WO2018234591A1 - Mecanismo transmisor de par para accionamiento de seguidor solar - Google Patents

Mecanismo transmisor de par para accionamiento de seguidor solar Download PDF

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the object of the invention is a torque transmitting mechanism for driving solar tracker that produces or brakes the rotation of one or more rows of solar energy collectors around a torsion axis.
  • the object of the present invention is also the solar tracker using said torque transmitting mechanism.
  • a solar tracker is formed by a set of solar energy collectors assembled to a support structure that tracks the movement of the sun and directs the solar energy collectors so that they remain properly positioned with respect to the sun's rays.
  • Solar trackers of a single axis are those in which the energy collectors are configured to rotate around torsion axes generally oriented in the north-south direction.
  • These followers traditionally comprise rows of structures consisting of fixed and moving parts, and actuating mechanisms that drive the turning movement of the solar energy sensors around the torsion axes.
  • linear actuators In which the different rows of the follower are connected by transverse bars of linear transmission connected to an electric or hydraulic motor.
  • These actuators have the drawback of being able to present mechanical problems of various nature, such as, for example, buckling by extension of the linear actuator assembly.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26)
  • the alternative to the linear actuators is integrated by the rotary actuators.
  • the current state of the art of the rotary actuators is limited to actuators in which the axis of their rotation means is located at the same level or alignment as the torsion axis of the solar energy sensors.
  • a drawback associated with the level or alignment to which these actuators must necessarily be placed is that they are exposed to direct radiation from the sun or in areas close to the solar energy collectors that reach high operating temperatures. This means that the motors and other components that are part of the rotary actuators often require additional maintenance.
  • the invention presented here proposes a torque transmitting mechanism for driving solar tracker comprising push and pull rods connected to a driving means located at different height than the torsion axis of the solar energy sensors.
  • the torque transmitting mechanism object of the present invention is characterized in that the axis of rotation of its driving means, the torsion axis of the solar energy sensors and the articulated joints of the push and pull rods that make up the transmission system of pair, constitute the vertices of one or more parallelograms or trapezoids of mechanical transmission.
  • the invention allows that the most sensitive mechanical elements that compose the torque transmitting mechanism can be located in favorable positions, protected from the direct radiation of the sun and far from the high operating temperatures of the solar energy collectors.
  • the torque transmitting mechanism object of this invention can be located below the solar energy collectors, without protruding above the surface formed by the solar energy collectors, and without projecting shadows that decrease the performance of the collectors.
  • the torque transmitting mechanism object of this invention can share structural support with the supports of the solar tracker and have good accessibility for its inspection and maintenance.
  • the invention encompasses the solar tracker comprising a series of supports on which torsion axes are configured on which the solar energy sensors are fixed, transmission means comprising articulated arms and push rods, and a torque transmitting mechanism. for driving the tracker as described above.
  • Figure 1 Transverse schematic view of a solar tracker according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 Transverse schematic view of the torque transmitting mechanism according to an embodiment of the invention in which the torque transmitting mechanism comprises two or more connecting rods directly articulated to a driving means.
  • the figure shows the flagging and turning positions of the solar collectors.
  • FIG. 26 Schematic view of the parallelograms formed by the articulated joints of the push and pull rods, the axis of rotation of the driving means and the torsion axis of the solar energy sensors for the embodiment of Figure 2.
  • FIG. 4 Transverse schematic view of the torque transmitting mechanism according to an embodiment of the invention in which the torque transmitting mechanism comprises a single push and pull rod directly articulated to a driving means.
  • the figure shows the flagging and turning positions of the solar collectors.
  • Figure 5 Schematic view of the parallelogram formed by the articulated joints of the push and pull rod, the axis of rotation of the driving means and the torsion axis of the solar energy sensors for the embodiment of Figure 4.
  • FIG. 6 Transverse schematic view of the torque transmitting mechanism according to an embodiment of the invention in which the torque transmitting mechanism comprises two or more connecting rods articulated to one or more semi-arms rotating integrally to a driving means.
  • the figure shows the flagging and turning positions of the solar collectors.
  • Figure 7 Schematic view of the parallelograms formed by the articulated joints of the push and pull rods, the axis of rotation of the driving means and the torsion axis of the solar energy sensors for the embodiment of Figure 6.
  • FIG. 8 Transverse schematic view of the torque transmitting mechanism according to an exemplary embodiment of the invention in which the torque transmitting mechanism comprises a single connecting rod articulated to a single half-link that rotates integrally with a driving means.
  • the figure shows the flagging and turning positions of the solar collectors.
