sistema móvil recolector de energía solar según una primera forma de realización de la presente invención.

• La Figura 2 es una representación en perspectiva del sistema móvil recolector de energía solar de la Figura 1 visto desde el otro ángulo, en donde se muestra un detalle de las bandas de tracción.

• Las Figuras 3 y 4 muestran una representación en perspectiva de un sistema móvil recolector de energía solar según una segunda forma de realización de la presente invención, vista desde dos ángulos diferentes.

• La Figura 5 es una representación de una vista de perfil del sistema móvil recolector de energía solar de las Figuras 3 y 4.

• La Figura 6 es una representación de una vista en planta del sistema móvil recolector de energía solar de las Figuras 3 y 4.

• La Figura 7 es una representación de una vista trasera del sistema móvil recolector de energía solar de las Figuras 3 y 4.

• La Figura 8 es una representación de una vista frontal del sistema móvil recolector de energía solar de las Figuras 3 y 4.

• La Figura 9 es una representación del sistema móvil recolector de energía solar de las Figuras 3 y 4 con los paneles solares desplegados.

• La Figura 10 es una representación conceptual de la estación acumuladora a la que deben dirigirse los recolectores a descargar la energía acumulada una vez completada su carga. En este ejemplo, la estación es también móvil.

• La Figura 11 es una representación conceptual de la estación acumuladora a la que deben dirigirse los recolectores a descargar la energía acumulada una vez completada su carga. En este ejemplo, la estación es también móvil.

• La Figura 12 es una representación conceptual de la estación acumuladora a la que deben dirigirse los recolectores a descargar la energía acumulada una vez completada su carga. En este ejemplo, la estación es también móvil.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A continuación, se procede a describir en mayor detalle algunas formas de realización de la presente invención, haciendo referencia a las Figuras referenciadas anteriormente.

En la Figura 1 se representa un sistema móvil recolector de energía solar 100 según una forma de realización de la presente invención, en donde se muestra con el detalle del dispositivo de tracción 1 del sistema recolector solar 100 y los motores de despliegue 2 de los 5 paneles solares 3. En la parte inferior se encuentra el dispositivo de control 4 que integra la batería de alimentación, procesador y la memoria, y que procesa los datos de un sensor de radiación solar, una videocámara, unos sensores de ultrasonidos 7 y unos acelerómetros 8. Sobre la base móvil 11, se encuentra un acumulador 9 de la energía solar recolectada. El sistema 100 también comprende un transformador y salidas de tipo USB y enchufe (no visibles) para permitir utilizar la alimentación directamente desde el dispositivo. Se aprecia un dispositivo de amortiguamiento 13 para proteger los paneles en el movimiento sobre orografía accidentada.

El dispositivo de tracción tipo oruga 1 permite el movimiento por el espacio de trabajo en el que se utiliza el sistema recolector 100.

El sistema recolector de energía 100 comprende un conjunto de 5 paneles solares 3 que están plegados en las fases de movimiento del sistema sobre un soporte fijo 11. Cuando están plegados, éstos tienen forma cuadrada, unos sobre otros y cuando se despliegan, se abaten sucesivamente hacia el exterior, accionados por unos motores 2 situados en sus ejes de unión al panel central fijo. Una vez desplegados los paneles, tenemos el fijo en el centro y el resto en forma de cruz griega a su alrededor.

El sistema recolector de energía 100 comprende también un acumulador eléctrico 9 contiene la energía recogida, que en este caso es una batería de ácido-plomo regulada por válvula-VRLA.

El sistema recolector de energía 100 comprende también un sensor que mide la intensidad de energía solar captada en todo momento, que en este caso es un piranómetro fotovoltaico cuya medida de radiación solar se debe maximizar.

El sistema recolector de energía 100 comprende también un dispositivo de navegación que incluye una videocámara en la parte frontal del sistema móvil 100, así como un conjunto de sensores de ultrasonidos 7 tanto en la parte frontal como en los laterales, para recoger información relacionada con los obstáculos que aparecen durante el movimiento del sistema recolector 100.

El sistema recolector de energía 100 comprende también un acelerómetro de 3 ejes 8 permite calcular la inclinación del dispositivo de manera que se pueda determinar de manera correcta el desplazamiento sobre una superficie horizontal imaginaria, que es la que determina la situación de los puntos de control en la malla que determina la superficie de trabajo.

