ES2972139T3 - Sistema de seguimiento solar - Google Patents
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Abstract
Un sistema fotovoltaico incluye un conjunto de módulos fotovoltaicos, una base que soporta el conjunto de módulos fotovoltaicos y un amortiguador acoplado entre el conjunto de módulos fotovoltaicos y la base. La compuerta resiste el movimiento de los módulos fotovoltaicos con respecto a la base. El amortiguador tiene una primera relación de amortiguación cuando el conjunto de módulos fotovoltaicos se mueve a una primera velocidad con respecto a la base y una segunda relación de amortiguación cuando el conjunto de módulos fotovoltaicos se mueve a una segunda velocidad con respecto a la base, y el amortiguador realiza una transición pasiva desde la base. primera relación de amortiguación a la segunda relación de amortiguación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de seguimiento solar
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. con Número de Serie 62/629 931, presentada el 13 de febrero de 2018.
Campo técnico
La presente solicitud está relacionada con sistemas de seguimiento solar para paneles solares.
Antecedentes
Los sistemas de energía fotovoltaica (FV) frecuentemente siguen al sol en varios grados para incrementar la cantidad de energía producida por el sistema. Estos seguidores suelen mover módulos fotovoltaicos para ajustar el ángulo de incidencia de la luz solar sobre la superficie de los módulos fotovoltaicos. En particular, los seguidores suelen hacer rotar los módulos fotovoltaicos alrededor de un eje orientado principalmente de norte a sur, inclinando los módulos hasta 60 grados hacia el este y el oeste y ajustando la inclinación dentro de este rango a lo largo del día. Al seguir la posición del sol, los sistemas de energía fotovoltaica suelen producir entre un 20 y un 30% más de energía que los sistemas de inclinación fija. Un sistema fotovoltaico de este tipo se divulga en el documento US 2018/013380 A1.
Una configuración común de los seguidores horizontales de eje único ("SAT") como se ha descrito más arriba incluye un único actuador cerca del centro de una fila de módulos fotovoltaicos, potencialmente con 80-120 módulos inclinados por un único actuador. El ángulo de inclinación está definido por la posición del actuador, mientras que un tubo de torsión u otro dispositivo similar transfiere momentos y posiciona el resto de la fila en esta inclinación. Sin embargo, las cargas ambientales (viento, nieve, peso muerto, etc.) pueden desviar porciones de una fila del ángulo de inclinación previsto. Este efecto requiere consideraciones de diseño que agregan costos para disminuir el riesgo de fallos.
Para reducir la torsión de las filas, algunos sistemas fotovoltaicos pueden tener filas más cortas o más de un actuador por fila. Estos enfoques pueden reducir el riesgo de fallo del sistema debido a una torsión excesiva de las filas, pero pueden aumentar el costo del sistema fotovoltaico, así como los costos generales y de mantenimiento. Además, cuando se utilizan múltiples actuadores, los actuadores dentro de una fila deben comunicarse de manera que, por ejemplo, otros actuadores dejen de moverse si uno de ellos falla. Esta comunicación puede ser por medios electróni cos, mecánicos u otros. Sin embargo, este control activo trae modos de fallo adicionales que deben considerarse en el diseño del sistema fotovoltaico.
Breve descripción de los dibujos
la figura 1 ilustra un sistema fotovoltaico, de acuerdo con una realización.
las figuras 2A-2C ilustran un ejemplo de amortiguador.
la figura 3 ilustra un ejemplo de curva de Durst.
Las figuras representan diversas realizaciones de esta divulgación únicamente con fines ilustrativos. Un experto en la técnica puede reconocer fácilmente a partir de la siguiente explicación que se pueden emplear realizaciones alterna tivas de las estructuras y procedimientos ilustrados en la presente memoria descriptiva sin apartarse de los principios de la invención descritos aquí.
Descripción detallada
La figura 1 ilustra un sistema fotovoltaico (FV) 100, de acuerdo con una realización. Como se muestra en la figura 1, el sistema FV 100 puede incluir una colección de módulos FV 110, un actuador 120, un controlador 130 y un amorti guador 140. El sistema FV 100 está configurado para generar electricidad y puede usarse solo o con otros sistemas FV similares, por ejemplo, en una central fotovoltaica.
