PT1519439E

PT1519439E - Antena parabólica com alimentação eléctrica por elementos fotovoltaicos

Info

Publication number: PT1519439E
Application number: PT04020217T
Authority: PT
Inventors: Andreas Ten Haaft; Michael Ten Haaft
Original assignee: Ten Haaft Gmbh
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2007-03-30
Also published as: ATE354183T1; DE502004002889D1; EP1519439A1; AU2004210546A1; DK1519439T3; AU2004210546B2; ES2282770T3; SI1519439T1; US7102579B2; EP1519439B1; US20050068238A1; DE20314930U1; PL1519439T3

Description

DESCRIÇÃO

"ANTENA PARABÓLICA COM ALIMENTAÇÃO ELÉCTRICA POR ELEMENTOS FOTOVOLTAICOS"

Enquadramento técnico

Instalações de recepção via satélite, compostas por uma antena parabólica e por correspondentes equipamentos de recepção, encontram-se de maneira crescente em uso também para utilizações móveis, como por exemplo em viaturas do género de autocaravanas. Devido à mudança mais ou menos frequente da localização torna-se por um lado necessário orientar da melhor maneira possível a antena parabólica, que regra geral é de pequenas dimensões, para o satélite cuja recepção se faz, não se encontrando por outro lado frequentemente à disposição nenhuma rede eléctrica para a alimentação da instalação de recepção via satélite.

Estado actual da técnica 0 documento DE 19.834 577 AI apresenta uma antena parabólica especial constituída por muitas antenas singulares de pequenas dimensões, antena essa que está concebida para ser utilizada em autocaravanas. Com o auxílio do GPS todo o sistema pode ser orientado mediante rotação mecânica para a direcção de recepção pretendida. Não se faz neste documento referência ao problema da alimentação eléctrica. 1 0 documento DE 4 208 101 AI apresenta uma instalação estacionária de recepção via satélite cujo reflector em forma de parabólica está concebido não só para a finalidade habitual, que é a de concentrar a radiação incidente sobre o ponto focal, mas na qual se encontra aplicado adicionalmente sobre o espelho parabólico um elemento fotovoltaico que em cada posição de recepção via satélite do reflector aduz em maior ou menor grau a luz do dia incidente a um acumulador que acumula a energia eléctrica para a utilizar na alimentação eléctrica da antena parabólica e dos componentes de recepção que lhe estão associados.

Esta solução tem o inconveniente de o elemento fotovoltaico aplicado do lado do receptor poder em certas circunstâncias afectar as caracteristicas de recepção do sinal proveniente do satélite. Devido ao facto de a antena parabólica ter de ser forçosamente orientada para o satélite, não é possível conseguir uma optimização da potência de alimentação debitada pelo elemento fotovoltaico, só constituindo a obtenção de energia um efeito secundário da instalação.

Dadas as superfícies de recepção e de reflexão, que regra geral nas instalações de recepção móveis via satélite têm um dimensionamento relativamente reduzido, esta solução não permite obter grandes vantagens. O documento FR 2 762 945 apresenta uma antena que tem uma dupla função que é a de emitir ou de receber sinais electromagnéticos e a de captar energia solar. Para tal as células fotovoltaicas, que estão adaptadas à curvatura do reflector, encontram-se distribuídas pela parte central do 2 reflector da antena parabólica, células essas que supostamente deveriam deixar passar as ondas electromagnéticas. 0 equipamento apresentado possui também um motor que permite ajustar a antena parabólica para um ou vários satélites, partindo-se no entanto fundamentalmente do principio de que a posição da antena, ao ser orientada para um satélite geostacionário, como por exemplo o ASTRA, fica também automaticamente orientada "de maneira bastante vantajosa" na direcção do sol, de modo que se espera obter uma incidência "quase óptima" dos raios solares quando a antena estiver orientada de maneira predefinida para o satélite cujo sinal se pretende receber, e isto sem que se torne necessário tomar quaisquer outras medidas para optimizar a captação de energia solar.

