WO2008096029A1 - Seguidor solar hidráulico de dos ejes - Google Patents

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Eugenio VILLANUEVA MARTÍNEZ
David MARTÍN GÓMEZ
María Carmen GARCÍA-ALEGRE SÁNCHEZ
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Consejo Superior De Investigaciones Científicas
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the positioning control of the followers can be carried out in an open loop with a predetermined trajectory by a clock included in the control system, predetermined in a fixed movement along the length of each day of the year, or in a loop closed by angular position encoders or light sensors of the solar situation with respect to the panel.
  • a clock included in the control system predetermined in a fixed movement along the length of each day of the year, or in a loop closed by angular position encoders or light sensors of the solar situation with respect to the panel.
  • -EN 1 050 814 U It is a two-axis follower, consisting of a mobile platform and the blind movement of the panels.
  • TETRA-TRACK® is a range of solar trackers on two axes.
  • the system is composed of a platform reinforced with semicircular arches, which is supported and rotates on the upper edge of the tetrahedron shaped bench.
  • the platform has its own movement in the east - west axis and the bench provides the north - south movement.
  • the photovoltaic generated has a biaxial monitoring system that significantly improves energy production.
  • the heart of the Solar Monitoring Station of the firm Kipp & Zonen is a fully automatic and highly accurate solar tracking system. With this equipment, all measuring equipment installed in the station can be correctly oriented to the sun or kept in the shade, according to their needs.
  • the Traxle solar tracker is a structure formed by aluminum profiles and anticorrosive steel, on which the photovoltaic panels are mounted.
  • This follower consists of a two-axis solar tracker for the orientation and monitoring of the trajectory in the solar collector panels providing an increase in the energy capture of between 30 and 40% with respect to the fixed panels.
  • This follower is hydraulically operated, without any electric motor or reducer, all movements are achieved thanks to three hydraulic cylinders placed in the arrangement indicated in Figure 1.
  • This device can be part of an assembly in a field of followers so that, since the movement speed is very slow the pump is of small flow, the same hydraulic system (motor pump group) can be used to move several followers.
  • this tracker can be made of very light materials, composite materials made of thermosetting resins and fiberglass. These profiles are used as substitutes for traditional materials such as galvanized, painted or stainless, aluminum and concrete that are being used in other followers.
  • This type of composite material has substantial advantages over the traditional ones in what refers to versatility, functionality, ease of assembly and lack of maintenance, forgetting about the problem of corrosion. All this together with the use of hydraulic cylinders and the possibility of using either a small pump for a single system or one for several, makes this system a cheap and low weight solution, which facilitates its installation.
  • Two-axis hydraulic solar tracker for the orientation and monitoring of the trajectory in the solar collector panels providing an increase in the energy capture of between 30 and 40% with respect to the fixed panels.
  • This follower is hydraulically operated, without any electric motor or reducer, all movements are achieved thanks to three hydraulic cylinders placed in the arrangement indicated in Figure 1.
  • this tracker can be made of very light materials, composite materials made of thermosetting resins and fiberglass.
  • This device can be part of an assembly in a field of followers so that, since the movement speed is very slow the pump is of small flow, the same hydraulic system (motor pump group) can be used to move several followers.
  • the support structure of the panels (fig. 2) will have dimensions appropriate to the number of panels to be placed, in any case this is formed by the profiles of metal or synthetic composite joined by means of the appropriate fixing system.
  • the dimensions of these profiles will be those required to support the weight of the panels and the force caused by the wind at a maximum speed limit in the installation area.
  • the movement structure will also be composed of the same steel or resin material, in this case square tubes of the appropriate dimensions to the number of panels can be used.
  • This system in turn, can be separated into two modules, the A module that allows us to follow the movement according to the East-West orientation, and the B module that allows the North-South orientation.
  • Module A (fig. 3) is formed by a long central profile (1) with two ball joints of a degree of freedom (2) at its ends in which two other profiles (3) smaller and equal to each other are coupled, which will be coupled to the support structure of the panels thanks to two other spherical axles (4).
  • the end of two of the cylinders (5) is also coupled, which will allow us to move the parallelepiped by turning its four vertices, while at two points located on the first profile, the other end will be placed together with a one-axis ball (6).
  • a piece (7) with a drill and a bearing or friction bushing that will allow us to turn East-West is placed. In this way, module A would be defined.
  • the module B (fig. 6) is formed a structure that is V-shaped composed of two profiles (8) of identical length, joined by one of its ends, while the other end will join the support structure of the panels by markers of a degree of freedom (9). Also form this structure a solid shaft (10) that is attached to the two profiles that will be through which this module B is attached to module A through the part with the bearing, and that will allow us the relative movement between the two modules, which They are located in two perpendicular planes.
  • module B at the junction of the two profiles that form the V, another piece (11) is also drilled where it will be attached to the support structure of the follower by means of an axis. And in one of these profiles a spherical shaft is placed to which the end of the other cylinder (12) that will allow us the North-South movement will be coupled, whose other end is assembled to the support structure of the follower. In this way the structure of movement would be defined.
  • the support structure of the follower (fig. 6) is formed by a round tube (13) or by a lattice tower of the necessary height according to the dimensions of

