WO2010072871A1

WO2010072871A1 - Dispositivo de seguimiento solar para paneles

Info

Publication number: WO2010072871A1
Application number: PCT/ES2009/070556
Authority: WO
Inventors: Alberto Domingo Cabo; Carlos LÁZARO FERNÁNDEZ; Francisco Javier Palacios Climent
Original assignee: Global Solar Fund Partners Sarl
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2010-07-01
Also published as: EP2369267A1; MA32716B1; CN102124283B; EP2369267A4; CN102124283A; MX2011001361A; US20110203640A1; WO2010072871A8; ES2345084A8; ES2345084A1; ES2345084B1; AU2009332855A1

Abstract

Incluye una estructura modular en la que cada módulo está constituido por una pluralidad de parejas de paneles (1) coplanarios fijados a los extremos de sendos ejes (2), perpendiculares a un eje oscilante (4) longitudinal soportado en oportunos apoyos fijados al suelo. Los ejes oscilantes (4) de los módulos (8) giran simultáneamente al tener cada uno de ellos un primer brazo radial (9) conectado a una primera biela común (10). A su vez, giran simultáneamente los ejes de unión (2) de cada pareja de paneles (1) de un mismo módulo, al contar con sendos segundos brazos radiales (16) paralelos cuyos extremos libres están conectados articuladamente a una segunda biela común (15). El giro de uno de los ejes oscilantes (4) se consigue con un primer actuador lineal (11) fijado al suelo y a una caja soporte (13) de una palanca radial (12) de aquél. Mediante un segundo actuador (20) que une la caja soporte (13) con uno de los segundos brazos radiales (16) se consigue completar el seguimiento solar.

Description

DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo de seguimiento solar para paneles, siendo del tipo de seguidores solares de dos ejes para su implantación en plantas de generación de energia solar fotovoltáica .

El seguidor de dos ejes está compuesto por una estructura-mecanismo a base de perfiles tubulares metálicos con dos grados de libertad.

Los dos grados de libertad están controlados, en principio, por dos actuadores lineales, un actuador por cada grado de libertad.

Es un objeto de la invención resolver la orientación de los paneles solares en varias columnas y filas con movimientos a dos ejes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente existen en el mercado gran número de seguidores de un eje y de dos ejes, todos ellos se basan en los mismos principios y utilizan en general estructuras metálicas a base de perfiles tubulares.

En la solicitud de patente europea n° 1169604 se reivindica un colector solar y dispositivo de seguimiento el cual comprende un conjunto de paneles solares rectangulares situados en caras opuestas de un eje con orientación norte-sur, de forma que se permite que el conjunto de paneles solares bascule sobre dicho eje norte-sur para seguir el movimiento del sol respecto a la tierra; existiendo un accionador lineal con una porción de cuerpo y una barra con su extremo distal acoplado a un elemento vinculado a dicho eje norte-sur; un accionador lineal con su extremo distal acoplado a dicho elemento para hacer girar dicho conjunto de paneles solares alrededor del eje; y un tubo de torsión materializando dicho eje norte-sur con los paneles situados en caras opuestas del mismo y que articula en un elemento pivotante fijado a un pilar. A partir de esta estructura general se caracteriza el hecho de que existe un elemento materializado por un brazo de torsión que se extiende desde dicho tubo de torsión hasta la porción extrema donde se acopla la barra del accionador lineal; y por el hecho de que la porción de cuerpo del accionador lineal queda montado sobre una base separada de la del pilar.

Con esta disposición se proporciona pues un movimiento de giro simultáneo de todos los paneles, con un grado de libertad al estar los brazos de torsión conectados a un mismo elemento rigido que se desplaza linealmente por el accionador lineal.

En el modelo de utilidad n° 200800777 se contempla un seguidor solar con el que se consigue soportar y orientar conjuntamente según un eje de giro longitudinal y un eje de giro transversal una pluralidad de dispositivos de captación solar dispuestos alineados en la dirección del citado eje de giro longitudinal, comprendiendo :

- Al menos un primer elemento tubular cilindrico y hueco cuyo giro axial provoca la orientación de una pluralidad de dispositivos de captación solar vinculados a él y según un eje de giro longitudinal.