Também com esta solução há a registar perdas na recepção do sinal proveniente do satélite, uma vez que as células fotovoltaicas do lado do reflector, apesar de se afirmar que as mesmas deixam passar as ondas electromagnéticas, produzem um amortecimento do sinal electromagnético. Por esse motivo tais antenas, também devido à sua estrutura complexa, só se prestam a aplicações estacionárias com reflectores de grande diâmetro. 0 documento Patent Abstracts of Japan 05 248 709 mostra uma combinação de uma antena parabólica com um colector fotovoltaico disposto na área do LNB de recepção, para captação de calor, estando prevista, no caso de não ser recebido um sinal de satélite, uma motorização para orientar o espelho parabólico na direcção do sol, isto é, para obter uma maximização da captação da energia proveniente do sol. 3

Estão também previstos dispositivos de comando com o auxilio dos quais, entrando com a localização da antena, se pode calcular a direcção da radiação solar incidente e que por intermédio de dispositivos de ajuste movem a antena na correspondente direcção. 0 documento Patent Abstracts of Japan 09 153 712 mostra duas instalações de recepção independentes uma da outra, que são uma antena plana e uma "bateria solar" que está relacionada de tal maneira com a antena que ao posicionar a antena plana na direcção de sudoeste se consegue um posicionamento da bateria solar na direcção do sul e em consequência disso na direcção do sol. Não está portanto previsto efectuar o seguimento da bateria solar em relação ao sol. 0 documento Patent Abstracts of Japan 02 166 807 mostra uma combinação de uma antena parabólica com uma "bateria solar" na qual a bateria solar está disposta do lado de trás da antena. Por meio de um revestimento com uma película o corpo da antena está construído de tal maneira que deve reflectir a radiação incidente proveniente do satélite mas deixar passar a luz, de modo a esta incidir sobre o elemento fotovoltaico disposto do lado de trás. Do relacionamento fixo e da direcção de recepção idêntica da antena parabólica e da bateria solar resulta que a energia solar incidente que é captada depende do ângulo de recepção ajustado em cada caso para a antena; uma optimização só é possível quando, no caso de não ser recebido um sinal do satélite, for efectuada uma orientação da antena na direcção do sol. Mesmo nesse caso o rendimento dos elementos voltaicos é forçosamente afectado pela atenuação provocada pelo corpo de antena disposto à frente daqueles elementos. 4 Não se faz nesse documento menção da utilização de uma tal antena em aplicações móveis, não sendo uma tal aplicação realizável sem mais devido à forma desvantajosa que não contempla elementos de ajuste ou de rotação. 0 documento US 6 016 120 descreve uma utilização de um sistema GPS servindo de emissor de posição para determinar a orientação de uma antena, não havendo qualquer referência em relação a uma aplicação solar. O documento US 5 528 250 apresenta uma solução para a construção de uma antena móvel que está configurada de modo a poder ser dobrada de tal maneira que no estado de não utilização a face do reflector está virada para o lado de baixo. Também neste caso não está previsto um aproveitamento suplementar da energia solar.

Em resumo pode por isso constatar-se que as soluções já conhecidas, que todas elas apresentam elementos fotovoltaicos do lado do reflector, são obrigadas a virar na posição deitada o reflector de antena para o lado de cima para captar energia solar. Sem tomar medidas especiais tal procedimento iria provocar numa aplicação móvel, por exemplo no tejadilho de uma autocaravana, configurações desvantajosas do ponto de vista aerodinâmico, podendo o reflector da antena parabólica ficar cheio de água sempre que chove. Por esse motivo os sistemas já conhecidos, que são rebativeis e por exemplo do género do dispositivo já conhecido pelo acima referido documento da US 6,016,120, prescindem do aproveitamento da energia solar. 5

Objectivo da invenção 0 objectivo da invenção é o de optimizar a ideia fundamental da dupla função de uma antena parabólica de modo a esta servir tanto para captar o sinal de recepção do satélite por intermédio dos correspondentes dispositivos de recepção como também para captar a energia solar, no sentido de a aplicação se tornar também possível em antenas parabólicas de dimensionamento mais pequeno, nomeadamente na área das antenas destinadas a aplicações móveis.