  • FIG. 9 Schematic view of the parallelogram formed by the articulated joints of the push and pull rod, the axis of rotation of the driving means and the torsion axis of the solar energy sensors for the embodiment of Figure 8.
  • FIG. 10 Transverse schematic view of the torque transmitting mechanism according to an embodiment of the invention in which the torque transmitting mechanism is configured in the form of a trapezoid. The figure shows the flagging and turning positions of the solar collectors.
  • Figure 1 1 Schematic view of the trapezoids formed by the articulated joints of the push and pull rod, the axis of rotation of the driving means and the torsion axis of the solar energy sensors for the embodiment of Figure 10.
  • the torque transmitting mechanism object of the invention comprising one or more articulated push and pull rods (1) attached to a driving means (3).
  • the axis of rotation (3.1) of the driving means (3) is at a different height and alignment than the torsion axis (4) of the solar energy sensors (6).
  • the articulated joints (1 .1) of the ends of the push and pull rods (1), the axis of rotation (3.1) of the drive means (3), and the torsion axis ( 4) of the solar energy collectors (6) form the vertices of one or more parallelograms (5) or trapezoids (11) of mechanical torque transmission.
  • This characteristic configuration is shown schematically in Figures 3, 5, 7, 9 and 11 for different vandals of the invention.
  • the driving means (3) in the exemplary embodiments of each of the different vandals of the invention illustrated in the drawings, is comprised of an electric, electromechanical or hydraulic motor or servomotor connected to a drive wheel, which can be any solid or lighter vanes of discs, gears, pulleys or crowns with rotational capacity around an axis of rotation (3.1).
  • the solar energy sensors (6) illustrated in the figures may comprise the different vanants and configurations of photovoltaic panels, solar thermal collectors, parabolic troughs or reflective mirrors commonly used in solar radiation collection systems.
  • FIG. 1 shows an example of realization of the solar tracker object of this invention.
  • the solar tracker comprises a torque transmitting mechanism as described above and one or more rows of solar energy sensors (6) that rotate around torsion axes (4) supported by a series of supports (9) that transmit their loads to the ground (10). It is appreciated that the torque transmitting mechanism can be supported on one of the supports (9) that serve as support for the solar energy sensors (6).
  • the different rows can be connected by means of arms (7) and push rods (8) articulated to unify and thus reduce the number of torque transmission mechanisms present in the follower.
  • a vanda of the invention is represented formed by two or more push and pull rods (1) connected by articulated joints ( 1 .1) to a driving means (3) and by means of other articulated joints (1 .1) to an arm (2) that rotates in solidarity with a torsion shaft (4).
  • This variant of the invention has advantages of compensation of the mechanical forces of traction and thrust associated with the transmission of torques or brakes of the solar energy sensors (6) since these are distributed between the different push and pull rods ( one ).
  • a vanante of the invention is represented formed by a single pushing and pulling rod (1) connected by an articulated joint (1 .1) to a driving means (3) and by another articulated joint (1 .1) to an arm (2) that rotates integrally with a torsion shaft (4).
  • a vanante of the invention is represented formed by two or more push and pull rods (1) connected by articulated joints (1 .1) to one or more semi-arms (2.1) rotating integrally with the driving means (3). ), and by means of other articulated joints (1 .1) to an arm (2) that rotates integrally with a torsion axis (4).
  • This variant of the invention has advantages in reducing the tensile and compressive stresses in the traction and push rods (1) for the transmission of equivalent torques to the solar energy sensors (6).
  • This vanguard of the invention also makes it possible to reduce the dimensions of the driving means (3) for equivalent torque transmissions.
  • Figure 8 shows a vanguard of the invention formed by a single push and pull rod (1) connected by an articulated joint (1 .1) to a half-link (2.1) rotating in solidarity with driving means (3), and by means of another joint hinged to an arm (2) that rotates integrally with a torsion shaft (4).
  • FIG 10 a vain of the invention similar to that of figure 2 is shown, but in which the push and pull rods (1) and their respective articulations (1 .1) are configured trapezoidal with respect to the turning axis (3.1) of the driving means (3) and the torsion axis (4).
  • a variant of the present invention designated as polar solar tracker would be one in which the torsion axes (4) of the solar tracker maintain an angle of inclination with the terrain (10) between 0 and 30 degrees.

Abstract

Mecanismo transmisor de par para accionamiento y freno de movimiento giratorio de captadores de energía solar (6) para sistemas de seguidor solar, que comprende una o más bielas de empuje y tracción (1) conectadas por uno de sus extremos mediante uniones articuladas (1.1) a un brazo (2) que gira solidariamente con los captadores de energía solar (6) alrededor de un eje de torsión (4), y conectadas por su otro extremo mediante uniones articuladas (1.1) a un medio motriz (3).

