WO2016170193A1 - Seguidor solar adaptable a terrenos irregulares - Google Patents

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WO2016170193A1
WO2016170193A1 PCT/ES2015/000183 ES2015000183W WO2016170193A1 WO 2016170193 A1 WO2016170193 A1 WO 2016170193A1 ES 2015000183 W ES2015000183 W ES 2015000183W WO 2016170193 A1 WO2016170193 A1 WO 2016170193A1
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solar
row
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solar tracker
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Inventor
Ángel HARO GARCÍA
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Tentusol, S.L.
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar tracker consisting of multiple rows of photovoltaic panels, each row comprising a single solar tracking axis, which presents the novelty, in front of solar trackers of this type, of understanding an adaptable structural configuration to irregular orographic surfaces of the land on which it sits, without additional structures being necessary and without generating additional costs.
  • the pillars Since the surface is usually relatively large, in order to be able to orient it conveniently, the pillars must have a certain height, which implies difficulties in the assembly of each of the followers, in addition to assuming a clear visual impact.
  • the so-called solar trackers of a single axis with solar tracking to a horizontal axis which seek to obtain a good energy collection with a simpler assembly, and a decrease in manufacturing, installation and maintenance costs compared to the previous ones » they comprise multiple rows of solar panels arranged in parallel supported on a horizontal structure actuated in rotation to swing the solar panels and orient them towards the sun.
  • These solar followers can be divided into two large groups.
  • the present invention proposes a single-axis solar tracker with an structural configuration advantageously suitable for settling on uneven surface soils, and this is achieved thanks to the novel incorporation of an adaptive ball joint made of a high density polyethylene material. In addition to contributing to lower maintenance, it is of great stability since the center of gravity is not deviated from the axis of rotation.
  • the system can continue producing electricity as if it were a fixed structure system.
  • document ES1061033U refers to a solar tracker for photovoid panels, in which the panel is rotatable with respect to an axis parallel to the polar axis NS of the earth, comprising a geared motor that imparts a speed of 157b to the panel, in such a way that the panel follows the sun throughout the day.
  • the rotation is only of a panel, not of an axis acting on a row of solar panels or panels.
  • Document ES2253099A1 proposes a solar tracker of the type that, through systems that follow the path of the sun, is used to improve the production of photovoid panels, capturing the maximum radiation of solar energy for as long as possible, being constituted so that in its upper part is the photovoitaic panels in rows arranged separately at different levels and on two slopes, favoring its ventilation, and allowing the expansion of the frame; each panel being supported by two fork-shaped pieces to which it is tied by four clamps, screwed to the panel frame which are in turn welded to a support pipe and spaced apart from each other depending on the width of the panel and the screw tightening, forming, support pipes with their corresponding .forks each of the mentioned rows of solar tracker panels.
  • the rigidity of the tweezers and forks prevents the settlement of the solar tracker on uneven surface areas as the invention object of the present specification does, through the patella you adapt goes from high density polysetylene proposed as novelty.
  • the solar tracker adaptable to irregular lands object of the present invention is constituted from a structural configuration advantageously adaptable to the land of irregular surface on which it sits, by incorporating in its perpendicular joints an adaptive ball joint of a high polyethylene material density that in addition to contributing to lower maintenance, is at the same time of great stability.
  • Said solar tracker is constituted by multiple rows of independent solar panels, each row being supported by a horizontal structure of a single axis on which it pivots to track the sun, and lacking said structure of additional vertical profiles, since the same system
  • the central clamping of the module confers vertical stability, thus making the structure less rigid, as well as a decrease in costs.
  • said solar tracker has a linear rotation actuator that causes the pivoting of all the sotares plates of each row.
  • Said actuator is attached to the structure by means of a crank-crank transmission system in which a motor acts as a connecting rod and the crank consists of a piece of galvanized steel coupled to the single axle
  • the single axis of each row of solar panels is divided into five semi-axes assembled together by means of ball joints articulated adapters.