De acordo com a invenção este objectivo atinge-se pela adopção das características enunciadas na reivindicação 1 da patente. A ideia fundamental da invenção consiste portanto em o lado de trás da antena parabólica servir para receber os elementos fotovoltaicos, sendo a possibilidade de ajustar o reflector para maximizar o sinal de recepção, que nos sistemas móveis de recepção via satélite está regra geral de qualquer dos modos já prevista, utilizada para conseguir também uma optimização em dois eixos da captação da energia solar posta à disposição pelo sol ou pela luz do dia e para poder captar energia solar também na posição deitada.

De acordo com uma forma de configuração vantajosa o dispositivo de posicionamento pode colaborar com um receptor de navegação (por exemplo GPS) cujos dados relativos à posição tanto podem ser utilizados para o ajuste da posição de recepção via satélite como também para ajuste da posição de recepção da radiação solar, receptor de navegação esse que neste particular terá também uma dupla função. 6

Outras formas de configuração vantajosas depreendem-se das restantes reivindicações secundárias.

Breve descrição dos desenhos

Um exemplo de realização preferido da invenção será agora explicado mais em pormenor mediante os desenhos. Mostra-se na:

Figura IA,B: lado da frente e lado de trás da antena parabólica,

Figura 2: vista lateral da antena parabólica na posição deitada, Figura 3: uma primeira representação esquemática e em perspectiva da antena parabólica na posição Pl, em que recebe o sinal do satélite, e Figura 4 : uma segunda representação esquemática e em perspectiva da antena parabólica na posição P2, que permite receber energia solar.

Descrição do exemplo de realização preferido

Uma antena parabólica 10 tem da maneira habitual a configuração de uma antena parabólica ou de uma antena plana, encontrando-se localizados do seu lado de trás vários elementos fotovoltaicos que formam um módulo fotovoltaico 10A, enquanto que do seu lado da frente está localizado o reflector 10B da antena, para recepção do sinal do satélite. 7 A antena parabólica está ligada por meio da extremidade superior 31A de um estribo 31 com o reflector 10B da antena parabólica 10. A extremidade inferior 31B do estribo 31 está fixada sobre uma unidade giratória 32 que pode rodar em torno de um eixo vertical V-V, de modo a poder girar de um ângulo β (ângulo de elevação) em torno de um eixo H-H de movimento giratório. A unidade giratória 32 tem a configuração de uma base que é por exemplo fixada no tejadilho de uma autocaravana. Pela rotação da unidade giratória 32 de um determinado ângulo de rotação α (ângulo azimutal) em torno do eixo vertical V-V e um movimento giratório do estribo 31 de um determinado ângulo β em torno do eixo horizontal H-H torna-se portanto em principio possível orientar a antena para um determinado ponto do céu.

Na figura 2 a antena parabólica está representada na sua posição de repouso ou posição deitada, na qual a face 10B do reflector está rebatida para o lado de baixo e o módulo solar 10A aponta para o lado de cima, encontrando-se a antena parabólica portanto numa posição horizontal, na qual se torna possível obter no mínimo uma captação de energia solar por meio dos elementos fotovoltaicos do módulo solar 10A na dependência da altura do sol. A figura 3 mostra a configuração de acordo com a invenção para o ajuste da antena parabólica na direcção X-X, por forma a que o sinal emitido pelo satélite geostacionário S incida de tal maneira sobre a superfície 10B do reflector que se obtém uma optimização no sentido de haver uma maximização do sinal recebido. Esta primeira posição PI (modo satélite) caracteriza-se portanto por um determinado valor do ângulo de elevação βΐ em torno do eixo horizontal H-H e do ângulo de rotação ocl em torno do eixo vertical V-V.

Na posição representada na figura 4 o módulo solar 10A está orientado na direcção do sol, de modo que esta segunda posição P2 (modo solar) se caracteriza por uma correspondente escolha de um movimento de elevação de um determinado ângulo de elevação β2 em torno do eixo horizontal H-H e de uma rotação de um determinado ângulo de rotação (X2 em torno do eixo vertical V-V.