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Abstract

Seguidor solar hidráulico de dos ejes para la orientación y seguimiento de la trayectoria en los paneles colectores solares proporcionando un aumento en la captura de energía de entre el 30 y el 40% con respecto a los paneles fijos. Este seguidor es de accionamiento hidráulico, sin ningún tipo de motor eléctrico ni reductora, todos los movimientos se consiguen gracias a tres cilindros hidráulicos. Gracias al mecanismo de movimiento utilizado, este seguidor puede ser confeccionado con materiales muy ligeros, materiales compuestos fabricados a base de resinas termoestables y fibra de vidrio.

Description

TITULO:
SEGUIDOR SOLAR HIDRÁULICO DE DOS EJES
SECTOR DE LA TÉCNICA: Sector energético, producción de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos con un seguidor solar.
ESTADO DE LA TÉCNICA:
La orientación de los paneles fotovoltaicos de forma perpendicular al sol proporciona mayor rendimiento que su fijación con una estructura de soporte estática. El considerable coste en Ia actualidad de estos dispositivos de captación de energía solar y conversión en potencia eléctrica justifica Ia mayor complejidad y precio de estas estructuras de soporte móviles. En el caso más sencillo están dotadas de un movimiento diario Este-Oeste que se apoyan en un eje con una inclinación determinada, siendo ésta Ia correspondiente al ángulo cenital (orientación N-S) que depende de Ia latitud de Ia zona, mientras que el movimiento del ángulo azimut (orientación E-O) se consigue con un accionamiento casi siempre electro-mecánico. (ES 1 061 033 U: Es un seguidor solar de un eje).
La mayoría de estos seguidores están impulsados por dos moto reductores que permiten el movimiento accionados con motores eléctricos. (ES 1 058 985 U: Es un seguidor montado en un poste movido por dos moto-reductores.)
Dada Ia absoluta regularidad del desplazamiento solar el control de posicionamiento de los seguidores se puede realizar en lazo abierto con trayectoria predeterminada por un reloj incluido en el sistema de control, predeterminadas en un movimiento fijo a Io largo cada día del año, o bien en lazo cerrado mediante codificadores angulares de posición o sensores luminosos de Ia situación solar con respecto al panel. Otras patentes de seguidores solares:
-ES 1 060 949 U: Es un seguidor que limpia los paneles solares con agua.
-ES 1 050 814 U: Es un seguidor de dos ejes, constituido por una plataforma móvil y el movimiento tipo persiana de los paneles.
Se encuentran múltiples seguidores en el mercado:
- Aesol: Comercializa los seguidores solares Buskil K6 que permiten el seguimiento este-oeste con precisión. Esta basado en una única columna que facilita su rápida instalación y mínimo mantenimiento.
- ADES: Fabrica cuatro modelos de seguidores solares para potencias entre 7 y 17 Kw.
- Dobon's Technology: TETRA-TRACK® es una gama de seguidores solares en dos ejes. El sistema está compuesto por una plataforma reforzada con arcos semicirculares, Ia cual se apoya y gira sobre Ia arista superior de Ia bancada en forma de tetraedro. La plataforma tiene movimiento propio en el eje este - oeste y Ia bancada Ie proporciona el movimiento norte - sur.
- Ecotécnia-Solon AG: El generado fotovoltaico dispone de un sistema de seguimiento biaxial que mejora notablemente Ia producción energética.
- Array Technologies-Energés: ofrecen seguidores de eje horizontal (HZ Trackers). Sólo un motorreductor mueve el conjunto formado por una serie de secciones interconectadas.
- Energética Energietechnik: Realiza el seguimiento del sol de forma automática o semiautomática. Este sistema no necesita realizar el seguimiento a dos ejes. Se trata de una especie de sistema "ciego" sobre el que se montan diversos elementos todos ellos conectados a través de una varilla guía, con Ia ayuda de un motor eléctrico los módulos se orientan con exactitud. No es necesario realizar ajustes diarios del sistema, aunque si es necesario ajustarlo en las distintas estaciones del año.
- Instalaciones Pevafersa: dispone de varios modelos de plataforma giratoria a dos ejes de hasta 10 kW de potencia. - Isofotón: también desarrolla otras áreas de actividad en este mercado de Ia energía solar, incluyendo Ia tecnología de seguimiento solar.
- Kipp&Zonen: El corazón de Ia Estación para Monitorización Solar de Ia firma Kipp&Zonen, es un sistema de seguimiento solar totalmente automático y de gran precisión. Con este equipo todos los equipos de medición instalados en Ia estación pueden orientarse correctamente al sol o mantenerse a Ia sombra, de acuerdo con las necesidades de los mismos.
- Pairan Elektronik: posee los sistemas SunFlex de seguimiento solar a dos ejes.
- Poulek Solar: El seguidor solar Traxle, es una estructura formada por perfiles de aluminio y acero anticorrosivo, sobre Ia que se montan los paneles fotovoltaicos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN:
- BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN:
Consiste en un seguidor solar de dos ejes para Ia orientación y seguimiento de Ia trayectoria en los paneles colectores solares proporcionando un aumento en Ia captura de energía de entre el 30 y el 40% con respecto a los paneles fijos. Este seguidor es de accionamiento hidráulico, sin ningún tipo de motor eléctrico ni reductora, todos los movimientos se consiguen gracias a tres cilindros hidráulicos colocados en Ia disposición que se señala en Ia figura 1.
Este dispositivo puede ser parte de un conjunto en un campo de seguidores de forma que, puesto que Ia velocidad de movimiento es muy lenta Ia bomba es de pequeño caudal, se pueden utilizar un mismo sistema hidráulico (grupo motobomba) para mover varios seguidores.
Gracias al mecanismo de movimiento utilizado, este seguidor puede ser confeccionado con materiales muy ligeros, materiales compuestos fabricados a base de resinas termoestables y fibra de vidrio. Estos perfiles se utilizan como sustitutos de materiales tradicionales como el acero galvanizado, pintado o inoxidable, el aluminio y el hormigón que se están utilizando en el resto de seguidores.
