PT2518316E - Dispositivo de suporte para uma unidade geradora de energia solar - Google Patents

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PT2518316E
PT2518316E PT110035037T PT11003503T PT2518316E PT 2518316 E PT2518316 E PT 2518316E PT 110035037 T PT110035037 T PT 110035037T PT 11003503 T PT11003503 T PT 11003503T PT 2518316 E PT2518316 E PT 2518316E
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Azurspace Solar Power Gmbh
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Description

ΡΕ2518316 1
DESCRIÇÃO
"DISPOSITIVO DE SUPORTE PARA UMA UNIDADE GERADORA DE ENERGIA SOLAR" A invenção refere-se a uma unidade geradora de energia solar de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 É conhecida uma unidade geradora de energia solar, com uma orientação de dois eixos, veja por exemplo também WO 02/079793. Neste caso a máquina de espelhos encontra-se proporcionada num mastro. Da EP 2 180 524 A2 é conhecido um outro gerador fotovoltaico constituído por módulos planos. Os módulos individuais apresentam várias células solares individuais, em que a luz é focada por um sistema óptico de imagem sobre células solares proporcionadas por baixo do sistema óptico.
Além disso são conhecidas da US 4 548 195 A, que é considerada como o estado da técnica mais próximo, e da US 4 395 581 A, unidades geradoras de energia solar adicionais. O conversor de luz encontra-se ligado rigidamente a um dispositivo de retenção ao suporte ou ligado às superfícies do espelho.
Neste contexto, o objectivo da invenção é o de proporcionar um dispositivo, o qual melhora o estado da 2 ΡΕ2518316 técnica. 0 objectivo é alcançado por uma unidade geradora de energia solar com as caracteristicas da reivindicação 1. As formas de realização vantajosas da invenção são o objecto das reivindicações secundárias.
De acordo com a presente invenção é descrita uma unidade geradora de energia solar para converter a luz solar, com uma máquina de espelhos, concebida para concentrar a luz solar recebida, um conversor de luz, um dispositivo de suporte para a fixação da máquina de espelhos, - um mecanismo de orientação realizado para orientação da máquina de espelhos para o trajecto diurno do sol, sendo que o conversor de luz se encontra proporcionado na direcção da luz solar incidente acima da máquina de espelhos e a luz em feixe incide sobre uma superfície de recepção do conversor de luz e o dispositivo de suporte apresenta um primeiro veio proporcionado essencialmente na horizontal apresentando o primeiro veio um primeiro ponto de apoio radial e um segundo ponto de apoio radial proporcionados em lados opostos da máquina de espelhos, e o primeiro ponto de apoio e o segundo ponto de apoio encontram-se alinhados com o eixo central do primeiro veio, e 3 ΡΕ2518316 entre o primeiro ponto de apoio e o segundo ponto de apoio encontra-se apertado um terceiro ponto de apoio radial para acolher um segundo veio realizado substancialmente perpendicular ao primeiro veio, de modo que o eixo de rotação do segundo veio é oscilado aquando da rotação do primeiro veio, e a máquina de espelhos se encontra ligada, fixada sob pressão, ao segundo veio, e o primeiro veio acolhe a força do peso do segundo veio e da máquina de espelhos, e a máquina de espelhos apresenta vários segmentos, sendo que entre uma parte dos segmentos se encontra realizado um intervalo, e o intervalo apresenta um diâmetro interior de pelo menos o diâmetro do primeiro veio, e o mecanismo de orientação encontra-se realizado para proceder à orientação da máquina de espelhos por meio de uma rotação do primeiro eixo e do segundo veio, e sendo que o conversor de luz se encontra rigidamente acoplado à máquina de espelhos, de modo que em caso de orientação da máquina de espelhos o conversor de luz é arrastado, e o conversor de luz se encontra ligado fixado sob pressão e rigidamente ao segundo veio, de modo que o primeiro veio acolhe a força do peso do conversor de luz.