  • the whole of the soiar follower is supported on some height-adjustable support legs that are driven directly to the ground or in case of difficulties due to the constitution of the ground, screwed to a ground penetration system, both systems being capable of being regulated in height to also be able to adapt to the soil surface.
  • the photovoltaic modules that make up the solar panels are arranged and retained by means of aluminum sub-profiles, which have height supplements to reach the minimum height required to overcome said adaptive ball joint.
  • the adaptive kneecap consists of two key concentric parts: an outer hollow spherical body that houses a second concentric spherical body with the previous one and on which it slides and said body is crossed by the single axis itself. Said adaptive kneecap is executed in a high hardness plastic material such as high density polyethylene.
  • Figure 1 Schematic view of the soiar follower in which its disposition is seen on an irregular terrain.
  • Figure 2 Conventional perspective view of the adaptive kneecap in which the two key parts constituting it can be seen.
  • Figure 3 Lateral axial view! of the structure with solar panel in which the linear actuator is appreciated, the motor freezes and the crank.
  • Figure 4 Schematic perspective view ele! follower with his five axles.
  • a preferred embodiment of the solar tracker adaptable to irregular terrain object of the present invention can be based on a horizontal structure ⁇ 1 ⁇ incorporating an adaptive ball joint ⁇ 2 ⁇ to its longitudinal joints (2) of a material of polyethylene of alpha density or polyamide that besides contributing to a lower maintenance, is at the same time of a great stability,
  • Said solar tracker is constituted by multiple lines (4) of independent solar panels (5), each row (4) being supported by a horizontal structure (1) of a single axis (6) on which it pivots to track the sun , and lacking said horizontal structure (1) of profiles additional verticals, since the same central clamping system of the module confers vertical stability, resulting in less rigid horizontal structure (1) as well as a decrease in costs.
  • said solar tracker has a linear rotation actuator ⁇ 7 ⁇ that causes the pivoting of all solar panels (5) of each row (4) of solar panels (5).
  • Said linear turning actuator (7) is attached to the structure by means of a crank-crank transmission system in which a motor (8) acts as a connecting rod and the crank (9) consists of a galvanized steel part fitted to the single axis ( 6).
  • the single axis (6) of each row (4) of solar panels (5) is divided into five semi-axes (10) assembled together by means of ball joints adaptive (3) articulated.
  • the whole of the solar tracker is supported on support legs (11) variable in height that go directly to the ground or in case of difficulties due to the constitution of the land, screwed to a ground penetration system, both systems being susceptible to adjust in height to also be able to adapt to the surface of the ground.
  • the photovoltaic modules that make up the solar panels (5) are arranged and retained by means of aluminum sub-profiles (12), which have height supplements (13) to reach the minimum height required to overcome said adaptive ball joint ( 3).
  • the adaptive ball joint (3) is constituted by two key concentric parts: an outer hollow spherical body (14) that houses a second spherical body (15) concentric with the previous one and on which it slides and said body is crossed by the axis itself unique (6). Said adaptive ball joint (3) is executed in a high hardness plastic material such as alpha density poliefylene,

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Abstract

Constituido a partir de múltiples filas (4) de placas solares (5) independientes, estando soportada cada fila (4) por una estructura horizontal (1) de un único eje (8) sobre el que pivota en su giro de seguimiento del sol de dichas placas, provocando el pivotado de todas las placas solares (5) de cada fila (4) un actuador lineal de giro (7), el cual está sujeto a la estructura horizontal (1) mediante un sistema de transmisión biela-manivela en el que un motor (8) actúa como biela y la manivela (9) consiste en una pieza de acero galvanizado acoplada al eje único (8), encontrándose dicho eje único dividido en cinco semiejes (10) ensamblados entre sí por medio de unas rótulas adaptativas (3) constituidas por dos piezas concéntricas clave: un cuerpo esférico hueco exterior (14) que aloja un segundo cuerpo esférico (15) concéntrico con el anterior y sobre el cual se desliza y dicho cuerpo está atravesado por el propio eje único (6).