Este tipo de material compuesto presenta sustanciales ventajas frente a los tradicionales en Io que se refiere a versatilidad, funcionalidad, facilidad de montaje y ausencia de mantenimiento, olvidándonos del problema de Ia corrosión. Todo ello junto a Ia utilización de los cilindros hidráulicos y a Ia posibilidad de utilizar o bien una pequeña bomba para un solo sistema o de una para varios, hace de este sistema una solución barata y de poco peso, por Io que facilita su instalación.
- DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN:
Seguidor solar hidráulico de dos ejes para Ia orientación y seguimiento de Ia trayectoria en los paneles colectores solares proporcionando un aumento en Ia captura de energía de entre el 30 y el 40% con respecto a los paneles fijos. Este seguidor es de accionamiento hidráulico, sin ningún tipo de motor eléctrico ni reductora, todos los movimientos se consiguen gracias a tres cilindros hidráulicos colocados en Ia disposición que se señala en Ia figura 1.
Gracias al mecanismo de movimiento utilizado, este seguidor puede ser confeccionado con materiales muy ligeros, materiales compuestos fabricados a base de resinas termoestables y fibra de vidrio.
Este dispositivo puede ser parte de un conjunto en un campo de seguidores de forma que, puesto que Ia velocidad de movimiento es muy lenta Ia bomba es de pequeño caudal, se pueden utilizar un mismo sistema hidráulico (grupo motobomba) para mover varios seguidores.
Como se ha comentado anteriormente se trata de un seguidor de dos ejes de accionamiento hidráulico. Estructuralmente se compone de tres partes:
• El marco de soporte de los paneles colectores (fig. 2)
• El sistema de movimiento con rotación en dos ejes mediante tres cilindros. • La base de sustentación y anclaje en el terreno.
La estructura soporte de los paneles (fig. 2) tendrá unas dimensiones adecuadas al número de paneles que se desee colocar, en todo caso ésta esta formada por los perfiles de metal o composite sintético unidos mediante el sistema de fijación adecuado. Las dimensiones de estos perfiles serán las exigidas para soporte del peso de los paneles y Ia fuerza provocada por el viento a una velocidad máxima límite en Ia zona de instalación.
La estructura de movimiento, estará igualmente compuesta por el mismo material de acero o resina, en este caso pueden utilizarse tubos cuadrados, de las dimensiones adecuadas al número de paneles. Este sistema a su vez puede separase en dos módulos, el módulo A que nos permita el movimiento del seguidor acorde a Ia orientación Este-Oeste, y el módulo B que nos permite Ia orientación Norte-Sur.
El módulo A (fig. 3) esta formado por un perfil central largo (1 ) con dos rótulas de un grado de libertad (2) en sus extremos en los que se acoplan otros dos perfiles (3) más pequeños e iguales entre si, que se acoplarán a Ia estructura de soporte de los paneles gracias a otras dos rotulas de un eje (4). En las rótulas de unión entre estos últimos perfiles y Ia estructura soporte de los paneles se acopla también el extremo de dos de los cilindros (5), los cuales nos permitirán el movimiento del paralelepípedo mediante giro de sus cuatro vértices, mientras que en dos puntos situados en el primer perfil se colorará el otro extremo junto con una rotula de un eje (6). También en el punto medio de este último perfil central se coloca una pieza (7) con taladro y un rodamiento o casquillo de fricción que nos permitirá el giro Este-Oeste. De esta forma quedaría definido el módulo A.
El módulo B (fig. 6) esta formado una estructura que tiene forma de V compuesta por dos perfiles (8) de idéntica longitud, unidos por uno de sus extremos, mientras que el otro extremo se unirá a Ia estructura soporte de los paneles mediante rotulas de un grado de libertad (9). También forma esta estructura una eje macizo (10) que esta unido a los dos perfiles que será mediante el cual se una este módulo B al módulo A ha través de Ia pieza con el rodamiento, y que nos permitirá el movimiento relativo entre los dos módulos, los cuales están situados en dos planos perpendiculares.
En el módulo B, en el punto de unión de los dos perfiles que forman Ia V, se coloca otra pieza (11 ) también taladrada por donde se unirá a Ia estructura soporte del seguidor mediante un eje. Y en un de estos perfiles se coloca una rótula de un eje a Ia que se acoplará el extremo del otro cilindro (12) que falta que nos permitirá el movimiento Norte-Sur, cuyo otro extremo esta ensamblado a Ia estructura soporte del seguidor. De esta forma quedaría definida Ia estructura de movimiento.
La estructura soporte del seguidor (fig. 6) esta formada por un tubo redondo (13) o por una torre de celosía de Ia altura necesaria según las dimensiones de
Ia plataforma superior y los obstáculos y sombras del entorno, en cuyo extremo superior se coloca una rótula (14) que será unión entre el módulo B y esta parte, unida mediante un eje o bulón. En un punto determinado se esta torre también se coloca un apoyo con una rotula para Ia colocación del extremo del cilindro. El otro extremo de Ia torre va anclado a tierra.
EJ EMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN:
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
• figura 1.- Vista general en perspectiva del seguidor, donde se aprecian todos los componentes del mismo. • figura 2.- Vista en perspectiva de Ia estructura soporte de los colectores.
• figura 3.- Vista frontal de Ia estructura de movimiento en el sentido E-O, Io que se ha denominado módulo A, en Ia que se aprecian los elementos que Io componen. • figuras número 4 y 5.- Vista frontal del módulo A en sus posiciones extremas orientadas al Este y Oeste respectivamente.
• figura 6.- Vista lateral de Ia estructura de movimiento en el sentido N-S, Io que se ha denominado módulo B, en Ia que se aprecian los elementos que Io componen.
• figura 7.- Vista frontal del módulo B en su posición más extrema.
• figura 8 - Diagrama esquemático del seguidor completo