El sistema recolector de energía 100 comprende también un dispositivo de control 4 que integra tres elementos: una batería de alimentación del dispositivo, que permite hacer funcionar a los motores y sensores. Además, comprende un dispositivo de memoria que almacena la posición de cada punto de control de la malla recorrida que compone el espacio de trabajo. Finalmente, dispone de un microprocesador o unidad de procesamiento de datos que recoge la medida de cada punto de control, la posición actual y calcula la posición siguiente aparte de cada orientación del sistema. En cada punto almacena además la intensidad lumínica y la hora del día y día del año en que ha sido tomada la medida.

Finalmente, el sistema recolector de energía 100 comprende también un terminal de conexión para recarga y/o enchufe eléctrico genérico de salida para permitir la alimentación de diferentes dispositivos, con un regulador de tensión e intensidad para adaptarse a cada dispositivo. Aparte, cuando el sistema recolector 100 forme parte de una granja solar o sistema de recolección colectiva de energía solar, junto con otros aparatos similares, cuando éste haya alcanzado su capacidad de carga máxima, el sistema 100 está configurado para dirigirse automáticamente a la estación de servicio donde mediante transmisión inalámbrica descarga su carga de energía en un acumulador (descarga automática) que a su vez estará conectado a la red con objeto de comercializar esa energía eléctrica producida; o bien un usuario procede bien a conectarlo con un cable a la estación acumuladora o bien realiza el cambio de batería de manera manual. Una vez realizada la descarga, el sistema recolector 100 se reincorpora al sistema.

En los sistemas definidos como granja solar, tenemos varios recolectores trabajando como un sistema distribuido: para establecer la comunicación entre todos los recolectores móviles se utilizará una red inalámbrica móvil, indicando cada uno su situación, zona de control, etc. Existe no obstante la posibilidad de que los recolectores se puedan usar en una zona de desastre o sin cobertura, en estos casos, la detección de unos elementos u otros se hará mediante una red ad hoc. Los recolectores por tanto disponen tanto de la antena de comunicación inalámbrica móvil estándar como de un mecanismo de comunicación ad hoc basado en una tecnología de cortomedio alcance, que preferentemente puede ser implementado mediante el protocolo Bluetooth®.

Las Figuras 3 a 9 muestran otro sistema recolector de energía 200 según una segunda forma de realización de la presente invención. Este sistema recolector de energía comprende los mismos elementos que el sistema 100 descrito anteriormente. Los elementos de este sistema 200 equivalentes a los elementos del sistema anterior 100 son expresados por los mismos numerales incrementados en 20, es decir, el elemento de este sistema 200 equivalente al elemento 1 del sistema anterior 100, se indica con el numeral 21 de este sistema 200.

Por lo tanto, el sistema móvil recolector de energía solar 200 según una segunda forma de realización de la presente invención, comprende un dispositivo de tracción 21 basado en ruedas de gran diámetro, en lugar del dispositivo de oruga del sistema anterior 100. También comprende motores de despliegue de los paneles solares 23. En la parte inferior se encuentra un contenedor 31 que contiene el dispositivo de control que integra la batería de alimentación, procesador y la memoria, y que procesa los datos de un sensor de radiación solar, una videocámara 26, unos sensores de ultrasonidos y unos acelerómetros 28. El sistema recolector 200 también comprende un acumulador de la energía solar recolectada. El sistema 200 también comprende un transformador y salidas de tipo USB y enchufe 30 para permitir utilizar la alimentación directamente desde el dispositivo, junto con una caja auxiliar de conexiones 32 que interconecta el dispositivo de control, acumulador, el transformador y las salidas de energía

El sistema recolector de energía 200 comprende también un sensor 25 que mide la intensidad de energía solar captada en todo momento, que en este caso es un piranómetro fotovoltaico cuya medida de radiación solar se debe maximizar.

El sistema recolector 200 también comprende un dispositivo de navegación que incluye una videocámara 26 en la parte frontal del sistema móvil 200, así como un conjunto de sensores de ultrasonidos tanto en la parte frontal como en los laterales, para recoger información relacionada con los obstáculos que aparecen durante el movimiento del sistema recolector 200.

