ES2939308T3 - Sistema fotovoltaico integrado instalable en embarcaciones de recreo - Google Patents

Abstract

Una embarcación de recreo motorizada (20) incluye un complejo fotovoltaico integrado en el techo del fly bridge y diseñado para asegurar una autonomía nada desdeñable sin el uso de combustible. El sistema fotovoltaico integrado está compuesto por tres bloques fundamentales: una primera estructura portante mecanizada (4) apta para el aprovechamiento de la energía eólica y solar; una segunda estructura (3) destinada a explotar únicamente la energía solar; un sistema de gestión que permita activar y gestionar la operación asociada o disjunta de ambas plantas anteriormente consideradas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema fotovoltaico integrado instalable en embarcaciones de recreo

Campo técnico

La invención se refiere a una embarcación de recreo motorizada que comprende un sistema fotovoltaico integrado en el techo de la pasarela proa-popa.

Estado de la técnica

Hasta la fecha, la investigación y experimentación sobre el uso de las energías renovables en la náutica ha producido sobre todo embarcaciones puramente prototipo que, aunque (raramente) con autonomías interesantes, se han realizado con materiales, tecnologías y formas poco compatibles con la náutica de recreo amateur o, menos aún, para embarcaciones profesionales.

Son conocidas las instalaciones de pequeñas superficies de paneles solares que quizás puedan mantener cargadas las baterías de la embarcación durante largos periodos de inactividad del mismo.

También se conoce la posibilidad de instalar pequeños aerogeneradores en una embarcación.

Los prototipos, o incluso alguna realización concreta propuesta al público por los navegantes, han recibido sin embargo una tibia acogida; porque, de hecho, los beneficios son irrisorios en el sentido de que la energía obtenida de los paneles solares se utiliza casi exclusivamente para algunos usuarios marginales (aunque esto en cualquier caso constituye un cierto ahorro de energía que de otro modo se produciría con el combustible de la embarcación, o tomado sin más de los medios de abastecimiento del muelle del puerto); pero ciertamente no para compensar el uso masivo de combustibles clásicos.

Por ejemplo, el documento DE 10215634 describe una embarcación en la que se instalan generadores de energía eólica que comprenden turbinas eólicas de eje vertical que están montadas sobre soportes abatibles de modo que cuando no se utiliza el generador eólico puede abatirse sobre la superficie de cubierta de la embarcación. La energía eólica no se aprovecha como medio de propulsión de la embarcación, sino para generar electricidad para los servicios públicos a bordo.

En cambio, en el documento WO2018039705A1 y en el documento US2014144362A1 se describen embarcaciones en las que al menos una vela está montada sobre un fuste plegable y cubierta con paneles fotovoltaicos. La vela permite aprovechar la fuerza del viento como sistema de propulsión de la embarcación y también permite la producción de electricidad a partir de los paneles fotovoltaicos integrados. Además, el hecho de estar montada sobre un fuste reclinable permite bajar la vela cuando no se utiliza, pudiendo volver a guardarla en compartimentos especiales de almacenamiento. Las soluciones propuestas son muy válidas para integrar la propulsión a vela con la producción de electricidad de un sistema fotovoltaico, sin embargo no están optimizadas para embarcaciones de recreo que, al tener dimensiones y superficies limitadas, necesitan optimizar los espacios y superficies fotovoltaicas expuestas a la luz solar para obtener producción de energía que pueda satisfacer las necesidades de la embarcación, posiblemente incluso propulsora.

Compendio de la invención

El objeto de la presente invención es proponer una embarcación de recreo con un motor híbrido provisto de un sistema fotovoltaico integrado adecuado para garantizar una autonomía nada desdeñable sin uso de combustible, incluso para embarcaciones a motor de cierta relevancia dimensional.

Otro objeto de la presente invención es proponer una embarcación de recreo dotada de un sistema fotovoltaico que sea capaz de aprovechar tanto la energía eólica como la solar.

Dichos y otros propósitos se logran por medio de una embarcación de recreo según la reivindicación 1.