Claims

REIVINDICACIONES:
1 - Seguidor solar hidráulico de dos ejes, compuesto de tres estructuras:
• el marco de soporte de los paneles colectores
• el sistema de movimiento con rotación en dos ejes mediante tres cilindros
• Ia base de sustentación y anclaje en el terreno, caracterizado por ser de accionamiento totalmente hidráulico
2- Seguidor solar hidráulico de dos ejes de accionamiento totalmente hidráulico de acuerdo con Ia reivindicación 1 caracterizado por utilizar materiales ligeros, sin mantenimiento y resistentes a Ia corrosión
3- Seguidor solar hidráulico de dos ejes de accionamiento totalmente hidráulico de acuerdo con Ia reivindicación 1 porque el soporte va distribuido sobre cuatro rótulas de simple efecto cada una de ellas, proporcionando Ia orientación en uno de los ejes un soporte paralelepípedo articulado.
4- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, de acuerdo a Ia reivindicación 1 a 3, caracterizado por que al utilizar materiales ligeros permite el uso de bomba hidráulica de baja potencia, con un único sistema hidráulico para varios seguidores.
5- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, según Ia reivindicación 1 a 4, caracterizado por realizar el seguimiento solar en dos ejes perpendiculares entre si debido al soporte paralelepípedo articulado.
6- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por tener un seguimiento del sol controlado por un procesador a bordo, encargado de gestionar toda Ia información que
Ie suministran los sensores para el adecuado posicionamiento perpendicular a Ia energía solar incidente. 7- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por incorporar un reloj de tiempo real con el propósito de calcular las coordenadas solares, en cada momento.
8- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por incorporar un modulo de diagnostico y supervisión energética.
9- Seguidor solar hidráulico de dos ejes, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de conexión en red con un sistema remoto de supervisión y seguridad.
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