Uma vantagem do dispositivo de acordo com a invenção é que a unidade geradora de energia solar forma um conjunto modular, sendo que o conjunto modular deixa-se 4 ΡΕ2518316 fabricar e construir de modo simples e económico. Através da nova construção especialmente plana, em particular devido a um primeiro veio realizado na horizontal, já é suficiente uma pequena altura acima de um suporte para a máquina de espelhos. Neste caso o primeiro veio encontra-se ligado, fixado por pressão, nas duas extremidades, de preferência abaixo dos respectivos pontos de apoio com a base por meio de um acessório em forma de haste. Além disso as peças individuais apresentam um peso próprio pequeno, de modo que a unidade geradora de energia solar em comparação com um conjunto em forma de mastro pode ser construída sem dispositivos especiais de elevação, tais como guindastes, no local. Em especial em que a máquina de espelhos se encontra dividida em segmentos individuais e os segmentos de acordo com uma forma de realização preferida se encontram dispostos dos dois lados perto do chão em torno de um segundo eixo, no dispositivo de acordo com a invenção a carga do vento de toda o dispositivo deixa-se reduzir em comparação com um dispositivo em forma de mastro individual. Além disso os segmentos individuais deixam-se realizar de tal modo que a integridade estrutural ou a deformação é menor devido ao seu próprio peso, do que uma grande superfície de espelho, que se curva sob o seu próprio peso, de modo que, dependendo da orientação da máquina de espelhos, de preferência as partes externas das superfícies do espelho não estão mais orientadas com precisão.
As investigações efectuadas pelo requerente 5 ΡΕ2518316 mostraram que, através da disposição especial de dois eixos de rotação, em caso de rotação do primeiro veio e oscilação associada do segundo veio, já com pequenos movimentos de rotação nos dois veios se deixa obter uma orientação da máquina de espelhos no trajecto diurno do sol. Em particular a forma de realizaçao é apropriada de preferência para zonas com uma latitude menor do que 40 Io .
Para este fim o primeiro veio é proporcionado de preferência na direcção norte-sul. Durante o dia a orientação é realizada por meio do primeiro accionador para seguir o sol no seu trajecto no zénite. 0 segundo accionador no segundo veio efectua entretanto de tempos a tempos, em comparação com os movimentos do primeiro accionador, apenas pequenas correcções.
Numa forma de realização possivel (não incluida no conjunto das reivindicações) o primeiro veio é rodado para fora da direcção norte-sul num determinado ângulo. 0 desvio pode ser compensado sem problemas por meio de uma rotação do segundo veio. Deste modo pode-se colocar a unidade geradora de energia solar sobre suportes, tal como por exemplo uma superfície de tecto, que não apresentam qualquer direcção exacta norte-sul.
Outra vantagem da segmentação da máquina de espelhos é que se formam intervalos entre os segmentos individuais da máquina de espelhos, de modo que em caso de rotação do gerador solar à volta do eixo do segundo veio, não é possível uma colisão dos segmentos individuais da 6 ΡΕ2518316 máquina de espelhos com o primeiro veio.
Uma outra vantagem da forma de realização segmentada é que o conversor de luz e o dispositivo de retenção do conversor de luz se deixam posicionar de tal modo acima da máquina de espelhos que a sombra das duas partes cai num intervalo entre os segmentos. Deste modo deixa-se aumentar a eficiência da forma de realização e simultaneamente economizar superfície do espelho caro.
Numa forma de realização adicional os veios encontram-se realizados como tubos de torção. Alternativamente podem também ser utilizadas barras ou hastes poligonais. Além disso é preferido colocar todos os segmentos da máquina de espelhos com uma fixação sob pressão na ou com o segundo veio.
Numa forma de realização é preferido que uma parte dos segmentos da máquina de espelhos ligados ao segundo veio formem um intervalo, apresentando o intervalo um diâmetro interior de pelo menos o diâmetro do segundo veio. Para isso encontram-se proporcionados em ambos os lados do segundo veio cada dois segmentos da máquina de espelhos. Quanto ao primeiro veio encontram-se igualmente dois dos espelhos em ambos os lados do primeiro veio. No entanto todos os segmentos encontram-se ligados fixados sob pressão e rigidamente apenas ao segundo veio. Quanto ao segundo veio, o primeiro veio divide o segundo veio em duas metades, de preferência com o mesmo comprimento, de modo 7 ΡΕ2518316 que cada metade do segundo veio se encontra ligada rigidamente a dois segmentos da máquina de espelhos. Investigações do requerente demonstraram que é preferível usar quatro segmentos de espelho com exactamente o mesmo tamanho, sendo que os segmentos se encontram realizados como parte de uma disposição do espelho parabólico, que concentrar a luz sobre uma superfície de recepção do conversor de luz. Além disso é preferido que respectivamente dois segmentos formem um intervalo, para acolher o primeiro veio ou o segundo veio. Neste caso, cada um dos quatro segmentos do espelho pode ser constituído por uma superfície de espelho contínua ou por vários segmentos secundários.
