WO2020154781A1 - Estrutura para sustentação de painéis solares. - Google Patents

Estrutura para sustentação de painéis solares. Download PDF

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Rodrigo CARRARA PEIXOTO
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Talismann Soluções Em Aço Ltda.
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    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present innovation deals with structures to support and move elements on a single axis, more specifically structures designed to support photovoltaic modules and solar tracking.
  • US7252084 patent describes a solar tracking system that drives motors from the signal from transducers to change the vertical and horizontal orientation of a solar collector, the transducers having thermal contact with a thermal mass and communication to perceive the output voltage of the solar cells of the solar collector.
  • US9466749 deals with a solar tracking device comprising an arrangement of a center of mass with an adjustable suspension set so that the center of mass is aligned with a center of rotation of cylindrical torque tubes to reduce the load of a drive motor coupled to the cylindrical torque tube.
  • the order US20080308091 brings a solar tracking system with a torque tube that supports solar panels with columns that support the system and have bearings for rotation of the torque tube, where a driver is coupled to the torque tube being driven by a gearbox to rotate the array of solar panels to follow the daytime movement of the sun.
  • US20080308091 shows a solar tracking system for mounting on flat surface roofs that includes solar tracking assemblies in the same orientation on the roof, comprising an assembly structure, a steering mechanism and one or more units of conversion of solar energy into electrical energy, the steering mechanism supported at least in part by the mounting structure and the energy conversion units moved by the steering mechanism, where a drive mechanism drives the steering mechanisms and a control processor that controls the drive mechanism so that the energy conversion units follow the sun.
  • the document US20140053825 provides a grouped solar tracker with a single axis and its drive system having at least two rows of solar trackers and a drive mechanism, where the rows are parallel and each row shares a common axis of rotation, having a rigid torque arm perpendicularly connected to the axis of rotation, and where the drive mechanism has at least one rotary drive whose axis of rotation is parallel to the axis of rotation of the tracker, where the arms of the tracker's torque and torque they are rigidly and perpendicularly connected, the torque arm of the inverter and the torque arms of the tracker articulated with a series of rigid beams perpendicular to the axis of rotation of the actuator and actuator, where the rotary actuator rotates and creates a rotation movement and the torque arm of the actuator follows the rotation movement of the actuator, generating the linear pulling and pushing movement in the connecting beams that move the torque arms of the tracker, swinging the rows of solar trackers to rotate around their axes and to follow the
  • Document US20160123383 describes a solar panel tracker positioning system where a bearing has a semi-circular inner face having a first elevation and a second elevation on the opposite face, having a first elongated opening positioned in the vicinity of the first elevation and a second elongated opening positioned in the vicinity of the second elevation, and a first alignment ring centered within the first elongated opening and a second alignment ring centered within the second elongated opening, the inner face of the bearing also including a locking pin. grounding integrally connected to the body in order to merge with it.
  • Figure 1 presents a perspective view of a part of the structure of the present innovation, showing the use of the support stringer of the photovoltaic modules (1) at the junction of two photovoltaic modules (2) and, in detail IA, a side view of the same arrangement.
  • Figure 2 shows a side view (2A) of the application of a part of the structure of the present innovation supporting a solar panel, in isolated side view (2B) and in exploded view (2C), where the components are shown: pile (3), adjustable pile head support (4), coaxial bearing shaft (5), pile head (6), metal beams (7), support stringer for photovoltaic modules (1) and reinforcement for support struts photovoltaic modules (8).
  • Figure 3 presents a detailed view of the part of the structure of the present innovation that supports the photovoltaic panel, where the interaction between the components is perceived: pile (3), adjustable pile head support (4), head of pile (6) and metal beams (7).
  • Figure 4 shows a perspective view of the stringer supporting the photovoltaic modules (1) to the metal beams (7) through the reinforcements of the stringer supporting the photovoltaic modules (8).
  • This innovation deals, in summary, with a structure to support photovoltaic modules (2), composed of an association of elements designed for this purpose, resulting in a light structure, easily adaptable and resistant to weather, especially to winds.
  • the structure of this innovation consists of a set of piles (3), which are vertical pieces, preferably with a "U” profile, optionally with an "I” or “L” profile, which support the remainder of the structure set at the place of use and, consequently, the photovoltaic module (2).