- Unos segundos elementos tubulares en disposición transversal cruzada y asociados a correspondientes dispositivos de captación solar, también esencialmente cilindricos y huecos y cuyos giros axiales provocan la orientación de la pluralidad de dispositivos de captación solar según un eje de giro transversal al anterior, - Un sistema de giro simultáneo de estos segundos elementos tubulares.

- Unos medios de apoyo del primer elemento tubular sobre una superficie sobre la que se instala el seguidor solar. Partiendo de esta disposición general de seguidor solar, se caracteriza porque los segundos elementos tubulares se acoplan al primer elemento tubular mediante un apoyo articulado fijo transversal y unido sólidamente al primer elemento tubular teniendo forma de "U" invertida a cuyos extremos de las ramas queda conectado el segundo elemento tubular. El giro simultáneo de los diferentes segundos elementos tubulares se realiza también mediante una barra paralela al primer elemento tubular a la que se unen articuladamente sendas bielas que parten del segundo elemento tubular respectivo. La barra de giro simultáneo se desplaza longitudinalmente por la acción de un grupo motor. Con esta disposición para conseguir el seguimiento óptimo es necesario una complicada estructura mecánica que relacione los segundos elementos tubulares de alineaciones paralelas, ya que para el giro de una misma alineación el movimiento se consigue mediante la serie de bielas 15 conectadas a la barra común 14.

En la patente de invención francesa n° 26008741 también se contempla un captador solar cuyo giro simultáneo se consigue a través de una serie de bielas solidarias a los paneles y conectadas articuladamente a una barra común horizontal.

En el documento de patente americana US 4000734, en la figura 2 puede verse una disposición para conseguir un movimiento simultáneo de diferentes captadores solares mediante bielas 25 solidarias a dichos captadores y perpendiculares a ellos, conectadas a una barra longitudinal común.

La patente americana US 4345582 también contempla un sistema dinámico de seguidor solar donde varios paneles se orientan también simultáneamente con una barra similar que se desplaza linealmente y que queda articulada a varillas rigidizadas a los propios paneles solares, con lo que se consigue el giro simultáneo de ellos. Para movimiento de los paneles haciendo un seguimiento completo del sol, existe otra barra perpendicular 6 que tracciona de forma tangencial mediante unas pletinas conectadas a una varilla longitudinal actuada por un pistón y existiendo también unas poleas flanqueadas por una pareja de cables paralelos con tensores para conseguir el desplazamiento angular de todos los ejes de soporte de los paneles, de forma simultánea para orientación en acimut. Esta forma de transmisión mediante otros actuadores diferentes es complicada y requiere constante mantenimiento. En el modelo de utilidad 200702391 se reivindica unos perfeccionamientos en las estructuras para el seguimiento solar, del tipo de las que incorporan unos puntales como medios de sustentación de una estructura para que los paneles solares sigan la trayectoria del sol en los tres ejes, comprendiendo una estructura de soporte para un eje horizontal oscilante, con medios de giro en sentido longitudinal y otros en sentido transversal, de forma muy similar a la comentada anteriormente en relación con el modelo de utilidad 200800777. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En lineas generales, el dispositivo de seguimiento solar para paneles, objeto de la presente invención, aún siendo del tipo comentado en el apartado antecedentes de la invención, dispone de una estructura modular en la que cada uno de los módulos está formado por una pluralidad de parejas o cuartetos de paneles vinculados a un eje común y dispuestos coplanariamente . Los diferentes ejes de anclaje solidario de los pares de paneles están a su vez fijados con posibilidad de rotación a un eje oscilante que se encuentra debidamente tendido entre dos o más elementos de apoyo en el suelo y a una altura conveniente . El giro de este eje oscilante dispuesto en orientación norte-sur efectúa un seguimiento solar acimutal .

Los ejes de cada pareja de paneles son paralelos entre si y perpendiculares al eje oscilante, pudiendo girar simultáneamente al estar cada uno de estos ejes provisto de un brazo radial descendente cuyo extremo libre se une articuladamente a una segunda biela común. El desplazamiento lineal de esta segunda biela provoca el giro de todos los ejes transversales a dicho eje de oscilación y con este movimiento se consigue el seguimiento en altura de los paneles solares, es decir, el movimiento en dirección norte-sur, al tenerlos ejes una orientación este-oeste.