El sistema fotovoltaico también comprende un aparato solar que comprende una estructura de soporte plana integrada en un techo situado en la parte superior de un pasarela proa-popa de dicha embarcación, siendo dicha estructura de soporte plana sustancialmente un contenedor que lleva un panel solar fijo sobre el que se alojan otros dos paneles solares articulados longitudinalmente para poder girar hacia los lados de dicho contenedor, estando adaptado dicho sistema de control para activar y controlar también dicho aparato solar.

Todavía ventajosamente, la vela tiene una forma global pentagonal y comprende:

un elemento central soportado directamente por un fuste articulado a la base sobre la estructura portante asociada a dicho techo; y

dos paneles laterales que pueden plegarse sobre dicho elemento central para disminuir la superficie de dicha vela para que pueda descansar dentro de dicho contenedor encima de dichos paneles solares de dicho aparato solar.

Ventajosamente, la primera estructura de sustentación mecanizada permite girar dicha vela desde una posición horizontal reclinada hacia popa, pasando por dicha posición vertical, hasta una posición horizontal inclinada hacia la proa, en la que dicha vela descansa sobre un fuste de sustentación dispuesto cerca de la proa de dicha embarcación.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas que se proporciona a continuación, de acuerdo con las reivindicaciones propuestas, y con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista lateral esquemática de una embarcación según la presente invención con un sistema eólico-fotovoltaico relativo en la configuración cerrada;

La figura 2 muestra una vista en perspectiva desde arriba de la embarcación de la figura 1;

La figura 3 muestra una vista en perspectiva similar a la de la figura 2 en la que la embarcación de la invención muestra la estructura portante del sistema eólico-solar en posición elevada y abierta, y el sistema eólico en configuración cerrada;

La figura 4 muestra una vista en perspectiva similar a la de la figura 2 en la que la embarcación de la invención muestra la estructura portante del sistema eólico-solar en posición elevada y abierta, y el sistema eólico en configuración abierta;

La figura 5 muestra una vista en perspectiva similar a la de la figura 2 en la que la embarcación de la invención tiene la estructura de soporte del sistema eólico-solar extendida hacia proa y abierta, y el sistema eólico en la configuración cerrada;

La figura 6 muestra una vista lateral de una parte de la embarcación en la configuración de la figura 5;

La figura 7 muestra algunos componentes del sistema eólico-fotovoltaico de la embarcación de la invención: la figura 7A muestra en perspectiva parcial la zona de fijación a la cubierta de la pasarela proa-popa del sistema eólico-solar, la figura 7B muestra en vista superior la estructura del sistema eólico-solar en la configuración cerrada, la figura 7C muestra en vistas frontal y lateral un soporte con rodamientos del sistema eólico-solar.

Descripción de las realizaciones preferidas

Con referencia a las figuras, una embarcación de recreo motorizada, 20, según la presente invención comprende un sistema fotovoltaico que consta de un aparato eólico-solar, 2, y un aparato solar, 3, instalados, según una realización preferida de la invención, en un techo, 1, de la pasarela proa-popa u otra cubierta superior del embarcación.

La embarcación 20 es, por ejemplo, una embarcación de recreo con una eslora total de unos treinta metros, un peso de unas cien toneladas, equipada con dos motores diésel capaces de impartir una velocidad de crucero de unos veinte nudos y con dos (o más) motores eléctricos y baterías de alimentación respectivas del tipo y cantidades apropiados.