Description

MECANISMO TRANSMISOR DE PAR PARA ACCIONAMIENTO DE
SEGUIDOR SOLAR
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es un mecanismo transmisor de par para accionamiento de seguidor solar que produce o frena el giro de una o varias filas de captadores de energía solar alrededor de un eje de torsión. Es también objeto de la presente invención el seguidor solar que emplea dicho mecanismo transmisor de par.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Un seguidor solar está formado por un conjunto de captadores de energía solar ensamblados a una estructura soporte que rastrea el movimiento del sol y orienta los captadores de energía solar para que éstos permanezcan debidamente posicionados con respecto a los rayos solares.
Los seguidores solares de un único eje son aquellos en los que los captadores de energía se configuran para rotar alrededor de ejes de torsión generalmente orientados en la dirección norte-sur. Estos seguidores tradicionalmente comprenden filas de estructuras que constan de partes fijas y móviles, y mecanismos actuadores que accionan el movimiento de giro de los captadores de energía solar alrededor de los ejes de torsión.
Entre los mecanismos actuadores, los más comúnmente empleados son los actuadores lineales, en los que las diferentes filas del seguidor se conectan mediante barras transversales de transmisión lineal conectadas a un motor eléctrico o hidráulico. Estos actuadores tienen el inconveniente de poder presentar problemas mecánicos de diversa naturaleza, como por ejemplo, pandeo por extensión del conjunto del actuador lineal.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La alternativa a los actuadores lineales la integran los actuadores rotativos. El estado de la técnica actual de los actuadores rotativos está limitado a actuadores en los cuales el eje de su medio de rotación está situado a la misma cota o alineación que el eje de torsión de los captadores de energía solar.
Un inconveniente asociado a la cota o alineación a la que necesariamente han de situarse dichos actuadores es que éstos quedan expuestos a la radiación directa del sol o en zonas próximas a los captadores de energía solar que alcanzan temperaturas operativas elevadas. Esto hace que los motores y otros componentes que forman parte de los actuadores rotativos a menudo requieran un mantenimiento añadido.
Otro inconveniente de los actuadores rotativos que forman parte del estado de la técnica actual es que éstos tienden a sobresalir por encima de la superficie formada por los captadores de energía solar, pudiendo causar sombras y disminuyendo el rendimiento de los captadores de energía solar.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención aquí presentada propone un mecanismo transmisor de par para accionamiento de seguidor solar que comprende unas bielas de empuje y tracción conectadas a un medio motriz ubicado a diferente cota que el eje de torsión de los captadores de energía solar. El mecanismo transmisor de par objeto de la presente invención está caracterizado porque el eje de giro de su medio motriz, el eje de torsión de los captadores de energía solar y las uniones articuladas de las bielas de empuje y tracción que conforman el sistema de transmisión de par, constituyen los vértices de uno o más paralelogramos o trapecios de transmisión mecánica.
La invención permite que los elementos mecánicos más sensibles que componen el mecanismo transmisor de par puedan ser ubicados en posiciones favorables, protegidos de la radiación directa del sol y alejados de las altas temperaturas operativas de los captadores de energía solar.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) El mecanismo transmisor de par objeto de esta invención puede ubicarse por debajo de los captadores de energía solar, sin sobresalir por encima de la superficie formada por los captadores de energía solar, y sin proyectar sombras que disminuyan el rendimiento de los captadores.
El mecanismo transmisor de par objeto de esta invención puede compartir soporte estructural con los apoyos del seguidor solar y disponer de buena accesibilidad para su inspección y mantenimiento.
La invención abarca el seguidor solar que comprende una serie de apoyos sobre los que se configuran ejes de torsión sobre los que se fijan los captadores de energía solar, unos medios de transmisión que comprenden brazos y barras de empuje articulados, y un mecanismo transmisor de par para el accionamiento del seguidor como el descrito anteriormente.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1 : Vista esquemática transversal de un seguidor solar según un ejemplo de realización de la invención.
Figura 2: Vista esquemática transversal del mecanismo transmisor de par según un ejemplo de realización de la invención en el que el mecanismo transmisor de par comprende dos o más bielas directamente articuladas a un medio motriz. La figura muestra las posiciones de abanderamiento y giro de los captadores solares.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Figura 3: Vista esquemática de los paralelogramos formados por las uniones articuladas de las bielas de empuje y tracción, el eje de giro del medio motriz y el eje de torsión de los captadores de energía solar para el ejemplo de realización de la figura 2.