Para conseguir el giro simultáneo de los ejes de oscilación de todos los módulos, cada uno de ellos incluye un primer brazo radial descendente, uniéndose todos articuladamente a una primera biela común a todos ellos. Al desplazarse linealmente esta primera biela los primeros brazos radiales se desplazan angularmente y con ello giran simultáneamente todos los ejes de oscilación.

Las segundas bielas de los diferentes módulos que han de desplazarse linealmente para conseguir el seguimiento deseado, son coplanarias y paralelas entre sí, quedando relacionadas por un elemento de unión perpendicular a ellas y que es desplazable paralelamente así mismo para conseguir este movimiento simultáneo, estando constituido por una celosía de perfiles horizontales y travesanos, de forma que las segundas bielas pueden oscilar al atravesar sendos casquillos solidarios a dicha celosía, careciendo no obstante estas segundas bielas de desplazamiento lineal respecto a dichos casquillos. El movimiento necesario y sincronizado para efectuar un perfecto seguimiento solar, se lleva a cabo con un primer actuador de tipo lineal que une un punto fijo del suelo con un punto excéntrico de una caja soporte solidaria en giro con uno cualquiera de los ejes oscilantes, consiguiéndose este punto excéntrico mediante una palanca radial a dicho eje oscilante seleccionado. De esta misma caja soporte parte un segundo actuador lineal que relaciona dicha caja soporte con uno de los segundos brazos radiales del mismo módulo. Con el primer actuador se consigue el seguimiento en altura y con el segundo actuador el movimiento acimutal. Con esta disposición, a la vez que se produce el giro del eje oscilante por el accionamiento del primer actuador, se lleva a cabo el arrastre o empuje, dependiendo del sentido de giro, del segundo actuador que está vinculado al segundo brazo radial, independientemente de que este segundo actuador no hubiera modificado su longitud.

Los segundos brazos radiales para oscilación simultánea de todos los ejes de unión de las parejas de paneles de un mismo módulo, tienen ventajosamente forma de "Y", de forma que entre sus ramas queda situado el eje oscilante y estando dichas ramas unidas sólidamente por sus extremos al respectivo eje de unión de la pareja de paneles. El extremo libre del alma de esta forma de "Y" queda unido articuladamente a la segunda biela común para movimiento simultáneo.

Como dijimos anteriormente, todos los ejes oscilantes, paralelos y coplanarios, asi como los mecanismos de transmisión de movimientos, requieren la vinculación con el terreno. Los apoyos han de proporcionar la suficiente rigidez para resistir las cargas; no interferir con el resto de elementos del seguidor y deben ser capaces de regularse en altura durante el montaje para poder absorber diferencia de cotas en el terreno.

Los apoyos tienen forma de tetraedro construido con perfiles metálicos tubulares y en la cúspide queda situado un elemento vertical que puede ser regulable en altura y al que se une la articulación cilindrica del eje oscilante del módulo correspondiente para el movimiento este-oeste .

El tetraedro se une en la base con otros perfiles tubulares y queda vinculado al terreno con zapatas de hormigón .

Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Es una vista parcial, esquemática y en perspectiva, de un dispositivo de seguimiento solar para paneles, objeto de la invención.

Figura 2.- Es una vista en planta de lo mostrado en la figura 1, incluyendo las fijaciones o apoyos al suelo y el elemento de unión de las segundas bielas. Figuras 3, 4 y 5.- Son diferentes vistas en alzado acorde con lo mostrado en la figura 2, incluyendo el segundo actuador y la posición que ocupan secuencialmente los paneles. Figura 6.- Es una vista en alzado por la linea I-I de la figura 2, estando los paneles en posición horizontal .

Figuras 7 y 8.- Son sendas vistas parciales de lo mostrado en la figura 6, correspondientes a uno de los módulos y en dos posiciones de inclinación de los paneles .

Figura 9.- Es una vista similar a la figura 6, una vez que las parejas de paneles han girado alrededor de sus propios ejes de unión. Figuras 10 y 11.- Son sendas vistas similares a las figuras 7 y 8 respectivamente, una vez efectuado el giro alrededor de dicho eje de unión.

Figura 12.- Es una vista seccionada por la linea de corte II-II de la figura 2, similar a la figura 6 pero incluyendo el elemento de unión de las segundas bielas para movimiento simultáneo de los paneles en dirección norte-sur .