El aparato eólico-solar 2, indicado a continuación también como vela solar, comprende una primera estructura de soporte mecanizada, 4, que constituye el soporte del propio aparato eólico-solar, apta para soportar una vela de forma global pentagonal. La estructura de soporte mecanizada 4 puede moverse entre una posición inicial de "reposo" horizontal (longitudinal al casco) y en el nivel más alto de la embarcación, para tomar una posición vertical o subvertical en función de las evaluaciones de oportunidades realizadas momento a momento por el capitán de la embarcación. La estructura de la vela solar 2 comprende un fuste central, 8, posicionado en eje sobre la línea de crujía de la embarcación, y un marco tubular de acero inoxidable que delimita un elemento central fijo, 9, de la vela con el que gira integralmente el fuste 8 hacia proa o popa en las fases de subida/bajada. En el elemento central fijo 9 se colocan losas estructurales (no visibles en la figura por el estado del arte conocido) en materiales compuestos fijados a los tubulares del perímetro a intervalos regulares y adecuados para dar la rigidez necesaria al elemento central fijo 9. Dicho los paneles estructurales están equipados con paneles solares elegidos entre "monocristalinos", "policristalinos" o "amorfos" según un algoritmo que ha evaluado su mayor idoneidad con respecto a las exposiciones más adecuadas en las distintas condiciones de funcionamiento de la embarcación. El elemento central fijo 9, soportado directamente por el fuste 8, está articulado a la base sobre la estructura de soporte 4 asociada al techo 1, de manera que puede bascular hacia la proa o hacia la popa. Dos paneles laterales, 7, están articulados a dos lados opuestos derecho e izquierdo del elemento central fijo 9 para que puedan replegarse sobre el elemento central fijo 9, con el fin de disminuir la superficie total de la vela para que ésta pueda descansar dentro de la carcasa dispuesta en el techo 1 por encima del sistema solar 3. La estructura de soporte mecanizada 4 es adecuada para transportar la vela solar 2 desde la posición de reposo sustancialmente horizontal en la que descansa hacia la popa, a una posición vertical o subvertical elevada y desde allí a una posición inclinada hacia la proa hasta que descanse en una posición sustancialmente horizontal sobre un fuste de soporte especial, 5, instalado cerca de la proa. Un sistema de control y gestión está configurado para abrir la vela solar 2 extendiendo los dos paneles laterales 7 una vez que ha alcanzado la posición vertical. La vela solar 2 está realizada preferentemente con paneles semirrígidos o rígidos (mejor si no son tejidos, y en todo caso no demasiado flexibles), y está recubierta, ventajosamente por ambas caras, de paneles fotovoltaicos que, mediante conductos especiales realizados en la propia estructura de la vela, enviará la energía producida a un sistema de regulación y acumulación formado por baterías colocadas en compartimentos apropiados identificados en el interior de la embarcación y desde allí dispuestas para alimentar motores eléctricos sobre derivaciones implantadas mecánicamente en los ejes del sistema de propulsión endotérmica, todo ello no se muestra como técnica conocida.

Con referencia en particular a la figura 7, los paneles laterales 7 están articulados al elemento central fijo 9 por medio de bisagras, 13, y giran alrededor de los ejes relativos por medio de actuadores, 14, para que puedan pasar de una configuración cerrada de la vela solar 2, mostrada en la figura 7B, en la que los paneles laterales 7 están superpuestos sobre el elemento central fijo 9, a una configuración abierta de la vela solar 2, mostrada por ejemplo en las figuras 3, 4 y 5, en la que los paneles laterales 7 están alineados con el elemento central fijo 9 en los dos lados del mismo. La configuración cerrada de la vela solar 2 implica un estorbo de superficie mínimo mientras que la configuración abierta implica el área de vela máxima y la superficie máxima de paneles solares expuestos al sol. Evidentemente, tanto la producción eólica como la fotovoltaica también dependen sustancialmente de la dirección de incidencia del viento y del sol, respectivamente, sobre la superficie de la vela. El área de la vela en la configuración abierta casi se triplica en comparación con la configuración cerrada. Para accionar los actuadores 14 en caso de avería, a cada actuador se le proporciona una toma de fuerza externa sobre la que, mediante una llave normal (alley o estrella), es posible, aunque lentamente, gestionar el movimiento requerido para asegurar la vela solar 2. El aparato eólico-solar 2 está así constituido por una estructura extensible de paneles solares, articulada sobre tres superficies de las cuales una es fija y dos, laterales a la misma, que en condiciones de reposo se pliegan sobre la primera. Con referencia a la figura 7A, la estructura de soporte mecanizada 4 del sistema eólico-solar comprende un eje 10, integral con el fuste 8, cerca del extremo relativo. El eje 10 atraviesa dos soportes, 11, provistos de cojinetes que constriñen el eje 10 transversalmente al techo 1, permitiéndole girar. El eje 10, después de pasar por los soportes 11, continúa hasta entrar por debajo de las carcasas laterales, 12, del techo 1 para protegerse y en los que se sitúan, respectivamente a la izquierda y a la derecha, dos motorreductores de ejes ortogonales (no mostrados). Cada motorreductor es capaz, por sí solo, de mover la vela para subirla/bajarla hacia proa o popa. La redundancia del sistema de maniobra, unida al hecho de que el engranaje de cada motorreductor "agarrado" al fuste de la vela dispone de un sistema de "desbloqueo" del eje, que permite, en caso de avería del motorreductor, que el otro pueda todavía operar para asegurar la vela solar 2. La rotación del eje 10 y, por lo tanto, del fuste 8 puede obviamente tener lugar a través de servomecanismos que se pueden realizar con diferentes tecnologías tales como cilindros actuadores u otros servomecanismos, fácilmente disponibles en el mercado o ensamblados por el técnico del sector sin el uso de una actividad inventiva.