  • the adjustable pile head support (4) is attached by means of screws, which is a connecting element to the rest of the structure assembly, allowing the pile head to be articulated ( 6) through the coaxial bearing shaft (5).
  • the pile head (6) is joined to the metal beams (7) by means of screws, configuring a joint that is articulate, firm and light.
  • the pile head (6) formed by a cast metal part, is configured as the transmission mechanism of the actuation movement on the support set of the photovoltaic modules (2), presented in an innovative format, with a hollow profile , as seen in Figure 2, allowing the ability to hold two metal beams (7) that, together, form a rotation axis and, consequently, the best position adjustment capacity, allowing for easier and more agile alignment of the sequence of metal beams (7).
  • the mechanism formed by the set allows better adjustments in the X, Y and Z movement axes as a result of the combination of positioning that the oblong holes present in the metal beams (7), the holes of adjustment in the pile head (6), the holes in the adjustable pile head support (4) and the coaxial bearing shaft (5) allow to be made.
  • the various combinations of use and movement that such drilling allows allow a more accurate adjustment of the positioning of the photovoltaic module (2) supported by the structure.
  • the metal beams (7) fixed at the ends to the pile head (6) by means of screws, constitute a rotation axis for the photovoltaic modules (2), allowing them to be moved according to the need.
  • the formed axis of rotation is bipartite, that is, there are two metal beams (7) in rectangular shape, parallel and joined in an innovative way at the ends by the pile head (6), forming the transmission mechanism of the actuation movement , and by clamps (8) along the length of the beams (7) and the photovoltaic module (2).
  • the bipartite axis of rotation is a constructive innovation that promotes greater resistance to torsion and buckling through the reinforcement obtained with the central core of the axis of rotation, that is, the pile head (6), forming a more light and resistant, allowing materials to be handled without the help of mechanical equipment, such as hydraulic jacks or cranes, in addition to supporting a double row of photovoltaic modules (2), giving the structure the capacity to support a greater number of photovoltaic modules (2) with a lower weight of the rotation axis.
  • the joined metal beams (7) form a rotation axis that supports the support struts of the photovoltaic modules (1) which, in turn, support the photovoltaic modules (2), which are positioned with its largest edge (the length) perpendicular to the axis of rotation and with the smallest edge (the width) parallel to the center of the axis of rotation, bringing a double row of photovoltaic modules.
  • the support stringer for the photovoltaic modules (1) which promotes the joining of two photovoltaic modules (2), is a malleable element, which has sufficient elasticity to absorb movements and functions as a drawer by allowing photovoltaic modules (2) are inserted laterally into the support stringer of the photovoltaic modules (1), being fixed by the ends.
  • the stringer supporting the photovoltaic modules (1) consists of a metal part in an "H" profile that, when attached to the axis of rotation of the structure, as shown in Figure 4, allows the photovoltaic modules (2) can be "fitted” laterally, thus constituting an exclusive and innovative fixation system where the module (2) has a structure that reinforces its sides, increasing its resistance against the forces exerted by the winds, making it superior to those required national and international standards.
  • the shape of the support stringer of the photovoltaic modules (1) creates, given the flexibility provided through the existing opening in the "H” format, an innovative system with a spring effect that absorbs much of the impact of wind forces, mainly the gust.
  • the support stringer of the photovoltaic modules (1) is fixed on the rotation axis by means of metal clamps, reinforced with the use of the reinforcements of the support struts of the photovoltaic modules (8) , as seen in Figure 4.
  • the structure has the best cost / benefit ratio to the make it possible to reduce manufacturing and transportation costs, in addition to speeding up assembly and promoting more ergonomic and safer work.

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Abstract

A presente inovação trata de uma inovadora estrutura para sustentação e movimentação de módulos fotovoltaicos unidos por um elemento maleável, composta pela associação de elementos planejados para tal fim, articulados em uma cabeça de estaca fundida anexada a vigas metálicas paralelas, formando um conjunto com a menor quantidade de componentes, mais leve, mais fácil de ser montado e resistente a intempéries, sobretudo a esforços promovidos por vento.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
ESTRUTURA PARA SUSTENTAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Campo da inovação
[001] A presente inovação trata de estruturas para sustentação e movimentação de elementos em um único eixo, mais especifica mente de estruturas destinadas ao suporte de módulos fotovoltaicos e rastrea mento solar. Histórico da inovação
[002] Os sistemas atuais para sustentação de painéis solares, embora resolvam a maior parte dos problemas mais imediatos e genéricos, carecem de soluções para os problemas específicos decorrentes do uso para a sustentação destes módulos fotovoltaicos.