Figuras 13 y 14.- Son sendas vistas parciales de la figura 12, correspondientes a un solo módulo y en dos posiciones de inclinación de los paneles.

Figura 15.- Es una sección por la linea de corte III-III de la figura 2, para ver la ubicación de la primera biela común.

Figuras 16 y 17.- Son sendas vistas parciales de la figura 15, correspondientes a un solo módulo y en dos posiciones inclinadas de los paneles (no representados) .

Figura 18.- Es una sección por la linea de corte IV- IV de la figura 2, para observar en uno de los módulos las tres posiciones a), b) y c) de giro del eje oscilante producido con la activación del primer actuador.

Figura 19.- Es una vista parcial, esquemática y en perspectiva, de uno de los módulos y concretamente para observar la caja soporte solidaria de uno de los ejes oscilantes y que es movida por el primer actuador, estando a su vez vinculada al segundo actuador.

Figuras 20a - 20c- Representan diferentes realizaciones de los apoyos del eje oscilante en el que se soportan los paneles.

Figura 21.- Es una vista en perspectiva de una realización de la caja soporte solidaria en giro con el eje oscilante en el que se soportan los paneles.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, podemos ver cómo el dispositivo de seguimiento solar para paneles, que la invención propone, como se muestra en la figura 1 incluye una pluralidad de paneles 1 distribuidos por parejas ancladas a los extremos de unos ejes 2 de unión, dispuestos paralelamente entre si y pasantes por sendos casquillos 3 solidarios transversalmente de un eje oscilante 4 y respecto al que pueden girar. El eje oscilante 4 se soporta horizontalmente en una serie de apoyos 5, 5' fijados en zapatas 6 y 6' a través de oportunos rodamientos 7 (ver figura 2) . En las figuras 2 a 18 se muestra un apoyo 5,5' con tres ramales y en la figura 20a se muestra un apoyo 5, 5' con un único ramal vertical en cuyo extremo superior se soporta el rodamiento 7, y en las figuras 20b y 20c se muestran dos apoyos 5, 5' constituidos por dos ramales .

Las parejas de paneles 2 fijadas al eje oscilante 4 constituyen uno de los módulos 8 y existe una pluralidad de módulos 8 iguales cuyos ejes oscilantes 4 son paralelos, coplanarios y giran simultáneamente al estar provisto cada uno de ellos de un primer brazo radial 9 y conectarse articuladamente los extremos libres de los mismos a una primera biela común 10.

Al girar uno cualquiera de estos ejes oscilantes 4 mediante un primer actuador 11 (ver figura 18 y 19) conectado a una palanca 12 que emerge de un soporte 13 solidario del eje oscilante 4 elegido (el central de la figura 2) . En la figura 18 puede verse este primer actuador 11 dispuesto en una columna 14 fijada a una zapata 6' ' en la que se fijan los dos apoyos 5', a uno y otro lado del soporte 13. En la figura 21 se muestra una realización de dicho soporte 13. Volviendo a la figura 1, en lo que precede se ha tratado del movimiento de los paneles 1 girando con un grado de libertad al hacerlo los ejes oscilantes 4 cuando actúan linealmente sobre la primera biela 10. Este movimiento consigue la orientación acimutal de los paneles, ó en dirección este-oeste.

Existe un segundo movimiento de los paneles 1 para seguimiento solar en altura o de norte-sur, el cual se consigue haciendo girar los propios ejes 2 que unen cada pareja de paneles 1 de un mismo módulo 8, mediante una segunda biela 15 paralela al eje oscilante 4 y a la que están conectados articuladamente los extremos inferiores de unos segundos brazos radiales 16 en forma de "Y" unidos sólidamente por sus ramas al eje 2 respectivo. El extremo del alma de estos brazos radiales 16 es el de unión articulada con la segunda biela 15. El desplazamiento lineal de la segunda biela 15 que tiene lugar en la dirección marcada por las dobles flechas 17, se hace simultáneo a todas las segundas bielas 15 de los diferentes módulos, al existir un elemento de unión 18 de todas ellas, materializado por la celosia de perfiles horizontales y travesanos que se observa esquemáticamente en la figura 1. El elemento de unión 18 se desplaza por tanto paralelamente a si mismo y arrastra en su movimiento a todas las segundas bielas 15 y con ello giran todas las parejas de paneles 1 alrededor de sus ejes 2 para efectuar el seguimiento solar en dirección norte-sur o movimiento acimutal. El seguimiento solar en la dirección este-oeste para proporcionar movimiento acimutal, ya vimos anteriormente que se conseguía con el desplazamiento lineal de la primera biela 10 (ver la doble flecha 19 en esta figura 1) . En la figura 19 se ve uno de los primeros brazos radiales 9' que parte del eje oscilante 4 vinculado al soporte 13. También se observa la primera biela 10 a la que está conectado dicho brazo radial 9' para movimiento simultáneo de todos los ejes oscilantes 4.