El aparato solar 3, en adelante también denominado cenador fotovoltaico, consiste en una estructura portante plana, con soportes verticales o subverticales (no ilustrados), integrada en la cubierta 1, que ventajosamente presenta una estructura reticular (no ilustrada). En la forma de realización mostrada, el techo 1 se coloca encima de un pasarela proa-popa a popa de la cabina de conducción. La estructura de soporte plana del aparato solar 3 es sustancialmente un contenedor, 18, en forma de paralelepípedo que en la superficie inferior interior tiene un panel solar fijo, 31, sobre el cual se colocan otros dos paneles solares, 32, sostenidos por láminas de composite alveolar articuladas, a la izquierda y a estribor respectivamente, hacia los bordes laterales elevados del propio contenedor 18. Los actuadores de rotación (no mostrados) controlan la rotación de los otros paneles solares 32 articulados longitudinalmente, que se levantan por rotación y luego se colocan en una posición horizontal o subhorizontal en los lados del contenedor 18 que sobresalen externamente con respecto al ancho de la embarcación 20, por una medida igual al ancho del otro panel mismo 32. El contenedor 18 está adaptado para recibir en su interior la vela solar 2 con sus paneles laterales 7 plegados en configuración de reposo. En las configuraciones de cierre o reposo, los tres dichos paneles 31 y 32 actúan, a su vez, como soporte del conjunto de paneles que componen la vela solar 3.

La embarcación 20 también está provista de un sistema de control y gestión basado en algoritmos y comandos instrumentales que permiten activar el funcionamiento asociado o disjunto tanto del aparato eólico-solar 2 como del solar 3 anteriormente considerado. Esto permite, sobre todo, obtener un mayor rendimiento teniendo en cuenta que el aparato eólico-solar 2 es más susceptible a parcializaciones debidas a las condiciones meteorológicas, mientras que el aparato solar 3 puede potenciar la acción global del sistema de propulsión de la propia embarcación, manteniendo un buen rendimiento incluso con malas condiciones climáticas.

Los modos de funcionamiento y las ventajas de una embarcación según la presente invención, tal como se describió anteriormente en una realización preferida no limitativa de la misma, son inmediatamente comprensibles y se resumen a continuación.

En las figuras 1 y 2, la embarcación de la invención está en una configuración cerrada con los paneles fotovoltaicos 31 y 32 del aparato solar 3 alojados en el contenedor 18 del techo 1, y la vela solar 2 cerrada y también plegada en el contenedor 18 encima de los paneles 31 y 32. En la parte frontal del techo 1 es visible la primera estructura portante 4 mecanizada que constituye el soporte de la vela solar 2. Como se puede observar en particular en la figura 1, en la configuración de cierre, ni el aparato solar 3 ni el aparato eólico-solar 2 son visibles para un observador normal situado a una altura no superior a la de la embarcación, por lo que la estética de la embarcación no se ve alterada en modo alguno por la presencia de dichos dispositivos.