De acordo com uma outra forma de realização, o terceiro rolamento encontra-se apertado essencialmente no meio em relação à extensão longitudinal do segundo veio. De preferência, o dispositivo de suporte encontra-se realizado para transmitir o peso dos segmentos ligados ao segundo veio exclusivamente para o primeiro veio. Além disso é preferido colocar o centro de gravidade da máquina de espelhos essencialmente sobre o eixo rotativo do primeiro veio e / ou do segundo veio. Deste modo são obtidas uma carga de vento pequena e uma elevada capacidade de carga mecânica elevada de toda a unidade geradora de energia solar.
Numa outra forma de realização o primeiro veio para rotação apresenta um primeiro accionador. Além disso o ΡΕ2518316 segundo veio apresenta, para rotação, igualmente um segundo accionador. Os dois accionadores encontram-se ligados ao mecanismo de orientação e são controlados de tal modo pelo mecanismo de orientação, que a máquina de espelhos se encontra orientada com o conversor de luz respectivamente exactamente para o sol. É preferido prever respectivamente um único accionador por veio.
Numa outra forma de realização, várias unidades geradoras de energia solar encontram-se proporcionadas sobre um primeiro veio, de modo que para oscilação de vários segundos eixos é suficiente um único primeiro accionador. Além disso é preferido acoplar um ao outro vários segundos veios, de tal modo, que em caso de uma rotação do segundo veio os outros segundos veios adicionais acoplados são arrastados na rotação. De preferência, o acoplamento ocorre de acordo com o principio da suspensão do paralelogramo. Para isso os conversores de luz são de preferência ligados de tal modo numa fixação sob pressão a uma biela, que a sua distância permanece constante durante a rotação do segundo veio.
De acordo com uma forma de realização preferida o conversor de luz compreende uma célula solar, em particular uma célula solar tripla ou um gerador de vapor. mente peças A invenção será a seguir explicada pormenorizada-tomando como referência os desenhos. Neste caso as semelhantes estão assinaladas com designações estão assinaladas ΡΕ2518316 idênticas. As formas de realização apresentadas estão altamente esquematizadas, quer dizer as distâncias e extensões laterais e verticais não estão à escala e não apresentam, a menos que especificado de outra forma, nenhuma relação geométrica derivável um para o outro. As figuras representam:
Figura 1 vista esquemática de uma primeira forma de realização da invenção de uma unidade geradora de energia solar,
Figura 2 vista esquemática de uma segunda forma de realização da invenção de uma unidade geradora de energia solar. A ilustração da figura 1 mostra uma vista esquemática de uma primeira forma de realização, que apresenta uma unidade geradora de energia solar 10 com um conversor de luz 20, um dispositivo de suporte 30 com um primeiro veio horizontal 34 e um segundo veio 36 apertado ao primeiro veio 34 e uma máquina de espelhos com quatro segmentos 42, 44, 46 e 48 e um mecanismo de orientação - não representado. Os quatro segmentos 42, 44, 46 e 48 formam de preferência uma parte de um espelho parabólico. O primeiro veio 34 apresenta um primeiro ponto de apoio 50 com um primeiro accionador 54 e um segundo ponto de apoio 56. O primeiro ponto de apoio 50 e o segundo ponto de apoio 56 encontram-se realizados como apoios radiais e compreendem de preferência respectivamente um rolamento, estando alinhados com o eixo central do primeiro veio. 10 ΡΕ2518316
Entre o primeiro ponto de apoio 50 e o segundo ponto de apoio 56 encontram-se realizados os quatro segmentos 42, 44, 46 e 48 da máquina de espelhos, sendo que os segmentos 42, 44, 46 e 48 se encontram ligados numa fixação sob pressão somente com o segundo veio 36 e de preferência rigidamente. O segundo veio 36 apresenta no ponto de aperto com o primeiro veio 34 um terceiro ponto de apoio com um segundo accionador 60 e encontra-se ligado no meio, em relação à extensão longitudinal, ao primeiro veio 34. É preferido que o terceiro ponto de apoio compreenda um rolamento radial. Acima dos segmentos 42, 44, 46 e 48 encontra-se proporcionada na superfície focal da máquina de espelhos uma superfície de recepção do conversor de luz 20. 0 conversor de luz 20 está ligado por um dispositivo de suporte 64 em forma de haste numa fixação sob pressão e rigidamente ao segundo veio 36. Entre os segmentos individuais encontra-se realizado respectivamente um intervalo para acolher o primeiro veio 34 ou para acolher o segundo veio 36. Dado que se encontram proporcionados dois dos quatro segmentos 42, 44, 46 e 48 num lado do primeiro veio 3 4 ou um lado do segundo veio 36 da máquina de espelhos, o centro de gravidade da máquina de espelhos encontra-se realizado substancialmente perto ou sobre o eixo do primeiro veio 34.