El desplazamiento paralelo del elemento de unión 18 en la dirección de la doble flecha 17 se realiza con un segundo actuador 20 (ver figuras 3 y 19) que ataca sobre uno de los segundos brazos 16 desde un brazo 21 del soporte 13, con lo que se consigue que a la vez que se produce el giro del eje oscilante 4 por el accionamiento del primer actuador 11 se produzca un arrastre o empuje del segundo actuador 20 sobre el segundo brazo radial 16

(ver figura 19), independientemente de que se haya o no modificado la longitud de este último actuador lineal. Si a la vez que se mueve longitudinalmente el primer actuador 11 lo hace también longitudinalmente el segundo actuador 20, en los valores preconcebidos y en la secuencia programada, se consigue el óptimo seguimiento solar para que los paneles 1 sean en todo momento perpendiculares a los rayos solares. Durante la noche se retorna a la posición inicial, naturalmente.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES, del tipo que incluye una estructura modular definida por módulos formados por una pluralidad de parejas de paneles dispuestos coplanariamente y fijados a un mismo eje y siendo estos ejes paralelos entre si y perpendiculares a un eje oscilante que toma movimiento mediante un primer actuador vinculado a un primer brazo radial de dicho eje oscilante, estando dispuestos paralelamente entre si los ejes oscilantes de todos los módulos y estando sus primeros brazos radiales respectivos conectados articuladamente a una primera biela común para su oscilación simultánea por dicho primer actuador; pudiendo a su vez girar simultánea y oscilantemente los ejes de cada pareja de paneles de un mismo módulo, al disponer éstos de sendos segundos brazos radiales paralelos cuyos extremos libres están conectados articuladamente a una segunda biela común, y estando asistidas las segundas bielas de todos los módulos por un segundo actuador para su movimiento simultáneo, caracterizado porque el primer actuador (11) es de tipo lineal y une un punto fijo con un punto excéntrico de una caja soporte (13) solidaria en giro con uno de los ejes oscilantes (4) materializado por el extremo libre de un brazo de palanca (12) a través del cual giran simultáneamente todos los ejes oscilantes (4) y el segundo actuador (20) conecta dicha caja soporte (13) con uno de los segundos brazos radiales (16) de uno de los módulos por lo que giran a la vez todos los ejes de unión (2) vinculados a este eje oscilante y los de todos los módulos a través de un elemento de unión (18) de todas las segundas bielas (15) .

2.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES, según reivindicación 1, caracterizado porque los segundos brazos radiales (16) de oscilación de los ejes de unión

(2) de las parejas de paneles (1), tienen forma de "Y" cuyas ramas se unen sólidamente a puntos simétricos de dicho eje de unión (2), y el alma lo hace articuladamente a la segunda biela (15) .

3.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los ejes de unión (2) de cada pareja de paneles (1) coplanarios de cada módulo, son pasantes y pueden girar en casquillos (3) solidarios al eje oscilante (4) correspondiente .

4.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES, según reivindicación 1, caracterizado porque las segundas bielas (15), paralelas entre si y coplanarias, quedan solidarias con un elemento de unión (18) perpendicular a ellas .

5.- DISPOSITIVO DE SEGUIMIENTO SOLAR PARA PANELES, según reivindicación 4, caracterizado porque el elemento de unión (18) de las segundas bielas (15) se desplaza paralelamente a si mismo y está materializado por una celosia de perfiles horizontales y travesanos, siendo pasantes dichas segundas bielas (15) por casquillos solidarios a dicha celosia y con posibilidad de rotación sin desplazamiento axial.