WO2009127767A1 - Dispositivo de seguimiento solar - Google Patents

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Enrique MASÍA BUADES
José DURÁ SANJUAN
Jorge Masia Arques
Javier Masia Arques
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Promotora Nuevas Técnicas, S.A.
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Definitions

  • the present invention refers to a solar tracking device that is intended to provide an easy-to-assemble and high-strength solar energy receiving panel support structure.
  • the invention is applicable to the use of solar energy for its transformation into any other type of energy, such as electrical, thermal, etc.
  • these types of devices must be wind-resistant, so they incorporate anemometers that, by means of a control circuit, when it is detected that the wind exceeds a certain predetermined speed, the solar energy receiving panels are positioned to present the least resistance possible to the wind, what is conventionally known as the "flag" position, so that at specific times when the predetermined wind speed is exceeded, the solar energy receiving panels are no longer located in the proper use position of solar energy, by staying in the flag position until they return to receive the specific control signal, which occurs when the wind is less than the predetermined speed. Therefore, these types of devices do not achieve maximum use of solar energy when there are high wind speeds.
  • the invention has developed a new solar tracking device characterized in that it comprises a polygonal lattice structure which is provided with an inclined axis on which it includes a frame in which the solar energy receiving panels are fixed. , so that said frame is related, by means of a gear, to a motor, which is governed by a control circuit, to produce the rotation of the frame on the inclined axis following the movement of the sun.
  • This configuration determines that the inclined axis does not rotate on its axis, but it is the frame that rotates on said axis, which provides greater strength to the device.
  • the polygonal lattice structure comprises means for regulating the inclination of the inclined axis according to the latitude and season of the year, so that the inclination of the solar energy receiving panels is adequate in all time
  • Said means for adjusting the inclination of the inclined axis are selected from manual and motorized.
  • the inclined axis must be oriented in a North-South direction to ensure that the solar energy receiving panels are perfectly oriented towards the sun at all times.
  • the polygonal lattice structure can be fixed to the ground by means of mechanical anchors in the form of screws, which avoids the construction of heavy concrete foundations, as it happens in conventional devices.
  • the invention also allows its fixation on said traditional foundation.
  • the polygonal lattice structure comprises assembled modular elements that are constituted by profiles, which facilitates their transport and their field assembly.
  • the gear described above comprises a receiving part, of external cylindrical gear that is constituted by a circular sector, and that meshes with a motor part, constituted by a pinion.
  • the receiving part is fixed transversely on the underside of the frame, on which the solar energy receiving panels are fixed; while the motor part is fixed to the motor and this to the inclined axis, which allows to regulate the position of the frame with all precision, and consequently of the solar energy receiving panels fixed therein.
  • the ends of the receiving piece are located close to the sides of the frame, that is, the secant of the circular sector, has dimensions slightly smaller than the width of the frame, which allows a smooth and precise movement of its rotation.
  • the shaft of the motor part incorporates a mechanical torque limiter and a gear position control, so that when an incorrect displacement of the frame occurs due to an external force that overcomes the torque, it is allowed to place the panel in its correct position when cease said external force.
  • the mechanical torque limiter avoids moving the mechanical stresses; as the pairs and / or vibrations originated on the frame for different causes, such as the action of the wind, unexpected blows, etc. to the turning motor, so that its operation is preserved.
  • Figure 1.- Shows a schematic side view of a possible embodiment of the device of the invention.
  • Figure 2. Shows a plan view of the device of the previous figure.
  • the device of the invention is constituted from a polygonal lattice structure 1 having a polygonal base, preferably triangular or rectangular, and comprising assembled profiles designed for outdoor work and to withstand the dynamic loads at which it can be submitted the device, both in normal operation and due to the force of the wind.
  • Structure 1 is similar to medium and high voltage power line towers. This configuration has the advantages already mentioned and allows its fixation to the ground through the use of mechanical anchors in the form of screws.
  • the structure 1 is provided with an inclined axis 2 in which a frame 3 whose supports can rotate on the inclined axis 2 is arranged.
  • Said inclined axis 2 is aligned in the North-South direction and its inclination with respect to the horizontal can be varied, manually or motorized, depending on the latitude where the tracker is installed and the time of the year that passes, so that the panels are always oriented to the sun.