[003] Nesta aplicação, dificuldades surgem a partir do uso cotidiano, sobretudo no que diz respeito à resistência a intempéries e à força dos ventos, que sobrecarregam a estrutura com esforços adicionais e, muitas vezes, não considerados no projeto da estrutura.
[004] Assim, mecanismos de prevenção a esforços adicionais, sejam por terem uma construção robusta ou uma constituição flexível, constituem o conjunto de elementos aportados na estrutura da presente inovação que, associados, compõem o escopo global da estrutura inovadora.
Discussão do estado da técnica
[005] A patente US7252084 descreve um sistema de rastreamento solar que aciona motores a partir do sinal de transdutores para mudar a orientação vertical e horizontal de um coletor solar, tendo os transdutores contato térmico com uma massa térmica e comunicação para perceber a voltagem de saída das células solares do coletor solar. [006] O documento US9466749 trata de um aparelho rastreador solar compreendendo um arranjo de um centro de massa com um conjunto de suspensão ajustável de modo que o centro de massa esteja alinhado com um centro de rotação de tubos de torque cilíndricos para reduzir a carga de um motor de acionamento acoplado ao tubo de torque cilíndrico.
[007] O pedido US20080308091 traz um sistema de rastreamento solar com um tubo de torque que suporta painéis solares com colunas que suportam o sistema e possuem rolamentos para rotação do tubo de torque, onde um acionador é acoplado ao tubo de torque sendo acionado por uma caixa de engrenagens para girar a matriz de painéis solares para acompanhar o movimento diurno do sol.
[008] A inovação descrita em US20080308091 mostra um sistema de rastreamento solar para montagem em telhados com superfície plana que inclui conjuntos de rastreamento solar montáveis na mesma orientação no telhado, compreendendo uma estrutura de montagem, um mecanismo de direção e uma ou mais unidades de conversão de energia solar em energia elétrica, o mecanismo de direção suportado pelo menos em parte pela estrutura de montagem e as unidades de conversão de energia movidas pelo mecanismo de direção, onde um mecanismo de acionamento aciona os mecanismos de direção e um processador de controle que controla o meca nismo de acionamento de modo que as unidades de conversão de energia sigam o sol.
[009] O documento US20140053825 adianta um rastreador solar agrupado de eixo único e seu sistema de acionamento tendo pelo menos duas fileiras de rastreadores solares e um mecanismo de acionamento, onde as fileiras são paralelas e cada fileira compartilha um eixo de rotação comum, tendo um braço de torque rígido e perpendicularmente conectado ao eixo de rotação, e onde o mecanismo de acionamento tem pelo menos um acionador rotativo cujo eixo de rotação é paralelo aos eixos de rotação do rastreador, onde os braços do acionador de torque e do torque do rastreador são rigidamente e perpendicularmente conectados, sendo o braço de torque do inversor e os braços de torque do rastreador articulados com uma série de feixes rígidos perpendiculares aos eixos de rotação do acionador e do acio nador, onde o acionador rotativo gira e cria um movimento de rotação e o braço de torque do acionador segue o movimento de rotação do acionador, gerando o movimento de puxar e empurrar linear nos feixes de ligação que movimentam os braços de torque do rastreador, balançando as fileiras de rastreadores solares para girar em torno de seus eixos e para seguir o movimento do sol.
[010] O documento US20160123383 descreve um sistema de posicionamento de rastreador de painel solar onde um rolamento possui uma face interna de forma semicircular tendo uma primeira elevação e uma segunda elevação na face oposta, tendo uma primeira abertura alongada posicionada na proximidade da primeira elevação e uma segunda abertura alongada posicionada na proximidade da segunda elevação e, ainda, um primeiro anel de alinhamento centrado dentro da primeira abertura alongada e um segundo anel de alinhamento centrado dentro da segunda abertura alongada, sendo que a face interna do rolamento também inclui um pino de aterramento integralmente conectado ao corpo de modo a fundir-se a ele.