El sistema recolector de energía 200 comprende también un acumulador eléctrico que contiene la energía recogida, que en este caso es una batería de ácido-plomo regulada por válvula-VRLA.

El sistema recolector de energía 200 comprende también un acelerómetro de 3 ejes que permite calcular la inclinación del dispositivo de manera que se pueda determinar de manera correcta el desplazamiento sobre una superficie horizontal imaginaria, que es la que determina la situación de los puntos de control en la malla que determina la superficie de trabajo.

El sistema recolector de energía 200 comprende también un dispositivo de control que integra tres elementos: una batería de alimentación del sistema, que permite hacer funcionar a los motores y sensores. Además el sistema recolector de energía 200 comprende un dispositivo de memoria que almacena la posición de cada punto de control de la malla recorrida que compone el espacio de trabajo. Finalmente, dispone de un microprocesador. Dicho microprocesador recoge la medida de cada punto de control, la posición actual y calcula la posición siguiente aparte de cada orientación del sistema. En cada punto almacena además la intensidad lumínica y la hora del día y día del año en que ha sido tomada la medida.

Finalmente, el sistema recolector de energía 200 comprende también un terminal de conexión para recarga y/o enchufe eléctrico genérico de salida para permitir la alimentación de diferentes dispositivos, con un regulador de tensión e intensidad para adaptarse a cada dispositivo.

Como en el sistema anterior 100, cuando el sistema recolector 200 forme parte de una granja solar o sistema de recolección colectiva de energía solar, junto con otros sistemas similares, cuando éste haya alcanzado su capacidad de carga máxima, el sistema 200 está configurado para dirigirse automáticamente a la estación de servicio donde mediante transmisión inalámbrica descarga su carga de energía en un acumulador (descarga automática) que a su vez estará conectado a la red con objeto de comercializar esa energía eléctrica producida; o bien un usuario procede al cambio de batería de manera manual. Una vez realizada la descarga, el sistema recolector 200 se reincorpora al sistema.

La Figura 9 muestra cómo se despliegan los paneles solares 23 del sistema recolector 200 de las Figuras 3 a 8. En este caso, los paneles solares 23 se despliegan sucesivamente formando una banda de paneles solares conectados unos a otros sucesivamente, de forma que un panel se sitúa entre dos paneles adyacentes, a excepción de los paneles de los extremos de la banda de paneles.

Todos los paneles se pliegan sucesivamente, empezando por el más alejado del sistema, hasta que todos quedan plegados sobre la estructura del sistema recolector de energía solar 200.

En las Figuras 10,11, 12 se muestra un ejemplo de estación acumuladora móvil que transporta el acumulador 49 al que se remiten los recolectores una vez han completado su carga, y a su vez contiene una antena de comunicación 14 para conectarse con los diferentes recolectores desplegados.

Serán independientes del objeto de la presente invención los materiales que se empleen en la fabricación de los distintos elementos que la componen, así como las formas, dimensiones y accesorios que pueda presentar, pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes, siempre que no afecten a la esencialidad de la misma ni se aparten del ámbito definido en el apartado de reivindicaciones.

Establecido el concepto expresado, se redacta a continuación la nota de reivindicaciones, sintetizando así las novedades que se desean reivindicar.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema móvil recolector de energía solar que comprende:

• uno o varios dispositivos recolectores de energía solar que transforman dicha energía solar en energía eléctrica,

• un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica,

• un dispositivo de autopropulsión y transporte; y

• un dispositivo autónomo de navegación o guiado del sistema;

caracterizado porque el dispositivo de navegación o guiado está configurado para reconocer y dividir una zona de trabajo creando una malla virtual discreta de vértices y caracterizando la luminosidad de la zona de trabajo en cada vértice, a diferentes horas del día y en diferentes días del año, de manera independiente de forma que los dispositivos recolectores de energía solar están configurados para recolectar al menos parte de la energía solar incidente en dicha zona de trabajo delimitada; y porque el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica comprende al menos una estación acumuladora de energía en la que al menos uno de los dispositivos recolectores de energía solar, descarga la energía acumulada en el mismo.