En la figura 3, la vela solar 2 está izada verticalmente y abierta. En esta posición, con la ruta, la dirección del viento y las condiciones meteorológicas del mar favorables, la vela puede colaborar en la propulsión aprovechando el empuje del viento que incide sobre la superficie de la vela exactamente como ocurre en un velero. Además, dependiendo del tipo de elementos fotovoltaicos asociados a la vela solar 2, puede existir cierta producción de energía fotovoltaica a pesar de que presumiblemente el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre los paneles de la vela solar 2 no es el óptimo.

En la figura 4, el cenador solar 3 está abierta con los demás paneles 32 colocados uno al lado del otro con el panel central 31. En esta configuración, además de aprovechar la acción propulsora del viento y una producción fotovoltaica parcial de la vela solar, el aparato solar 3 está dispuesto en una configuración de producción fotovoltaica.

En las figuras 5 y 6, la vela solar 2 se extiende hacia adelante en una configuración horizontal frente a la proa y un fuste de soporte 5, que sale con accionamiento hidráulico, constituye un apoyo en la proximidad de la proa cuando la vela se inclina hacia adelante. De hecho, especialmente en el caso de mar formado, si se quiere utilizar la vela solar 2 tumbada horizontalmente hacia la proa, es recomendable crear un soporte en la zona delantera que puede ser fijo y estable o desmontable hidráulicamente de la cubierta, la mejor solución sólo por razones estéticas. En esta configuración no se aprovecha la acción propulsora del viento sobre la vela solar 2, pero se maximiza la producción de energía fotovoltaica.

En una embarcación según la presente invención, con el aparato de viento solar 2 y el aparato solar 3 de tamaño adecuado, a aproximadamente la mitad de la velocidad de crucero, con vientos de brisa propios de la temporada de verano y provenientes de diales compatibles con la ruta a realizar, el consumo de combustible con la "vela izada" puede ser casi la mitad del consumo sin la vela izada debido al efecto directo del viento. Considérese que una embarcación de unos 30 metros en estas condiciones podría consumir (a velocidad media/baja) unos 150 litros/hora de combustible que serían menos de la mitad. Además, se pueden realizar al menos 3/4 horas de viaje utilizando la energía almacenada en las baterías mediante el sistema fotovoltaico estando amarrado en puerto, sin navegación. Además, incluso cuando navegan, los aparatos 2 y 3 producen electricidad con los paneles fotovoltaicos que se almacenan en las baterías para permitir una autonomía adicional no despreciable solo con los motores eléctricos. Esto sucede incluso cuando la dirección del viento no permite la "explotación" de la vela ya que no se puede utilizar con seguridad.

Con un viento de intensidad moderada y procedente de direcciones favorables, la vela solar 2 se puede utilizar en una configuración elevada que dará una cierta contribución a la navegación independientemente del aprovechamiento de la energía fotovoltaica que esté produciendo ya que traduce el empuje directamente en " propulsión" que recibe del viento, reduciendo el consumo de combustible (si se navega con motores endotérmicos) o absorbiendo electricidad si se navega sólo "eléctricamente" a velocidades relativamente bajas.

De esta forma la embarcación de la presente invención permite no sólo aprovechar la energía endotérmica y fotovoltaica para su propulsión, con motores endotérmicos y eléctricos respectivamente, sino que también es significativo el efecto del viento, que lo recibe directamente, con una salida no afectada por el ciclo de transformación en energía eléctrica propio de los aerogeneradores.

A medida que aumenta la intensidad del viento, o incluso cuando la dirección de origen del mismo es incompatible con la ruta, la vela solar 2 se cierra y/o baja. Ventajosamente, el sistema de gestión y control de los aparatos eólico-solar 2 y solar 3 está equipado con dispositivos de control adecuados que deben prever la emisión de alarmas y/o la activación de mecanismos automáticos de reducción de la vela solar 2 a medida que la velocidad del viento se acerca a valores tales como poder generar situaciones incómodas a bordo o no adecuadas. Ventajosamente, incluso en el peor solapamiento de eventos y/o fallos, estarán activos muchos dispositivos preestablecidos capaces de implementar manual/forzada/automáticamente las maniobras de emergencia apropiadas.