Dado que o conversor de luz se encontra rigidamente acoplado ao segundo veio 36, no caso de uma orientação da máquina de espelhos por meio de rotação do primeiro veio 34 e / ou do segundo veio 36 o conversor de 11 ΡΕ2518316 luz 20 é também movido. Deste modo encontra-se garantido que a superfície de recepção do conversor de luz 20 está sempre posicionada na superfície focal da máquina de espelhos. A rotação dos veios ocorre 34, 36 por meio de um controlo do primeiro accionador 54 e um controlo do segundo accionador 60 através do mecanismo de orientação ligado electricamente aos accionadores.
Devido à disposição especial dos segmentos 42, 44, 46 e 48 como quadrantes de uma cruz evita-se a colisão das superfícies do espelho com um dos dois veios 34, 36.
Além disso a sombra dos veios cai, com o posicionamento correspondente e orientação do sol, sempre no intervalo entre dois segmentos. Desta forma é evitado um efeito de sombra dos segmentos. Em particular nas regiões geográficas perto do equador, com uma latitude inferior a 40°, de preferência inferior a 30°, em que o sol atravessa o zénite, o dispositivo de acordo com a invenção apresenta vantagens especiais. Para isso o primeiro veio 34 é proporcionado de preferência na direcção norte-sul. É vantajoso proporcionar várias unidades geradoras de energia solar 10 sobre um primeiro veio 10, tal como apresentado na figura 1 no exemplo com duas unidades geradoras de energia solar 10. A orientação no primeiro veio 34 tem lugar de preferência com o primeiro accionador 54, enquanto que o segundo veio 36 das outras unidades geradoras de energia solar 10 apresenta um accionador separado 61. Depois disto é executado um 12 ΡΕ2518316 acompanhamento do sol de dois eixos das duas unidades geradoras de energia solar 10 com apenas três accionadores em vez de quatro accionadores, sendo que deste modo se economizam custos consideráveis.
Na ilustração da figura 2 encontra-se representada uma forma de realização adicional vantajosa, uma sequência de duas unidades geradoras de energia solar 10. De seguida serão descritas apenas as diferenças para a ilustração da figura 1. Nos conversores de luz 20 as unidades geradoras de energia solar individuais encontram-se acopladas numa fixação sob pressão por meio de um dispositivo de suporte mecânico 100, que compreende de preferência uma biela, na forma de uma guia paralelogramo. Além disso são desnecessários os segundos accionadores 60, 61 nos segundos veios 36, quer dizer os segundos veios encontram-se respectivamente apenas suportados radialmente. Os dois segundos veios 36 das unidades geradoras de energia solar 10 encontram-se adicionalmente acoplados por meio do dispositivo de retenção mecânico 100 para além do acoplamento por meio do primeiro veio 34. O dispositivo de retenção mecânico 100 encontra-se acoplado a um accionador 120 por meio de uma haste 110 variável no comprimento por rotação. Dado que o accionador 120 roda a haste 110 em torno do seu eixo longitudinal, os segundos veios são rodados por meio de uma mudança na posição horizontal da biela 100 em redor dos seus eixos de rotação. Para a orientação das duas unidades geradoras de energia solar 10 são necessários no total somente dois accionadores. 13 ΡΕ2518316
Deve notar-se que podem ser adicionadas também mais do que duas unidades geradoras de energia solar e por exemplo de acordo com a forma de realização da ilustração da figura 2 todas as formas de realização de espelho podem ser adicionadas com somente duas unidades accionadoras à altura do sol.