De maneira vantajosa o ajuste das posições PI e P2 pode efectuar-se por forma a que à unidade giratória 32 está associado, numa unidade de comando adequada, um receptor de navegação que fornece a posição exacta da instalação de recepção via satélite. Partindo destes dados de posição, é então possível, mediante correspondentes tabelas ou valores de aferição, calcular os ângulos αΐ/βΐ para a posição PI no modo satélite, isto é, a orientação para um satélite S pertencente ao emissor de televisão pretendido, como também pela escolha do ângulo β2 a posição P2 no modo solar, e mediante um correspondente sinal de comando emitido à unidade giratória 32 fazer com que esta seja rodada em torno do eixo vertical V-V para o ângulo al/oc2 de alvo calculado e elevar ainda a antena parabólica 10, pelo correspondente movimento giratório do estribo 31 em torno do eixo horizontal H-H, para o ângulo β1/β2 de alvo calculado. 9

Os correspondentes motores, necessários para este comando, não se encontram representados nos desenhos.

Com base nos dados de posição fornecidos pelo receptor de navegação torna-se possível, sem problemas, com o auxílio de fórmulas apropriadas que estão contidas no software do sistema electrónico de recepção, proceder a uma mudança automática de satélite (várias posições PI no modo satélite) .

Na posição P2 (modo solar) torna-se possível, mediante correspondentes tabelas ou valores de aferição, efectuar um seguimento automático da antena parabólica em relação ao sol, por exemplo a passos de um minuto, tornando a utilização do receptor de navegação também para esta finalidade desnecessária a existência de sensores específicos de luz solar ou de luminosidade.

Na concepção de acordo com a invenção torna-se especialmente vantajoso o facto de os períodos de utilização do modo satélite e do modo solar, que correspondem em larga medida às horas do dia, só se sobreporem muito pouco, de modo que também neste aspecto se tornou possível achar uma solução global económica no sentido de se obter um aproveitamento contínuo da antena parabólica.

Lisboa, 8 de Março de 2007 10

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Antena satélite (10) com a configuração de uma antena parabólica ou de uma antena plana, para receber sinais de satélite, com um reflector (10B), com elementos fotovoltaicos para abastecimento de energia eléctrica, com um dispositivo de posicionamento controlado por uma unidade de comando de modo a que a antena possa ser ajustada pelo menos para uma primeira posição (Pi) de optimização do sinal de satélite e para uma segunda posição (P2) de optimização da potência fornecida pelos elementos fotovoltaicos, caracterizada por os elementos fotovoltaicos estarem dispostos sob a forma de um módulo solar (10A) do lado de trás da antena satélite (10) e por o reflector (10B) estar disposto do lado da frente da antena satélite (10), por a antena (10) poder ser girada por meio de um dispositivo de posicionamento em torno de um eixo horizontal (H-H) de um ângulo (β) de movimento giratório e por numa posição de descanso este ângulo (β) de movimento giratório ser no essencial de zero graus, estando o lado da antena (10) provido do reflector (10B) dobrado para o lado de baixo e por o módulo solar (10A) apontar para o lado de cima para captar energia solar na dependência da posição do sol.
2. Antena de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo de posicionamento comportar um estribo (31) cuja extremidade superior (31A) suporta a antena (10) e cuja extremidade inferior (31B) está ligada a uma base que permite um movimento giratório em torno do eixo horizontal (H-H) de um ângulo (β) de movimento giratório. 1
3. Antena de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a base ser formada por uma unidade (32) de movimento rotativo com um eixo de rotação vertical (V-V) e um ângulo (a) de movimento rotativo.
4. Antena de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por a primeira posição (Pl) ser formada por um primeiro ângulo (βΐ) de movimento giratório do estribo (31), necessário para a melhor recepção possível a partir do satélite, e por um primeiro ângulo (Otl) de movimento rotativo da unidade rotativa (32).
5. Antena de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por a segunda posição (P2) ser formada por um segundo ângulo (β2) de movimento giratório do estribo (31), necessário para a melhor recepção possível a partir do satélite, e por um segundo ângulo (oc2) de movimento rotativo da unidade rotativa (32).
6. Antena de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por estar associado à unidade de comando um receptor de navegação cujos dados de posição permitem predefinir pelo menos a primeira posição (Pl) do dispositivo de posicionamento, eventualmente com compensação do ângulo de erro da polarização linear.
7. Antena de acordo com as reivindicações 5 e 6, caracterizada por os dados de posição do receptor de navegação permitirem determinar também a segunda posição (P2), destinada ao abastecimento com energia solar. Lisboa, 8 de Março de 2007 2