Figura 4: Vista esquemática transversal del mecanismo transmisor de par según un ejemplo de realización de la invención en el que el mecanismo transmisor de par comprende una sola biela de empuje y tracción directamente articulada a un medio motriz. La figura muestra las posiciones de abanderamiento y giro de los captadores solares.
Figura 5: Vista esquemática del paralelogramo formado por las uniones articuladas de la biela de empuje y tracción, el eje de giro del medio motriz y el eje de torsión de los captadores de energía solar para el ejemplo de realización de la figura 4.
Figura 6: Vista esquemática transversal del mecanismo transmisor de par según un ejemplo de realización de la invención en el que el mecanismo transmisor de par comprende dos o más bielas articuladas a uno o más semibrazos que giran solidariamente a un medio motriz. La figura muestra las posiciones de abanderamiento y giro de los captadores solares.
Figura 7: Vista esquemática de los paralelogramos formados por las uniones articuladas de las bielas de empuje y tracción, el eje de giro del medio motriz y el eje de torsión de los captadores de energía solar para el ejemplo de realización de la figura 6.
Figura 8: Vista esquemática transversal del mecanismo transmisor de par según un ejemplo de realización de la invención en el que el mecanismo transmisor de par comprende una única biela articulada a un único semibrazo que gira solidariamente a un medio motriz. La figura muestra las posiciones de abanderamiento y giro de los captadores solares.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Figura 9: Vista esquemática del paralelogramo formado por las uniones articuladas de la biela de empuje y tracción, el eje de giro del medio motriz y el eje de torsión de los captadores de energía solar para el ejemplo de realización de la figura 8.
Figura 10: Vista esquemática transversal del mecanismo transmisor de par según un ejemplo de realización de la invención en el que el mecanismo transmisor de par está configurado en forma de trapecio. La figura muestra las posiciones de abanderamiento y giro de los captadores solares.
Figura 1 1 : Vista esquemática de los trapecios formados por las uniones articuladas de la biela de empuje y tracción, el eje de giro del medio motriz y el eje de torsión de los captadores de energía solar para el ejemplo de realización de la figura 10.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En los ejemplos de realización mostrados en los dibujos se observa el mecanismo transmisor de par objeto de la invención, que comprende una o más bielas articuladas de empuje y tracción (1 ) unidas a un medio motriz (3).
En cada ejemplo de realización se aprecia que el eje de giro (3.1 ) del medio motriz (3) se encuentra a diferente cota y alineación que el eje de torsión (4) de los captadores de energía solar (6).
En cada ejemplo de realización se aprecia que las uniones articuladas (1 .1 ) de los extremos de las bielas de empuje y tracción (1 ), el eje de giro (3.1 ) del medio motriz (3), y el eje de torsión (4) de los captadores de energía solar (6), forman los vértices de uno o más paralelogramos (5) o trapecios (1 1 ) de transmisión de par mecánico. Esta configuración característica se ¡lustra de forma esquemática en las figuras 3, 5, 7, 9 y 1 1 para diferentes vanantes de la invención.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) El medio motriz (3) en los ejemplos de realización de cada una de las diferentes vanantes de la invención ¡lustradas en los dibujos, está comprendido por un motor o servomotor eléctrico, electromecánico o hidráulico conectado a una a rueda motriz, que puede ser cualquier vahante sólida o aligerada de discos, engranajes, poleas o coronas dentadas con capacidad de rotación alrededor de un eje de giro (3.1 ).
Los captadores de energía solar (6) ¡lustrados en las figuras pueden comprender las diferentes vanantes y configuraciones de paneles fotovoltaicos, colectores termosolares, cilindros parabólicos o espejos reflectantes comúnmente empleados en sistemas de captación de radiación solar.
En la figura 1 se aprecia un ejemplo de realización del seguidor solar objeto de esta invención. El seguidor solar comprende un mecanismo transmisor de par como el descrito anteriormente y una o más filas de captadores de energía solar (6) que giran alrededor de ejes de torsión (4) soportados mediante una serie de apoyos (9) que transmiten sus cargas al terreno (10). Se aprecia que el mecanismo transmisor de par se puede sustentar en uno de los apoyos (9) que sirven como soporte para los captadores de energía solar (6).
Cuando el seguidor solar está compuesto por varias filas de captadores de energía solar (6) las diferentes filas se pueden conectar mediante brazos (7) y barras de empuje (8) articuladas para unificar y reducir así el número de mecanismos de transmisión de par presentes en el seguidor.