  • a guide (not shown) is incorporated into the structure on which the upper end of the inclined axis 2 can be moved.
  • a gear comprising a receiving part 4, which is constituted by an outer circular cylindrical gear sector with a motor part 5 that is driven by a motor 7.
  • the receiving part 4 is provided transversely on the lower surface of the frame 3, so that the ends of the circular sector are located in proximity to the sides of the frame 3, as can be seen in the figures. Therefore, when the motor 7 is activated, in one direction or another, governed by a conventional control circuit that incorporates the corresponding solar tracking program, the rotation of the frame 3 is caused so that the solar energy receiving panels are perfectly facing In the sun at all times.
  • the motor part 5 incorporates a mechanical torque limiter in order not to transfer the mechanical stresses to the motor 7, such as, for example, they can be torques and / or vibrations originated on the frame 3 for different reasons such as wind action, blows , etc.
  • a control with position sensor 6 that detects the position of the receiving part 4, so that if the frame 3 changes its position due to undesired causes, the control with position sensor 6 detects said unwanted movement and applies an action corrective that returns to frame 3 to the ideal position, as soon as the external actions that have caused the dysfunction cease.

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Abstract

Se caracteriza por comprender una estructura de celosía poligonal (1) constituida por elementos modulares ensamblables que facilita su montaje y transporte y que está dotada de un eje inclinado (2) sobre el que incluye un bastidor (3) en el que se fijan los paneles receptores de energía solar, y que mediante un engranaje (4, 5) está relacionado con un motor (7) que es gobernado por un circuito de control para producir el giro del bastidor sobre el eje inclinado siguiendo el movimiento de sol. Consigue un máximo aprovechamiento de la energía solar, para su transformación en cualquier otro tipo de energía, mediante la incorporación de un limitador de par de torsión mecánico y mediante un control de posición (6) del engranaje (4, 5), para que al producirse un desplazamiento incorrecto del bastidor (3) por una fuerza externa que venza al par, ubica el bastidor (3) en su posición correcta cuando cesa la fuerza externa.

Description

DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo de seguimiento solar que tiene por objeto proporcionar una estructura de sujeción de los paneles receptores de energía solar de fácil montaje y de alta resistencia .
Es otro objeto de la invención el maximizar el rendimiento de la captación de la energía solar.
La invención es aplicable al aprovechamiento de la energía solar para su transformación en cualquier otro tipo de energía, como puede ser eléctrica, térmica, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el estado de la técnica es conocido el empleo de dispositivos de seguimiento solar que comprenden paneles receptores de energía solar, que mediante un motor, gobernado por un circuito de control, se giran para seguir el movimiento del sol. Este tipo de dispositivos presentan el inconveniente de que necesitan soportes de grandes dimensiones, cuya fabricación e instalación es compleja, y que además necesitan una gran obra de cimentación así como un complicado montaje en el campo. También precisan complejos sistemas de accionamiento y control del dispositivo.
Además este tipo de dispositivos deben de ser resistentes al viento, por lo que incorporan anemómetros que mediante un circuito de control, cuando se detecta que el viento supera una cierta velocidad predeterminada, se posicionan los paneles receptores de energía solar para que presenten la menor resistencia posible al viento, lo que convencionalmente se conoce como posición "de bandera", de forma que en los momentos puntuales en los que se sobrepasa la velocidad del viento predeterminada, los paneles receptores de energía solar dejan de estar ubicados en la posición adecuada de aprovechamiento de la energía solar, al mantenerse en la posición de bandera hasta que vuelven a recibir la señal especifica de control, lo cual se produce cuando el viento es menor que la velocidad predeterminada. Por consiguiente este tipo de dispositivos no consiguen el máximo aprovechamiento de la energía solar cuando hay velocidades de viento elevadas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para resolver los inconvenientes anteriormente citados la invención ha desarrollado un nuevo dispositivo de seguimiento solar que se caracteriza porque comprende una estructura de celosía poligonal que está dotada de un eje inclinado sobre el que incluye un bastidor en el que se fijan los paneles receptores de energía solar, de forma que dicho bastidor se relaciona, mediante un engranaje, con un motor, que es gobernado por un circuito de control, para producir el giro del bastidor sobre el eje inclinado siguiendo el movimiento del sol.