La colección de módulos FV 110 incluye una serie de uno o más módulos fotovoltaicos configurados para convertir la energía solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. El conjunto de módulos FV 110 está anclado de forma rotativa a una base 115 y se puede acoplar a una red eléctrica, batería u otro sistema de transmisión o almacenamiento de energía. La cantidad de electricidad producida por cada módulo fotovoltaico puede ser función de al menos el ángulo de incidencia de la luz sobre la superficie del módulo, en la que se capta más energía cuando la luz es perpen dicular a la superficie (es decir, un ángulo de incidencia de cero grados) que cuando la luz incide con ángulos más altos.
El actuador 120 está configurado para hacer rotar el conjunto de módulos FV 110 alrededor de uno o más ejes. El actuador 120 puede ser un actuador lineal acoplado a la colección de módulos FV 110 y una posición fija, tal como la base 115. Aumentar o disminuir la longitud del actuador lineal cambia un ángulo de inclinación de la colección de módulos FV 110 con respecto a la base 115. Se pueden usar otros tipos de actuadores en otras realizaciones. Por ejemplo, el conjunto de módulos FV 110 puede montarse en un eje y un actuador rotativo puede impulsar el eje para hacer rotar el conjunto de módulos FV 110 alrededor de un eje. En una realización, el actuador 120 hace rotar el conjunto de módulos FV 110 alrededor de un eje centrado en la base 115 y orientado geográficamente sustancialmente de norte a sur, de manera que una superficie del módulo FV 110 pueda inclinarse entre ángulos orientados al este y al oeste. El actuador 120 también puede hacer rotar la colección de módulos FV 110 alrededor de ejes adicionales (por ejemplo un eje este-oeste), o el sistema FV 100 puede incluir uno o más actuadores adicionales para provocar otros movimientos de la colección de módulos FV 110.
El controlador 130 acciona el actuador 120 para establecer un ángulo de inclinación de la colección de módulos FV 110. Para aumentar la cantidad de energía capturada por el conjunto de módulos FV 110, el controlador 130 puede establecer el ángulo de inclinación en función de la posición del sol. En una realización, el controlador 130 está aco plado a un sensor de luz (no mostrado en la figura 1) para detectar una posición del sol durante el día. A medida que avanza el día, el controlador 130 puede accionar el actuador 120 para mover la colección de módulos FV 110 para seguir el movimiento detectado del sol. Por lo tanto, el controlador 130 acciona el actuador 120 para mover la colección de módulos FV 110 desde una orientación sustancialmente orientada al este hasta una orientación sustancialmente orientada al oeste. A lo largo de la noche, el controlador 130 puede accionar el actuador 120 para devolver el conjunto de módulos FV 110 a una orientación orientada al este en preparación para el amanecer de la mañana siguiente, o el controlador 130 puede accionar el actuador 120 para rotar el conjunto de módulos FV 110 en respuesta. para detectar la luz solar en el este. El controlador 130 puede controlar alternativamente el ángulo de inclinación de la colección de módulos FV 110 sin retroalimentación luminosa, por ejemplo, en función de la hora del día.
El amortiguador 140 proporciona amortiguación para el sistema FV 100, resistiendo el movimiento de los módulos FV 110 con respecto a la base 115. La amortiguación mediante el amortiguador 140 puede mitigar la carga dinámica del viento u otras cargas vibratorias aplicadas al sistema FV 100. La carga del viento puede inducir movimiento en el sistema FV 100, por ejemplo, haciendo rotar el conjunto de módulos FV 110 alrededor de la base a una velocidad de varios órdenes de magnitud mayor que el movimiento inducido por el actuador 120. Aunque el amortiguador 140 se muestra en la figura 1 como un componente separado del actuador 120 con fines de ilustración, el amortiguador 140 puede estar incorporado o colocarse concéntrico al actuador 120.