Lisboa, 16 de Junho de 2014

Claims (14)

  1. ΡΕ2518316 1 REIVINDICAÇÕES 1. Unidade geradora de energia solar (10) para a conversão da luz solar, com uma máquina de espelhos, concebida para concentrar a luz solar recebida, um conversor de luz (20), um dispositivo de suporte (30) para a fixação da máquina de espelhos, um mecanismo de orientação para a orientação da máquina de espelhos no trajecto diurno do sol, sendo que o conversor de luz (20) se encontra proporcionado na direcção da luz solar incidente acima da máquina de espelhos incidindo a luz em feixe sobre uma superfície de recepção do conversor de luz (20) e o dispositivo de suporte apresenta um primeiro veio (34) proporcionado essencialmente na horizontal apresentando o primeiro veio (34) um primeiro ponto de apoio radial (50) e um segundo ponto de apoio radial (56) proporcionados em lados opostos da máquina de espelhos, e o primeiro ponto de apoio (50) e o segundo ponto de apoio (56) encontram-se alinhados (34) com o eixo central do primeiro veio, e entre o primeiro ponto de apoio (50) e o segundo ponto de apoio (56) se encontra apertado um terceiro ponto de apoio radial para acolher um segundo veio (36) realizado substancialmente perpendicular ao primeiro 2 ΡΕ2518316 veio (34), de modo que o eixo de rotação do segundo veio (36) é oscilado em caso de rotação do primeiro veio (34), sendo que a máquina de espelhos se encontra ligada numa fixação sob pressão ao segundo veio (36), e o primeiro veio (34) acolhe a força do peso do segundo veio (36) e da máquina de espelhos, e a máquina de espelhos apresenta vários segmentos (42, 44, 46, 48) sendo que entre uma parte dos segmentos (42, 44, 46, 48) se encontra realizado um intervalo, e o intervalo apresenta um diâmetro interior de pelo menos o diâmetro do primeiro veio (34), encontrando-se o mecanismo de orientação realizado para executar a orientação da máquina de espelhos por meio de uma rotação do primeiro veio (34) e do segundo veio (36), caracterizado por, o conversor de luz (20) se encontrar rigidamente acoplado à máquina de espelhos, de modo que em caso de orientação da máquina de espelhos o conversor de luz (20) é arrastado, encontrando-se o conversor de luz (20) ligado fixado sob pressão e rigidamente ao segundo veio (36), de modo que o primeiro veio (34) acolhe também a força do peso do conversor de luz (20).
  2. 2. Unidade geradora de energia solar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os veios (34, 36) se encontrarem realizados como tubos de torção.
  3. 3. Unidade geradora de energia solar de acordo 3 ΡΕ2518316 com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por no segundo veio (36) todos os segmentos da máquina de espelhos se encontrarem proporcionados fixados sob pressão.
  4. 4. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por uma parte dos segmentos da máquina de espelhos ligados ao segundo veio (36) formarem um intervalo e o intervalo um diâmetro interior de pelo menos o diâmetro do segundo veio (36) .
  5. 5. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada por o terceiro rolamento se encontrar apertado num terceiro ponto de apoio em relação à extensão longitudinal do segundo veio (36) essencialmente no centro do segundo veio (36).
  6. 6. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizada por o dispositivo de suporte se encontrar realizado para transmitir a força do peso dos segmentos ligados ao segundo veio (36) exclusivamente para o primeiro veio (34).
  7. 7. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizada por o centro de gravidade da máquina de espelhos se encontrar essencialmente sobre o eixo de rotação do primeiro veio (34) . 4 ΡΕ2518316
  8. 8. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizada por a máquina de espelhos apresentar quatro segmentos, que concentram a luz sobre uma superfície de recepção do conversor de luz (20), formando respectivamente dois segmentos um intervalo para acolher um dos veios (34, 36).
  9. 9. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizada por a máquina de espelhos apresentar exactamente quatro segmentos e em cada metade do segundo veio (36) dois segmentos se encontrarem rigidamente ligados.
  10. 10. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o primeiro veio (34) apresentar um único accionador (54) para rotação.
  11. 11. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizada por o segundo veio (36) apresentar um único accionador (60, 61) para rotação.
  12. 12. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizada por várias unidades geradoras de energia solar (10) se encontrarem proporcionadas sobre um primeiro veio (34) comum. 5 ΡΕ2518316
  13. 13. Unidade geradora de energia solar de acordo com quaisquer das reivindicações 2 a 12, caracterizada por se encontrarem previstos vários segundos veios (36) e os vários segundos veios (36) se encontrarem acoplados um ao outro, de modo que com a rotação de um dos vários segundos veios (36) em redor do eixo do veio, o segundo veio acoplado (36) é arrastado na rotação.
  14. 14. Unidade geradora de energia solar de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o conversor de luz (20) compreender uma célula solar ou um gerador de vapor. Lisboa, 16 de Junho de 2014
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