Esta configuración determina que el eje inclinado no gire sobre su eje, sino que es el bastidor el que gira sobre dicho eje, lo que proporciona una mayor robustez al dispositivo.
En una realización de la invención se prevé que la estructura de celosía poligonal comprenda medios de regulación de la inclinación del eje inclinado en función de la latitud y estación del año, de forma que la inclinación de los paneles receptores de energía solar sea la adecuada en todo momento. Dichos medios de regulación de la inclinación del eje inclinado, están seleccionados entre manuales y motorizados. Obviamente el eje inclinado debe estar orientado en dirección Norte-Sur para conseguir que los paneles receptores de energía solar estén perfectamente orientados al sol en todo momento.
La estructura de celosía poligonal se puede fijar al terreno mediante anclajes mecánicos en forma de tornillos, lo que evita la construcción de pesadas cimentaciones de hormigón, tal y como sucede en los dispositivos convencionales. La invención también permite su fijación sobre dicha cimentación tradicional. En la realización preferente de la invención la estructura de celosía poligonal comprende elementos modulares ensamblables que están constituidos por perfiles, lo que facilita el transporte de los mismos y su montaje en campo .
El engranaje descrito anteriormente, comprende una pieza receptora, de engrane cilindrico exterior que está constituida por un sector circular, y que engrana con una pieza motor, constituida por un piñón. La pieza receptora está fijada transversalmente en la cara inferior del bastidor, en el que están fijados los paneles receptores de energía solar; en tanto que la pieza motor está fijada al motor y éste al eje inclinado, lo que permite regular con toda precisión la posición del bastidor, y en consecuencia de los paneles receptores de energía solar en él fijados.
Los extremos de la pieza receptora quedan situados próximos a los laterales del bastidor, es decir, la secante del sector circular, tiene dimensiones ligeramente inferiores a la anchura del bastidor, lo que permite un desplazamiento suave y preciso de su giro. El eje de la pieza motor incorpora un limitador de par de torsión mecánico y un control de posición del engranaje, para que al producirse un desplazamiento incorrecto del bastidor por una fuerza externa que venza el par, se permita ubicar el panel en su posición correcta cuando cese dicha fuerza externa .
El limitador de par de torsión mecánico evita trasladar los esfuerzos mecánicos; como los pares y/o vibraciones originados sobre el bastidor por distintas causas, como son la acción del viento, golpes no previstos, etc. al motor de giro, de forma que se preserva su funcionamiento .
Esta característica maximiza la energía solar recibida, ya que sólo en los casos en los que el par de tracción se ha vencido por causas externas indeseadas, el bastidor dejará de estar adecuadamente orientado, volviendo a su posición correcta tan pronto como dichas causas hayan ce s ado .
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Muestra una vista esquemática lateral de un posible ejemplo de realización del dispositivo de la invención.
Figura 2.- Muestra una vista en planta del dispositivo de la figura anterior.
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDAS A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El dispositivo de la invención se constituye a partir de una estructura de celosía poligonal 1 que tiene una base poligonal, preferentemente triangular o rectangular, y que comprende perfiles ensamblables diseñados para el trabajo a la intemperie y para soportar las cargas dinámicas a las que puede ser sometido el dispositivo, tanto en su funcionamiento normal como por las debidas a la fuerza del viento .
La estructura 1 es similar a las torres de tendidos eléctricos de media y alta tensión. Esta configuración presenta las ventajas ya comentadas y permite su fijación al suelo mediante la utilización de anclajes mecánicos en forma de tornillos.
La estructura 1 está dotada de un eje inclinado 2 en el que se ha dispuesto un bastidor 3 cuyos apoyos pueden girar sobre el eje inclinado 2.