El amortiguador 140 tiene una relación de amortiguación variable. El amortiguador 140 puede tener al menos una primera relación de amortiguación en una primera condición operativa y una segunda relación de amortiguación en una segunda condición operativa. Diferentes relaciones de amortiguación pueden ser ventajosas para diferentes es tados operativos. Por ejemplo, una relación de amortiguación alta permite que el amortiguador 140 disipe más energía y, por lo tanto, mitigue mejor las oscilaciones no deseadas del sistema FV 100 bajo carga de viento que una relación de amortiguación baja. Una relación de amortiguación alta también permite potencialmente que el amortiguador 140 soporte una parte de la carga estática de la colección de módulos FV 110 y cargas dinámicas causadas por las con diciones ambientales, reduciendo la carga en el actuador 120. Sin embargo, una relación de amortiguación elevada puede hacer que el amortiguador 140 proporcione suficiente resistencia al movimiento del actuador 120 de manera que haga que el módulo FV 110 gire alejándose de su orientación prevista. Como resultado del ángulo de incidencia modificado causado por este "efecto hélice", la colección de módulos FV puede consumir menos electricidad. Si se gira más de unos pocos grados, el funcionamiento del conjunto de módulos FV 110 puede quedar fuera de las espe cificaciones aceptables. Por el contrario, una relación de amortiguación baja reduce la torsión proporcionando una menor resistencia al movimiento del actuador 120.
En consecuencia, el amortiguador 140 puede tener una primera relación de amortiguación mientras los módulos FV 110 se mueven a una primera velocidad. El amortiguador 140 puede tener una segunda relación de amortiguación, mayor que la primera relación de amortiguación, durante una segunda relación de movimiento de los módulos FV 110 que es mayor que la primera relación. Por ejemplo, la relación de amortiguación puede ser relativamente baja cuando los módulos FV 110 se mueven a bajas velocidades con respecto a la base 115 (por ejemplo mientras el actuador 120 mueve la colección de módulos FV 110 sin una carga ambiental alta) y relativamente alta cuando los módulos FV 110 se mueven a velocidades más altas con respecto a la base (por ejemplo bajo carga dinámica de viento). La relación de amortiguación más alta del amortiguador 140 puede permitir que el amortiguador 140 soporte una parte de la carga en el sistema FV 100, incluida la carga estática de la colección de módulos FV 110 (por ejemplo el peso de la colección 110) y cargas estáticas o dinámicas causadas por condiciones ambientales tales como viento, nieve o polvo. La rela ción de amortiguación más baja reduce la resistencia del amortiguador al movimiento causado por el actuador 120. La proporción de amortiguación del amortiguador 140 puede cambiar pasivamente en función del estado operativo del actuador 120, tal como la relación de actuación. Por lo tanto, la relación de amortiguación puede ajustarse sin control activo mediante, por ejemplo, el controlador 130.
La proporción de amortiguación más alta puede tener un valor mayor que 1 (de modo que el sistema FV 100 esté sobreamortiguado), sin bloquear completamente el sistema FV 100 bajo carga por el viento u otras condiciones am bientales. Es decir, el amortiguador 140 bajo la relación de amortiguación más alta permite cierto movimiento del sistema 100 mientras proporciona resistencia contra ese movimiento. Sin embargo, en algunas realizaciones, el amor tiguador 140 puede bloquearse completamente bajo una carga ambiental elevada.
Las figuras 2A-2C muestran un amortiguador ejemplar 140. La figura 2A es una vista en recorte inferior del amortigua dor 140, mientras que las figuras 2B-2C son una vista en corte lateral del amortiguador. El amortiguador 140 puede incluir un pistón amortiguador 210 que puede moverse a través del fluido contenido en una cámara de amortiguación 205. Cualquier fluido o mezcla de fluidos puede estar contenido dentro de la cámara de amortiguación 205, tal como aire, agua o aceite. El pistón amortiguador 210 incluye al menos dos puertos 215 que, cuando están abiertos, permiten que el fluido fluya entre el pistón amortiguador y la cámara de amortiguador. Los puertos 215 se muestran en la figura 2A como aberturas en un extremo inferior del pistón amortiguador, pero los puertos pueden estar situados en cualquier parte del pistón amortiguador.