Aún en una realización preferida, la embarcación 1 está provista de anemómetros u otros sensores de dirección y velocidad del viento y/o sensores solares y el sistema de gestión y control está configurado para procesar la información de dichos sensores y controlar automáticamente los dispositivos para mover el aparato eólico-solar 2 y el aparato solar 3 con el fin de maximizar la producción de energía fotovoltaica y obtener el máximo empuje propulsor del viento.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Embarcación de recreo (20) con un motor híbrido endotérmico y eléctrico que comprende un sistema fotovoltaico para la producción de energía eléctrica apta para recargar las baterías de dicha embarcación destinadas también a alimentar los motores eléctricos de dicha embarcación, comprendiendo dicho sistema fotovoltaico:

- un aparato eólico-solar (2) que comprende:

- una vela (7, 9) recubierta de paneles fotovoltaicos,

- una primera estructura de soporte mecanizada (4) adaptada para soportar dicha vela (7, 9) y moverla desde una posición horizontal, en la que descansa longitudinalmente sobre el casco, hasta una posición vertical o subvertical adecuada para aprovechar el empuje del viento;

estando caracterizada dicha embarcación (20) por que comprende:

- un aparato solar (3) que comprende una estructura portante plana integrada en un techo (1) situado en la parte superior de un plano de cubierta, preferentemente de una pasarela proa-popa, de dicha embarcación (20), siendo dicha estructura portante plana sustancialmente un contenedor (18) que lleva un panel solar fijo (31) sobre el que se colocan dos paneles solares adicionales (32) articulados longitudinalmente para poder girar hacia los lados de dicho contenedor (18),

- un sistema de control y gestión basado en algoritmos y comandos instrumentales adecuados para activar y controlar el funcionamiento de dicho aparato eólico-solar (2) y de dicho aparato solar (3); y

en la que, en una configuración fuera de uso, dichos paneles solares (31,32) de dicho aparato solar (3) y dicho aparato eólico-solar (2) están alojados dentro de dicho contenedor (18) ubicado en el techo (1) en la parte superior de un plano de cubierta de dicha embarcación (20).

2. Embarcación (20) según la reivindicación 1, caracterizada por que dicha vela (7, 9) tiene una forma global pentagonal y comprende:

- un elemento fijo central (9) soportado directamente por un fuste (8) articulado a la base sobre dicha estructura de soporte (4) asociada a dicho techo (1); y

- dos paneles laterales (7) que pueden plegarse sobre dicho elemento central (9) para disminuir la superficie de dicha vela de modo que pueda quedar dentro de dicho contenedor (18) encima de dichos paneles solares (32) de dicho aparato solar (3).

3. Embarcación (20) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha primera estructura de soporte mecanizada (4) permite que dicha vela gire desde una posición horizontal reclinada hacia atrás, pasando por dicha posición vertical, hasta una posición horizontal tumbada hacia la proa, en la que dicha vela descansa sobre un fuste de soporte (5) dispuesto cerca de la proa de dicha embarcación.

4. Embarcación (20) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha vela está fabricada preferentemente con paneles semirrígidos o rígidos, y está recubierta por ambas caras por paneles fotovoltaicos que, mediante conductos especiales obtenidos en la estructura de dicha vela, envían la energía producida a un sistema de regulación y acumulación formado por baterías asignadas en compartimentos apropiados situados en el interior de dicha embarcación (20).

5. Embarcación (20) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que Embarcación (20) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha estructura de soporte mecanizada (4) del aparato eólicosolar comprende un eje (10) solidario con dicho fuste (8) cerca de un extremo del mismo, estando dispuesto dicho eje (10) para pasar a través de dos soportes con cojinetes (11) que constriñen dicho eje (10) transversalmente a dicho techo (1), permitiendo su giro, estando conectado dicho eje (10) a al menos un motorreductor apto para hacerlo girar.