Sobre la superficie superior del bastidor 3 se fijan unos paneles receptores de energía solar, que pueden ser fotovoltáicos y/o térmicos, que no han sido representados. Dicho eje inclinado 2 se alinea en dirección Norte-Sur y su inclinación respecto a la horizontal puede variarse, de forma manual o motorizada, dependiendo de la latitud donde se instale el seguidor y del momento del año que transcurra, de forma que los paneles estén siempre orientados al sol. Para ello, por ejemplo, en la estructura se incorpora una guia (no representada) sobre la que puede desplazarse el extremo superior del eje inclinado 2.
Además incluye un engranaje que comprende una pieza receptora 4, que está constituida por un sector circular de engrane cilindrico exterior con una pieza motor 5 que es accionada por un motor 7. La pieza receptora 4 está prevista transversalmente en la superficie inferior del bastidor 3, de manera que los extremos del sector circular quedan situados en proximidad a los lados del bastidor 3, tal y como puede apreciarse en las figuras. Por tanto, al activarse el motor 7, en un sentido u en otro, gobernado por un circuito de control convencional que incorpora el correspondiente programa de seguimiento solar, se provoca el giro del bastidor 3 para que los paneles receptores de energía solar estén perfectamente enfrentados al sol en todo momento.
La pieza motor 5 incorpora un limitador de par mecánico con el fin de no trasladar los esfuerzos mecánicos al motor 7, como por ejemplo pueden ser pares y/o vibraciones originadas sobre el bastidor 3 por distintas causas como pueden ser la acción del viento, golpes, etc.
Además se prevé un control con sensor de posición 6 que detecta la posición de la pieza receptora 4, de manera que si el bastidor 3 varia su posición por causas no deseadas, el control con sensor de posición 6 detecta dicho movimiento indeseado y aplica una acción correctiva que devuelve al bastidor 3 a la posición idónea, en cuanto cesan las acciones externas que hayan producido la disfunción. Estas características presentan las ventajas que ya fueron comentadas con anterioridad. Para ello el sensor de posición 6 identifica cada uno de los dientes de la pieza receptora 4 y el control es capaz de determinar si el movimiento y la posición del mismo son los adecuados o contrariamente, debido a causas externas no deseadas, son incorrectos. Por consiguiente tal y como ya fue comentado, mediante el dispositivo de la invención se optimiza el aprovechamiento de la energía solar ya que la posición adecuada del seguidor solar sólo se ve modificada cuando hay una causa externa que ha vencido al par del mismo y ha provocado su desplazamiento incorrecto.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, que comprende paneles receptores de energía solar, que mediante un motor (7) gobernado por un circuito de control se giran para seguir el movimiento del sol; caracterizado porque comprende una estructura de celosía poligonal (1) que está dotada de un eje inclinado (2) sobre el que incluye un bastidor (3) en el que se fijan los paneles receptores de energía solar, y que mediante un engranaje (4, 5) está relacionado con el motor (7) que es gobernado por el circuito de control para producir el giro del bastidor (3) sobre el eje inclinado (2) siguiendo el movimiento del sol.
2.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de celosía poligonal (1) comprende medios de regulación de la inclinación del eje inclinado (2) en función de la latitud y estación del año; estando dichos medios seleccionados entre manuales y motorizados.
3.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de celosía poligonal (1) se fija selectivamente al terreno, mediante anclajes mecánicos en forma de tornillos, o se fija a una cimentación convencional.
4.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 1, caracterizado porque el engranaje comprende una pieza receptora (4) de engrane cilindrico exterior, dispuesta transversalmente en el bastidor (3), que engrana con una pieza motor (5) que está fijada al motor (7), que, a su vez, está fijado al eje inclinado (2) .
5.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 4, caracterizado porque los extremos del engranaje receptor (4) quedan situados próximos a los laterales del bastidor(3) .
6.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 4, caracterizado porque el eje de la pieza motor (5) comprende un limitador de par de torsión mecánico y un control de posición (6) de la pieza receptora (4), para que al producirse un desplazamiento incorrecto del bastidor (3) por una fuerza externa que venza al par, ubicar el bastidor (3) en su posición correcta cuando cesa dicha fuerza externa.
7.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la estructura de celosía poligonal (1) comprende elementos modulares ensamblables .
8.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR, según reivindicación 7, caracterizado porque los elementos modulares ensamblables están constituidos por perfiles.
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