Los dos puertos 215 pueden incluir al menos un puerto 215A de menor diámetro y al menos un puerto 215B de mayor diámetro. El puerto de mayor diámetro 215A puede controlarse mediante una válvula 220. Cuando el pistón amorti guador 210 se mueve a través del fluido a bajas velocidades (por ejemplo, mientras los módulos FV 110 son rotados a baja velocidad por el actuador 120), el fluido puede fluir libremente a través del puerto de gran diámetro 215B y proporcionar poca resistencia al movimiento del pistón. La figura 2B ilustra un ejemplo del pistón 210 moviéndose a baja velocidad a través del fluido. Como se muestra en la figura 2B, la válvula 220 está abierta y el fluido puede pasar a través del puerto 215B de mayor diámetro para fluir dentro o fuera del pistón amortiguador 210. A velocidades más altas, la válvula 220 se cierra y el fluido se fuerza a través del puerto 215A de menor diámetro. La resistencia propor cionada por el flujo de fluido a través del puerto de diámetro pequeño 215A aumenta la relación de amortiguación efectiva del amortiguador 140. La figura 2C ilustra un ejemplo del pistón 210 moviéndose a alta velocidad a través del fluido. Como se muestra en la figura 2C, la válvula 220 se cierra y el fluido se fuerza a través del puerto de menor diámetro 215A para fluir dentro o salir del pistón amortiguador 210.
El amortiguador 140 puede tener configuraciones distintas a la mostrada en las figuras 2A-2C y puede regular pasiva mente la relación de amortiguación de otras maneras. Por ejemplo, las válvulas pueden regular el flujo de fluido a través de múltiples puertos de igual o diferente tamaño en el pistón amortiguador. A velocidades más bajas, las válvu las están abiertas para permitir que el fluido fluya a través de varios o todos los puertos. A velocidades más altas, las válvulas cierran el puerto y obligan al fluido a fluir a través de un número menor de puertos. Como otro ejemplo, el amortiguador 140 puede incluir un fluido no newtoniano que tenga una viscosidad más baja a velocidades bajas del pistón y una viscosidad más alta a velocidades altas del pistón.
El sistema FV 100 puede diseñarse en función de la velocidad del viento en el área en la que se instalará el sistema. En particular, el sistema FV 100 puede diseñarse para soportar cargas máximas esperadas de las condiciones del viento del área siguiendo un protocolo tal como ASCE 7. La figura 3 ilustra un ejemplo de curva de Durst, que relaciona la velocidad promedio del viento con la duración de las ráfagas, que puede ser usada en tales protocolos. Como se muestra en la figura 3, las velocidades promedio del viento son mayores para mediciones más cortas de la duración de las ráfagas que para mediciones más largas. Debido a que el amortiguador 140 tiene una relación de amortiguación más alta bajo carga de viento y soporta una parte de la carga en la colección de módulos FV 110, el sistema FV 100 puede diseñarse basándose en duraciones de ráfagas más largas - y por lo tanto velocidades de viento más bajas -que los sistemas FV. que carecen del amortiguador 140. Además, mientras que la curva de Durst que se muestra en la figura 3 supone una velocidad del viento libre y sin obstáculos, el sistema FV 100 probablemente experimentará un flujo de aire turbulento a medida que los vientos dinámicos se mueven alrededor de la estructura. Los momentos promedio en el sistema FV 100 bajo flujo turbulento pueden ser incluso menores en duraciones de ráfagas más largas que las predichas por la curva de Durst. En consecuencia, al menos uno de entre la base 115, el actuador 120 y los módulos FV 110 puede diseñarse para soportar un valor promedio de momentos aplicados al sistema FV 100 durante un período de tiempo específico. Esta duración de tiempo se puede calcular basándose en pruebas en túnel de viento y puede ser, por ejemplo, aproximadamente equivalente a un tiempo de respuesta del sistema FV 100 bajo cargas ambientales objetivo. El diseño para velocidades de viento más bajas puede reducir la cantidad de material utilizado<para construir la base 115, el actuador 120 y la colección de módulos>F<v 110, y puede reducir los costos generales y>de mantenimiento para el sistema FV 100.