Description

SEGUIDOR SOLAR ADAPTABLE A TERRENOS IRREGULARES
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente Invención se refiere, a un seguidor solar de los constituidos por múltiples filas de placas fotovoltaicas, comprendiendo cada fila un único eje de seguimiento solar, que presenta la novedad, frente a los seguidores solares de este tipo, de comprender una configuración estructural adaptable a superficies orográfícas irregulares del terreno sobre el que se asienta, sin que para ello sean necesarias estructuras adicionales y sin generar costes añadidos.
Se conocen en el estado de la técnica diferentes tipos de seguidores solares, entre los que están por un lado los seguidores solares de doble eje para orientar permanentemente ios paneles solares perpendiculares al sol y obtener así una máxima captación energética, pero que no compensa el incremento de coste sobre el rendimiento obtenido y además, con el objetivo de maximizar el seguidor de doble efe, la superficie a controlar suele ser relativamente grande, desde varías decenas de metros cuadrados hasta casi 100 m2. Esto implica que la superficie resistente al viento es muy grande, lo que obliga a sobredirnensionar la estaictura con objeto de dotarla de la resistencia necesaria que soporte no solamente la fuerza del viento, sino también ios momentos de giro que resultan de las asimetrías en la distribución de presiones, lo que también obliga a un sobredimensionamiento de los actuadores para poder controlar el posiclonamiento del conjunto.
Dado que la superficie suele ser relativamente grande, con objeto de poderla orientar convenientemente, los pilares deben contar con cierta altura, lo que implica dificultades en el montaje de cada uno de los seguidores, además de suponer un claro impacto visual.
La disposición de paneles en estructuras monoposte dificulta la aplicación de algoritmos de control para disminuir el impacto de las sombras proyectadas por estructuras cercanas lo que implica una mayor separación entre seguidores. Este distanciamiento entre seguidores para evitar que se den sombra entre sf Implica un menor aprovechamiento del terreno, en relación a potencia instalada por metro cuadrado.
Por otro lado, este tipo de seguidores de doble eje monoposte montados sobre un pilar único, exigen en el proceso de montaje un grado de especialización importante tanto de mano de obra como de maquinaria, que implica un coste adicional de materiales y tiempo, redundando en un coste claramente superior.
Por otro lado, los denominados seguidores solares de un único eje con seguimiento solar a un eje horizontal, que buscan obtener una buena captación energética con un montaje más sencillo, y una disminución de los costes de fabricación, instalación y mantenimiento frente a los anteriores» comprenden múltiples filas de placas solares dispuestas en paralelo soportadas sobre una estructura horizontal actuada en giro para hacer pivotar las placas solares y orientarlas hacia el sol. Estos seguidores solares, a su vez, se pueden suhdividír en dos grandes grupos. Por un lado, estarían los seguidores de un único actuador para el conjunto de ejes, los cuales presentan una estructura excesivamente rígida y son por e l l o muy sensibles a las fuerzas transmitidas por el viento, agravándose este problema de rigidez al aumentar el número y longitud de filas de placas. Esta rigidez de la estructura y ei excesivo espacio ocupado por este tipo de seguidores solares, dificulta su instalación en terrenos de superficies irregulares. Pero, además, para garantizar que este tipo de seguidores solares pueda soportar las acciones del viento y otras condiciones ambientales adversas, se suelen emplear cimentaciones de hormigón, como zapatas, o pilotes, aumentando considerablemente el coste de instalación del seguidor solar.
Por otro lado, estarían los seguidores solares de un único eje con seguimiento en el sentido Este-Oeste, pero con movimiento provocado por varios actuadores, uno por cada fila de placas solares del seguidor. En este caso las diferentes filas de placas solares que componen dicho seguidor solar no están unidas entre sí, sino que cada fila actúa de forma independíente a través de un actuador lineal, que provoca el giro del eje de la fila de placas solares que conforman el seguidor solar.