[011] Nenhuma das referências citadas adianta os conceitos inventivos da inovação ora proposta, abrangendo a estrutura para sustentação de módulos fotovoltaicos dotada de elementos maleáveis associados a elementos de conexão e a elementos de articulação.
Descrição das figuras
[012] A Figura 1 apresenta uma vista em perspectiva de uma parte da estrutura da presente inovação onde se mostra o uso da longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) na junção de dois módulos fotovoltaicos (2) e, no detalhe IA, uma vista lateral do mesmo arranjo.
[013] A Figura 2 apresenta uma vista lateral (2A) da aplicação de uma parte da estrutura da presente inovação sustentando um painel solar, em vista lateral isolada (2B) e em vista explodida (2C), onde se evidenciam os componentes: estaca (3), suporte ajustável da cabeça da estaca (4), eixo do rolamento coaxial (5), cabeça de estaca (6), vigas metálicas (7), longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) e reforços das longarinas de suporte dos módulos fotovoltaicos (8).
[014] A Figura 3 apresenta uma vista em detalhe da parte da estrutura da presente inovação que sustenta o painel fotovoltaico, onde se percebe a interação entre os componentes: estaca (3), suporte ajustável da cabeça da estaca (4), cabeça de estaca (6) e vigas metálicas (7).
[015] A Figura 4 apresenta uma em perspectiva da longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) às vigas metálicas (7) por meio dos reforços das longarinas de suporte dos módulos fotovoltaicos (8).
Descrição detalhada da inovação
[016] A presente inovação trata, em resumo, de uma estrutura para a sustentação de módulos fotovoltaicos (2), composta por uma associação de elementos planejados para tal fim, resultando em uma estrutura leve, facilmente adaptável e resistente a intempéries, sobretudo a ventos.
[017] A estrutura da presente inovação é composta por um conjunto de estacas (3), que são peças verticai, preferencialmente com um perfil em "U", opcionalmente com perfil em "I" ou em "L", as quais sustentam o restante do conjunto da estrutura no local de uso e, consequentemente, o módulo fotovoltaico (2).
[018] À estaca (3), une-se, por meio de parafusos, o suporte ajustável da cabeça de estaca (4), que é um elemento de ligação ao restante do conjunto da estrutura, permitindo a articulação da cabeça de estaca (6) por meio do eixo do rolamento coaxial (5).
[019] A cabeça de estaca (6), por sua vez, une-se às vigas metálicas (7) por meio de parafusos, configurando um conjunto articulável, firme e leve.
[020] A cabeça de estaca (6), formada por uma peça metálica fundida, configura-se como o mecanismo de transmissão do movimento de atuação sobre o conjunto de sustentação dos módulos fotovoltaicos (2), apresentado um formato inovador, com perfil vazado, como visto na Figura 2, permitindo a capacidade de comportar duas vigas metálicas (7) que, unidas, formam um eixo de rotação e, consequentemente, a melhor capacidade de ajuste de posição, possibilitando o alinhamento mais fácil e ágil da sequên cia de vigas metálicas (7).
[021] O conjunto de duas vigas metálicas (7) unidas pelos grampos à cabeça da estaca (6) forma o eixo de rotação do conjunto da estrutura.
[022] O mecanismo formado pelo conjunto permite melhores ajustes nos eixos de movimentação X, Y e Z como resultado da combinação de posicionamento que os furos oblongos presentes nas vigas metálicas (7), os furos de ajuste na cabeça da estaca (6), as furações do suporte ajustável da cabeça da estaca (4) e do eixo do rolamento coaxial (5) permitem realizar. Assim, as diversas combinações de utilização e de movimentação que tais furações permitem possibilitam um ajuste mais apurado de posicionamento do módulo fotovoltaico (2) suportado pela estrutura.
[023] As vigas metálicas (7), afixadas pelas extremidades à cabeça de estaca (6) por meio de parafusos, constituem um eixo de rotação para os mó dulos fotovoltaicos (2), permitindo que estes sejam movimentados de acordo com a necessidade.