El mecanismo transmisor de par mostrado en la figura 1 se ¡lustra con más detalle en la figura 2. En esta figura se representa una vanante de la invención formada por dos o más bielas de empuje y tracción (1 ) conectadas mediante unas uniones articuladas (1 .1 ) a un medio motriz (3) y mediante otras uniones articuladas (1 .1 ) a un brazo (2) que gira solidariamente con un eje de torsión (4). Esta variante de la invención posee ventajas de compensación de los esfuerzos mecánicos de tracción y empuje asociados a la transmisión de pares de giro o freno de los captadores de energía solar (6) ya que éstos son repartidos entre las diferentes bielas de empuje y tracción (1 ).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) En la figura 4 se representa una vanante de la invención formada por una única biela de empuje y tracción (1 ) conectada mediante una unión articulada (1 .1 ) a un medio motriz (3) y mediante otra unión articulada (1 .1 ) a un brazo (2) que gira solidariamente con un eje de torsión (4).
En la figura 6 se representa una vanante de la invención formada por dos o más bielas de empuje y tracción (1 ) conectadas mediante uniones articuladas (1 .1 ) a uno o más semibrazos (2.1 ) que giran solidariamente con el medio motriz (3), y mediante otras uniones articuladas (1 .1 ) a un brazo (2) que gira solidariamente con un eje de torsión (4). Esta variante de la invención posee ventajas de reducción de los esfuerzos de tracción y compresión en las bielas de tracción y empuje (1 ) para la transmisión de pares equivalentes a los captadores de energía solar (6). Esta vanante de la invención también permite reducir las dimensiones del medio motriz (3) para transmisiones de par equivalentes.
En la figura 8 se representa una vanante de la invención formada por una única biela de empuje y tracción (1 ) conectada mediante una unión articulada (1 .1 ) a un semibrazo (2.1 ) que gira solidariamente con medio motriz (3), y mediante otra unión articulada a un brazo (2) que gira solidariamente con un eje de torsión (4).
En la figura 10 se representa una vahante de la invención similar a la de la figura 2, pero en la que las bielas de empuje y tracción (1 ) y sus respectivas articulaciones (1 .1 ) están configuradas de forma trapezoidal con respecto a el eje de giro (3.1 ) del medio motriz (3) y el eje de torsión (4).
Una vahante de la presente invención designada como seguidor solar polar sería aquella en la que los ejes de torsión (4) del seguidor solar mantienen un ángulo de inclinación con el terreno (10) de entre 0 y 30 grados.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Mecanismo transmisor de par para accionamiento y freno de movimiento giratorio de captadores de energía solar (6) para sistemas de seguidor solar, que comprende: una o más bielas de empuje y tracción (1 ) conectadas por uno de sus extremos mediante uniones articuladas (1.1 ) a un brazo (2) que gira solidariamente con los captadores de energía solar (6) alrededor de un eje de torsión (4), y conectadas por su otro extremo mediante uniones articuladas (1 .1 ) a un medio motriz (3); caracterizado porque el eje de giro (3.1 ) del medio motriz (3) se encuentra a diferente cota y alineación que el eje de torsión (4) de los captadores de energía solar (6), y porque las uniones articuladas (1 .1 ) de los extremos de las bielas de empuje y tracción (1 ) junto con el eje de giro (3.1 ) del medio motriz (3) y el eje de torsión (4) de los captadores de energía solar (6) constituyen los vértices de uno o más paralelogramos (5) o trapecios (1 1 ) de transmisión de par mecánico.
2. - Mecanismo transmisor de par según la reivindicación 1 , caracterizado porque una o más bielas de empuje y tracción (1 ) están conectadas por uno de sus extremos mediante uniones articuladas (1 .1 ) a uno o más semibrazos (2.1 ) solidariamente unidos al medio motriz (3).
3. - Mecanismo transmisor de par según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el medio motriz (3) comprende un eje de giro (3.1 ), una rueda motriz y un motor conectado a la rueda motriz. 4.- Seguidor solar, que comprende: una serie de apoyos (9) sobre los que se configuran ejes de torsión (4) sobre los que se fijan los captadores de energía solar (6),
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) unos medios de transmisión que comprenden brazos (7) y barras de empuje (8) articulados y, un mecanismo transmisor de par que acciona o frena el movimiento giratorio de uno o más ejes de torsión (4); caracterizado porque el mecanismo transmisor de par es según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 5.- Seguidor solar según la reivindicación 4 en el que los ejes de torsión
(4) son horizontales y paralelos a la superficie del terreno (10).
6.- Seguidor solar según la reivindicación 4 en el que los ejes de torsión (4) guardan un ángulo de inclinación mayor de 0 grados con respecto a la superficie del terreno (10).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
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