En ambos casos, para conseguir una adaptabilidad al terreno ante posibles desviaciones del mismo en sentido Norte-Sur actualmente se consigue incrementando costes ai tener que Incrementar piezas en la configuración del seguidor tales como bisagras, patas adicionales, y sometiendo a ia estructura a sobreesfuerzos, dado que el centro de gravedad queda desplazado con respecto al centro de giro.
Se hace por tanto necesario disponer de un seguidor solar con una configuración estructural que permita compensar las irregularidades del terreno en sentido Norte-Sur y que atenúe las cargas que deba soportar la estructura por causa de acciones extemas con un mínimo incremento de coste, siendo éste el objeto de la presente invención. De conformidad con ello ía presente invención propone un seguidor solar de un único eje con una configuración estructural ventajosamente idónea para asentarse en terrenos de superficies irregulares, y ello lo consigue gracias a la novedosa incorporación de una rótula adapfaliva de un material de polietileno de alta densidad que además de contribuir a un menor mantenimiento, es de una gran estabilidad dado que el centro de gravedad no queda desviado con respecto al eje de giro.
Las ventajas ofrecidas por la presente invención sobre tos seguidores solares conocidos son las siguientes:
- Perfecta adaptabilidad del seguidor solar tanto a las dimensiones del terreno como a las irregularidades del mismo.
- Mínima obra civil
- Incremento en la rentabilidad de los proyectos por una disminución en el coste.
- Completamente escaíable, desde instalaciones pequeñas hasta varios megavatios.
- Mínima cantidad de partes móviles.
~ Debido a su escasa altura (menos de 2 metros) genera un mínimo el impacto ambiental. - El mantenimiento se reduce a la revisión del conjunto motor-actuador lineal.
- En al supuesto que se averie el conjunto motor-actuador lineal, responsable del movimiento del seguidor, el sistema puede continuar produciendo electricidad como si fuese un sistema de estructura fija.
- Ausencia de perfiles verticales por doble uso de las piezas de sujeción de las placas fofovoffaicas a la estructura.
- Totalmente dimensionahle,
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Aunque no se ha encontrado ninguna Invención idéntica al seguidor solar adaptable a terrenos irregulares objeto de la presente invención» exponemos a continuación documentos encontrados que reflejan el estado de la técnica relacionado con la misma.
Asi el documento ES1061033U hace referencia a un seguidor solar para paneles fotovoitaicos, en el que el panel se dispone giratorio respecto a un eje paralelo al eje polar N-S de la tierra, comprendiendo un motoreductor que imparte al panel una velocidad de 157b, de tal manera que el panel va siguiendo al sol a lo largo del dia. En comparación con la invención propuesta el giro es tan sólo de un panel, no de un eje que actúa sobre una fila de paneles o placas solares.
El documento ES2253099A1 propone un seguidor solar del tipo que a través de sistemas que siguen la trayectoria del sol se utiliza para mejorar la producción de los paneles fotovoitaicos, captando la máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible, estando constituido de forma que en su parte superior se sitúan los paneles fotovoitaicos en filas dispuestas separadamente a diferente nivel y a dos vertientes, favoreciendo su ventilación, y permitiendo la dilatación del marco; estando sostenido cada panel por dos piezas en forma de horquilla a las que se amarra mediante cuatro pinzas, atornilladas al marco del panel que se encuentran a su vez soldadas a una tubería de soporte y distanciadas entre si en función del ancho del panel y del tornillo de apriete, formando, las tuberías de soporte con sus correspondientes .horquillas cada una de las mencionadas filas de paneles del seguidor solar. En este caso la rigidez de las pinzas y horquillas Impide él asentamiento del seguidor solar en terrenos de superficies irregulares como lo hace la invención objeto de la presente memoria descriptiva, a través de la rótula adaptáis va de poísetileno de alta densidad que propone corno novedad.
Conclusiones: Gomo se desprende de la investigación realizada, ninguno de ios documentos encontrados soluciona los problemas planteados como lo hace la invención propuesta.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El seguidor solar adaptable a terrenos irregulares objeto de la presente invención se constituye a partir de una configuración estructural ventajosamente adaptable a los terrenos de superficie irregular sobre ios que se asienta, al incorporar en sus uniones perpendiculares una rótula adaptativa de un material de polietileno de alta densidad que además de contribuir a un menor mantenimiento, es a la vez de una gran estabilidad.