En algunas realizaciones, la relación de amortiguación más alta del amortiguador 140 se diseña bajo pruebas en túnel de viento para lograr un tiempo de respuesta específico del sistema FV 100 bajo cargas ambientales elevadas. Debido a que la relación de amortiguación más alta resiste el movimiento del actuador 120, el actuador 120 puede tardar más en mover los módulos FV 110 a un ángulo específico bajo la relación de amortiguación más alta que bajo la relación de amortiguación más baja. La relación de amortiguación más alta se puede seleccionar de manera que el movimiento de los módulos FV 110 a través de una distancia angular designada (con respecto a la base 115) tomará una cantidad de tiempo específica si el sistema FV 100 se somete a una cantidad específica de carga de viento que es una carga ambiental suficiente para hacer que el amortiguador 140 pase a la relación de amortiguación más alta. Por ejemplo, la relación de amortiguación más alta se puede seleccionar bajo prueba de túnel de viento de modo que el actuador mueva los módulos FV 110 treinta grados con respecto a la base en 60 segundos mientras el sistema FV 100 se somete a una cantidad específica de carga de viento por encima de un umbral de velocidad de viento. La relación de amortiguación más alta se puede seleccionar para permitir movimientos más rápidos o más lentos de los módulos FV 110, tales como 10 segundos, 30 segundos o 120 segundos.
Otras Consideraciones
La descripción anterior de diversas realizaciones del objeto reivindicado se ha proporcionado con fines de ilustración y descripción. No pretende ser exhaustivo ni limitar el tema reivindicado a las formas precisas divulgadas. Muchas modificaciones y variaciones pueden resultar evidentes para un experto en la técnica. Se eligieron y describieron realizaciones para describir mejor los principios de la invención y sus aplicaciones prácticas, permitiendo de esta manera que otros expertos en la técnica relevante comprendan el objeto reivindicado, las diversas realizaciones y las diversas modificaciones que son adecuadas para los usos particulares. contemplados.
Aunque las realizaciones se han descrito en el contexto de computadoras y sistemas informáticos en pleno funciona miento, los expertos en la técnica pueden apreciar que las diversas realizaciones pueden ser distribuidas como un producto de programa en una variedad de formas, y que la divulgación se aplica igualmente independientemente del tipo particular de máquina o medio legible por computadora utilizado para efectuar realmente la distribución.
Aunque la descripción detallada anterior describe ciertas realizaciones y el mejor modo contemplado, no importa cuán detallado aparezca lo anterior en el texto, las realizaciones se pueden practicar de muchas maneras. Los detalles de los sistemas y procedimientos pueden variar considerablemente en sus detalles de implementación, sin dejar de estar incluidos por la memoria descriptiva. Como se ha hecho notar más arriba, la terminología particular utilizada al describir ciertas características o aspectos de diversas realizaciones no debe interpretarse como que implica que la terminología se está redefiniendo en el presente documento para restringirla a cualquier característica, funcionalidad o aspecto específico de la invención con el cual esa terminología está asociada. En general, no se debe interpretar que los términos utilizados en las siguientes reivindicaciones limitan la invención a las realizaciones específicas descritas en la memoria descriptiva, a menos que esos términos se definan explícitamente en la presente memoria descriptiva. Por consiguiente, el alcance real de la invención abarca no sólo las realizaciones descritas, sino también todas las formas equivalentes de practicar o implementar las realizaciones de acuerdo con las reivindicaciones.
El lenguaje utilizado en la memoria descriptiva se ha seleccionado principalmente con fines de legibilidad y de instruc ción, y no puede haber sido seleccionado para delinear o circunscribir la materia inventiva. Por lo tanto, se pretende que el alcance de la invención no esté limitado por esta Descripción Detallada, sino más bien por cualquier reivindica ción que surja de una aplicación basada en la misma. Por consiguiente, la descripción de diversas realizaciones pre tende ser ilustrativa, pero no limitativa, del alcance de las realizaciones, que se establece en las siguientes reivindica ciones.