[024] O eixo de rotação formado é bipartido, ou seja, são duas vigas metálicas (7) em formato retangular, paralelas e unidas de forma inovadora nas pontas pela cabeça de estaca (6), formando o mecanismo de transmissão do movimento de atuação, e por grampos de fixação (8) ao longo do comprimento das vigas (7) e do módulo fotovoltaico (2).
[025] O eixo de rotação bipartido é uma inovação construtiva que promove maior resistência à torção e à flambagem por meio do reforço obtido com a alma central do eixo de rotação, ou seja, a cabeça de estaca (6), formando um conjunto mais leve e resistente, permitindo que os materiais possam ser manuseados sem a ajuda de equipamentos mecânicos, tais como macacos hidráulicos ou guindastes, além de suportar uma dupla fileira de módu los fotovoltaicos (2), conferindo à estrutura a capacidade de suportar um maior número de módulos fotovoltaicos (2) com um menor peso do eixo de rotação.
[026] As vigas metálicas (7) unidas formam um eixo de rotação que suportam as longarinas de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) que, por sua vez, suportam os módulos fotovoltaicos (2), os quais são posicionados com a sua aresta maior (o comprimento) de modo perpendicular ao eixo de rotação e com a aresta menor (a largura) paralela ao centro do eixo de rotação, trazendo uma fileira dupla de módulos fotovoltaicos.
[027] Adicionalmente, a longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1), que promove a junção de dois módulos fotovoltaicos (2), é um elemento maleável, que tem uma elasticidade suficiente para absorver movimentos e funciona como uma gaveta ao permitir que os módulos fotovoltaicos (2) se insiram lateralmente na longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1), fixando-se pelas extremidades.
[028] A longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) se constitui em uma peça metálica em perfil de "H" que, quando fixado no eixo de rotação da estrutura, conforme ilustrado na Figura 4, permite que os módulos fotovoltaicos (2) possam ser "encaixados" lateralmente, constituindo, então, um sistema exclusivo e inovador de fixação onde o módulo (2) passa a ter uma estrutura que reforça suas laterais, aumentando sua resistência contra as forças exercidas pelos ventos, tornando-a superior às exigidas nas normas nacionais e internacionais.
[029] Assim, o formato da longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) cria, dada a flexibilidade fornecida através da abertura existente no formato "H", um inovador sistema com efeito mola que absorve grande parte do impacto das forças dos ventos, principalmente o de rajadas.
[030] Para a montagem da estrutura aqui exposta, a longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) é fixada sobre o eixo de rotação por meio de grampos metálicos, reforçada com o uso dos reforços das longarinas de suporte dos módulos fotovoltaicos (8), como visto na Figura 4.
[031] Em resumo, a estrutura possui a melhor relação custo/benefício ao possibilitar a redução nos custos de fabricação e transporte, além de agilizar a montagem e promover um trabalho mais ergonómico e seguro.
[032] Esta inovação não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações do invento virão à mente daquele versado na técnica à qual essa inovação pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que o invento não está limitado à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) Estrutura para sustentação de módulos fotovoltaicos caracterizado por compreender um conjunto formado pela associação de uma estaca (3) que sustenta o restante do conjunto no local de uso, unida ao suporte ajustável da cabeça da estaca (4) por meio de parafusos, permitindo a articulação da cabeça de estaca (6) por meio do eixo do rolamento coaxial (5), dita cabeça de estaca (6) unida a vigas metálicas (7), configurando um mecanismo de transmissão do movimento de atuação sobre o conjunto de sustentação dos ditos módulos fotovoltaicos (2), ditas vigas metálicas (7) afixadas pelas extremidades à cabeça de estaca (6) por meio de parafusos e constituindo um eixo de rotação para os módulos fotovoltaicos (2), permitindo que estes sejam movimentados de acordo com a necessidade, ditas vigas metálicas (7) unidas à dita longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1) por meio dos reforços das longarinas de suporte dos módulos fotovoltaicos (8) ao longo do comprimento das vigas (7), ditos módulos fotovoltaicos (2) sendo fixados à estrutura por meio da longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1), inserindo-se lateralmente à dita longarina de suporte dos módulos fotovoltaicos (1), fixando-se pelas extremidades.
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