Dicho seguidor solar está constituido por múltiples filas de placas solares independientes, estando soportada cada fila por una estructura horizontal de un único eje sobre el que pivota para realizar el seguimiento del sol, y careciendo dicha estructura de perfiles verticales adicionales, ya que el mismo sistema de sujeción central del módulo confiere la estabilidad vertical, resultando así menos rígida la estructura, asi como una disminución en costes.
En cada uno ele dichos ejes presenta dicho seguidor solar un actuador lineal de giro que provoca ei pivotado de todas las placas sotares de cada fila. Dicho actuador está sujeto a la estructura mediante un sistema de transmisión biela-manivela en el que un motor actúa como biela y la manivela consiste en una pieza de acero galvanizado acoplada al eje único Para poder compensar las irregularidades del terreno en donde se asienta dicho seguidor solar, el eje único de cada fila de placas solares se encuentra dividido en cinco semiejes ensamblados entre sí por medio de unas rótulas adaptaíivas articuladas. El conjunto del seguidor soiar se encuentra soportado sobre unas patas de apoyo variables en altura que van hincadas directamente al suelo o en caso de dificultades por ía constitución del terreno, atornilladas a un sistema de penetración del terreno, siendo ambos sistemas susceptibles de regularse en altura para igualmente poder adaptarse a la superficie del suelo. Los módulos fotovoltaicos que componen las placas solares van dispuestos y retenidos por medio de unos subperfiles de aluminio, los cuales disponen de unos suplementos en altura para alcanzar la altura mínima requerida para superar a dicha rótula adaptativa.
La rótula adaptativa está constituida por dos piezas concéntricas clave: un cuerpo esférico hueco exterior que aloja un segundo cuerpo esférico concéntrico con el anterior y sobre el cual se desliza y dicho cuerpo está atravesado por el propio eje único. Dicha rótula adaptativa está ejecutada en un material plástico de alta dureza como es el polietlleno de alta densidad.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para una mejor comprensión de io descrito con anterioridad se acompañan a esta memoria descriptiva unos dibujos que representan una realización preferente de la presente invención.
En dichos dibujos:
Figura 1 : Vista esquemática del seguidor soiar en la que se aprecia la disposición del mismo sobre un terreno irregular.
Figura 2: Vista en perspectiva convencional de la rótula adaptativa en la que se aprecian las dos piezas claves constitutivas de la misma.
Figura 3: Vista axial latera! de la estructura con placa solar en la que se aprecia ef actuador lineal, el motor hiela y la manivela. Figura 4: Vista esquemática en perspectiva ele! seguidor con sus cinco semiejes.
Las referencias numéricas de fas figuras corresponden a los siguientes elementos constitutivos de la presente invención:
1. Estructura horizontal
2. Unión de la estructura horizontal
3. Rótula adaptativa
4. Fila
5. Placa solar
6. Único eje
7. Actuador lineal de giro
8. Motor biela
9. Manivela
10. Semieje
11. Pata, de apoyo
12. Subperfií de aluminio
13, Suplemento en altura del subperfil de aluminio
14, Cuerpo esférico hueco exterior
15, Cuerpo esférico Interior
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
Una realización preferente del seguidor solar adaptable a terrenos irregulares objeto de la presente invención, haciendo referencia a los números de dichas figuras, se puede basar en una estructura horizontal {1} que incorpora a sus uniones (2) longitudinales una rótula adaptatlva {3} de un material de polietileno de alfa densidad o poliamida que además de contribuir a un menor mantenimiento, es a la vez de una gran estabilidad,
Dicho seguidor solar está constituido por múltiples fiias (4) de placas solares (5) independientes, estando soportada cada fila (4) por una estructura horizontal (1 } de un único eje (6) sobre el que pivota para realizar el seguimiento del sol, y careciendo dicha estructura horizontal (1) de perfiles verticales adicionales, ya que el mismo sistema de sujeción central del módulo confiere la estabilidad vertical, resultando así menos rígida la estructura horizontal (1) asi como una disminución en costes.