Claims (15)
1. Un sistema fotovoltaico (100), que comprende:
un módulo fotovoltaico (110);
una base (115) que soporta el módulo fotovoltaico (110); y
un amortiguador (140) acoplado entre el módulo fotovoltaico (110) y la base (115) y que resiste el movimiento del módulo fotovoltaico (110) con respecto a la base (115), que se caracteriza por que el amortiguador (140) tiene una primera relación de amortiguación cuando el módulo fotovoltaico (110) se mueve a una primera velocidad con respecto a la base (115) y una segunda relación de amortiguación cuando el módulo fotovol taico (110) se mueve a una segunda velocidad con respecto a la base (115), en el que el amortiguador (140) realiza transiciones pasivamente desde la primera relación de amortiguación a la segunda relación de amor tiguación.
2. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 1, que comprende además más de un módulo fotovoltaico (110).
3. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 2, que comprende además un actuador (120) acoplado entre los módulos fotovoltaicos (110) y la base (115) y que está configurado para mover los módulos fotovoltaicos (110) para cambiar un ángulo de los módulos fotovoltaicos (110) con relación a la base (115) para seguir el movimiento del sol.
4. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 3, en el que el actuador (120) mueve los módulos fotovoltaicos (110) a la primera velocidad.
5. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 4, en el que la carga mueve los módulos fotovoltaicos (110) a la segunda velocidad, y en el que la segunda relación de amortiguación es mayor que la primera relación de amortiguación.
6. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 3, que comprende además un controlador (130) en comunicación elec trónica con el actuador (120) y que está configurado para accionar el actuador (120) para mover los módulos fotovol taicos (110) con respecto a la base (115), en el que el amortiguador (140) pasa de la primera relación de amortiguación a la segunda relación de amortiguación independientemente del controlador (130).
7. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que el amortiguador (140) soporta al menos una parte de una carga colocada sobre el sistema fotovoltaico por una condición ambiental.
8. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que la segunda relación de amortiguación es mayor que la amortiguación crítica del sistema fotovoltaico.
9. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que la segunda relación de amortiguación hace que el amorti guador (140) quede completamente bloqueado contra el movimiento del módulo fotovoltaico (110) con respecto a la base (115).
10. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 2, en el que la segunda relación de amortiguación hace que el amorti guador (140) permita el movimiento de los módulos fotovoltaicos (110) con respecto a la base (115) mientras resiste el movimiento.
11. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 2, en el que la segunda relación de amortiguación permite que los módulos fotovoltaicos (110) se muevan una distancia angular designada con respecto a la base (115) en una cantidad de tiempo específica bajo una carga específica.
12. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 3, en el que al menos uno de los módulos fotovoltaicos (110), la base (115) o el actuador (120) está diseñado para soportar un valor promedio de momentos aplicados al sistema fotovoltaico a lo largo de un período específico de tiempo.
13. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que el amortiguador (140) comprende:
una cámara de amortiguación (205) que contiene un fluido; y
un pistón amortiguador (210) configurado para moverse a través del fluido con respecto a la cámara de amor tiguación (205).
14. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 13, en el que el amortiguador (140) comprende:
un primer puerto (215A) en el pistón amortiguador (210), teniendo el primer puerto (215A) un primer diámetro; y
un segundo puerto (215B) en el pistón amortiguador (210), teniendo el segundo puerto (215B) un segundo diámetro mayor que el primer diámetro.
15. El sistema fotovoltaico de la reivindicación 14, en el que el amortiguador (140) comprende:
una válvula (220) configurada para abrir o cerrar el segundo puerto (215B) de manera que el segundo puerto (215B) esté abierto cuando el módulo fotovoltaico (110) se mueve a la primera velocidad con respecto a la base (115) y el segundo puerto (215B) se cierra cuando el módulo fotovoltaico (110) se mueve a la segunda velocidad con respecto a la base (115), en el que el fluido contenido en la cámara de amortiguación (205) fluye entre la cámara de amortigua ción (205) y el pistón amortiguador (210) a través tanto del primer como del segundo puerto cuando el segundo puerto (215B) está abierto y únicamente a través del primer puerto (215A) cuando el segundo puerto (215B) está cerrado.
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