2. Un sistema móvil recolector de energía solar según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende un dispositivo de control con una unidad de procesamiento de datos asociada al uno o varios dispositivos recolectores de energía solar, al dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, al dispositivo de autopropulsión y transporte y al dispositivo de dispositivo autónomo de guiado del movimiento del sistema para controlar y coordinar las diferentes funciones de cada dispositivo o dispositivo del sistema.

3. Un sistema móvil recolector de energía solar según la reivindicación 2 caracterizado porque el dispositivo de control comprende una fuente de energía autónoma y una unidad de memoria.

4. Un sistema según la reivindicación 1, 2 o 3 caracterizado porque comprende al menos un dispositivo de comunicación inalámbrica.

5. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el uno o varios dispositivos recolectores de energía solar comprenden una pluralidad de paneles recolectores de energía solar que son desplegables y plegables sobre uno de los paneles recolectores de energía solar, que es fijo.

6. Un sistema según la reivindicación 5 caracterizado porque comprende uno o varios motores para plegar y desplegar los paneles recolectores de energía solar.

7. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el uno o varios dispositivos recolectores de energía solar son paneles fotovoltaicos.

8. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque comprende uno o varios sensores.

9. Un sistema según la reivindicación 8 caracterizado porque comprende uno o varios sensores de intensidad lumínica.

10. Un sistema según la reivindicación 9 caracterizado porque el uno o varios sensores de intensidad lumínica comprenden uno o más piranómetros fotovoltaicos.

11. Un sistema según la reivindicación 8 caracterizado porque comprende uno o varios sensores de ultrasonidos.

12. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el dispositivo autónomo de navegación o guiado comprende al menos una cámara de vídeo situada en el frontal del sistema y al menos un sensor de ultrasonidos.

13. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el al menos un sensor de ultrasonidos del dispositivo autónomo de navegación o guiado, está también situado en el frontal del sistema.

14. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el dispositivo autónomo de navegación o guiado comprende también al menos dos sensores adicionales de ultrasonidos, cada uno situado a un lado del dispositivo recolector de energía, con respecto a su dirección normal de avance.

15. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque comprende un acelerómetro de tres ejes.

16. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque comprende un dispositivo de posicionamiento GPS.

17. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el dispositivo de autopropulsión y transporte comprende un dispositivo de tracción al suelo configurado para permitir el movimiento por terrenos y orografías irregulares.

18. Un sistema según la reivindicación 17 caracterizado porque el dispositivo de tracción es del tipo oruga, con varias ruedas de propulsión, con suspensión independiente en cada rueda y un conjunto de eslabones que conforman unas bandas de tracción u oruga.

19. Un sistema según la reivindicación 17 caracterizado porque el dispositivo de tracción es de ruedas.

20. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica comprende uno o más baterías o acumuladores electroquímicos.

21. Un sistema según cualquier reivindicación anterior caracterizado porque comprende un terminal de conexión para recarga y/o un enchufe eléctrico de salida para permitir la alimentación de diferentes dispositivos, con un regulador de tensión e intensidad para adaptarse a cada dispositivo.

22. Un sistema de recolección de energía solar de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en el que la estación acumuladora de energía es también móvil.

23. Un método de recolección de al menos parte de la energía solar incidente en una zona de trabajo delimitada que comprende los siguientes pasos:

i. aportación de uno o más sistemas recolectores de energía solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22;

ii. asignación de una subzona de trabajo a cada sistema recolector de energía solar, en caso de haber más de un sistema recolector de energía solar;

iii. creación por parte de cada sistema recolector de energía solar de una malla de vértices virtual que se corresponde con su (sub)zona de trabajo y caracterización de la intensidad lumínica en cada vértice de la malla virtual a diferentes horas del día y en diferentes días del año;

iv. posicionamiento de cada sistema en el vértice de máxima intensidad lumínica, obtenido en el paso iii, de acuerdo con el día y la hora;

v. desplegado de los paneles solares, recolección de energía solar y almacenamiento en forma de energía eléctrica;

vi. plegado de los paneles y reubicación de los sistemas recolectores de energía solar cuando la posición del sistema ya no coincide con la posición de máxima intensidad lumínica de acuerdo con la caracterización realizada en el paso iii; y vii. descarga de la energía almacenada a la estación de acumulación de energía.