En cada uno de dichos ejes únicos (6) presenta dicho seguidor solar un acluador lineal de giro {7} que provoca el pivotado de todas las placas solares (5) de cada fila (4) de placas solares (5). Dicho actuador lineal de giro (7) está sujeto a la estructura mediante un sistema de transmisión biela-manivela en el que un motor (8) actúa como biela y la manivela (9) consiste en una pieza de acero galvanizado acopiada al eje único (6). Para poder compensar las irregularidades del terreno en donde se asienta dicho seguidor solar, el eje único (6) de cada fila (4) de placas solares (5) se encuentra dividido en cinco semiejes (10) ensamblados entre sí por medio de unas rótulas adaptativas (3) articuladas. El conjunto del seguidor solar se encuentra soportado sobre unas patas de apoyo (11 ) variables en altura que van hincadas directamente al suelo o en caso de dificultades por la constitución del terreno, atornilladas a un sistema de penetración del terreno, siendo ambos sistemas susceptibles de regularse en altura para igualmente poder adaptarse a la superficie del suelo. Los módulos fotovoltaicos que componen las placas solares (5) van dispuestos y retenidos por medio de unos subperfiles de aluminio (12), los cuales disponen de unos suplementos en altura (13) para alcanzar la altura mínima requerida para superar a dicha rótula adaptatíva (3).
La rótula adaptativa (3) está constituida por dos piezas concéntricas clave: un cuerpo esférico hueco exterior (14) que aloja un segundo cuerpo esférico (15) concéntrico con el anterior y sobre el cual se desliza y dicho cuerpo está atravesado por el propio eje único (6). Dicha rótula adaptativa (3) está ejecutada en un material plástico de alta dureza como es el poliefileno de alfa densidad,

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Seguidor solar adaptable a terrenos irregulares, constituido a partir de múltiples filas (4) de placas solares {5} independientes, estando s soportada caúa fila (4) por una estructura horizontal (1) de un único eje (6) sobre el que pívota en su giro de seguimiento del sol de dichas placas, provocando el pivotado de todas las placas solares (5) de cada fila (4) un actuador lineal de giro (7), el cual está sujeto a la estructura horizontal (1) mediante un sistema de transmisión biela-manivela en ei que un motor (8) lo actúa como biela y ta manivela (9) consiste en una pieza de acero galvanizado acoplada al eje único (6), caracterizado porque dicho eje único (6) de cada fila (4) de placas solares (5) se encuentra dividido en cinco semiejes (10) ensamblados entre si por medio de unas rótulas adaptativas (3) articuladas, estando constituidas cada una de estas rótulas adaptativas i 5 (3) por dos piezas concéntricas clave: un cuerpo esférico hueco exterior (14) que aloja un segundo cuerpo esférico (15) concéntrico con e! anterior y sobre el cual se desliza y dicho cuerpo está atravesado por el propio eje único (6), estando dicha rótula adáptativa (3) ejecutada en un material plástico de alta dureza como es el polietileno de alta densidad.
0 2.- Seguidor solar adaptable a terrenos irregulares, según reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto del seguidor solar se encuentra soportado sobre unas palas de apoyo (11 ) variables en altura que van hincadas directamente al suelo o en caso de dificultades por la constitución del terreno, atornilladas a un sistema de penetración del terreno, 5 siendo ambos sistemas susceptibles de regularse en altura para igualmente poder adaptarse a la superficie del suelo.
3.- Seguidor solar adaptable a terrenos irregulares, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los módulos fotovoltaicos que 0 componen las placas solares (5) van dispuestos y retenidos por medio de unos subperfiles de aluminio (12), los cuales disponen de unos suplementos en altura (13) para alcanzar la altura mínima requerida para superar rótula adaptativa (3).
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