ES1064946U - Solar follower (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

Abstract

Solar tracker, which is constituted from a vertical tower with an azimuth bearing and a bearing structure of a plurality of photovoltaic solar panels, characterized in that between the azimuth bearing and the supporting structure of the photovoltaic solar panels comprises a central arm, said plates being mounted on said azimuthal rotation bearing detachable plates or ribs in a vertical plane, spaced apart from each other, through which pairs of support beams perpendicularly pass for the corresponding solar panels, being mounted said with a angle of inclination of approximately 20º with respect to the axis of the ribs, allowing the angle of tracking of the sun and elevation to oscillate between 25º and 80º with respect to the horizontal plane; having provided that the panels go with an inclination of 20º provided by the disposition of the own support beams; with the particularity that the joints between the azimuth bearing and the supporting structure of the photovoltaic solar panels are interconnected by means of a prestressed cable or bar. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Seguidor solar.Solar Tracker.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un seguidor solar, de los considerados de gran tamaño y con movimiento en dos ejes, azimutal y de elevación, con el fin de mantener los paneles solares orientados perpendicularmente a la dirección del sol y captar con ello la mayor cantidad posible de energía.The present invention relates to a follower solar, of those considered large and with movement in two axes, azimuthal and lifting, in order to maintain the panels solar oriented perpendicular to the direction of the sun and thereby capture as much energy as possible.

El objeto de la invención es conseguir un alto rendimiento del seguidor solar, así como un óptimo comportamiento frente al viento, en base a una optimizada distribución de los paneles solares fotovoltaicos y a un particular diseño de su estructura.The object of the invention is to achieve a high solar tracker performance as well as optimal behavior against the wind, based on an optimized distribution of photovoltaic solar panels and a particular design of your structure.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Los paneles solares considerados de gran tamaño y con doble movimiento de giro (azimutal y de elevación), presentan unas características estructurales y funcionales con una serie de inconvenientes y problemas no resueltos hasta el momento, pudiendo citar como mas importantes los siguientes:Solar panels considered large and with double turning movement (azimuthal and elevation), they present structural and functional characteristics with a series of problems and problems not solved so far, being able to cite as more important the following:

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Una estructura de soporte de los paneles solares que no tiene el centro de gravedad en el eje de giro del movimiento de elevación, es decir, no esta equilibrada, lo que provoca sobre-esfuerzos en articulaciones y mecanismos.A support structure of the solar panels that does not have the center of gravity on the axis of rotation of the lifting movement, that is, it is not balanced, which causes over-efforts in joints and mechanisms.

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En la mayor parte de los seguidores, por no decir en la práctica totalidad de ellos, las cargas del viento no han sido determinadas correctamente, en especial en lo referente a los momentos que las fuerzas aerodinámicas producen en la parrilla de paneles solares.In the most of the followers, not to say in practice all of them, wind loads have not been determined correctly, especially in relation to the moments that aerodynamic forces produce on the panel grill solar.

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La disposición en un mismo plano de todos paneles solares, es decir, formando una placa plana, hace que las fuerzas aerodinámicas produzcan un gran momento respecto al eje de giro, ya que el punto de aplicación resultante de las fuerzas aerodinámicas, centro de presiones, puede estimarse situado aproximadamente al 25% de la anchura de la placa (cuerda) respecto del borde a barlovento o borde de ataque.The arrangement in the same plane of all solar panels, that is, forming a flat plate, makes aerodynamic forces produce a great moment with respect to the axis of rotation, since the point of application resulting from aerodynamic forces, center of pressures, it can be estimated at approximately 25% of the width of the plate (rope) with respect to the windward edge or edge of attack.

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El viento lateral o cruzado produce, al incidir sobre la fila de paneles solares, unos pares de vuelco y de giro respecto del eje azimutal del seguidor, los cuales sobrecargan la estructura, cojinetes, mecanismos de posicionamiento azimutal, etc.He lateral or crosswind produces, when affecting the row of solar panels, a pair of tipping and turning with respect to the axis azimuthal of the follower, which overload the structure, bearings, azimuthal positioning mechanisms, etc.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

El seguidor solar que se preconiza presenta unas características que permiten solucionar los problemas e inconvenientes referidos en el apartado anterior, de manera que a partir de una torre vertical cilíndrica de sustentación, con un cojinete superior para giro azimutal, incluye una pluralidad de paneles solares fotovoltaicos distribuidos de manera particular, por filas, sobre una estructura general que comprende en primer lugar tres brazos unidos al cojinete de giro azimutal establecido en la parte superior de torre, dos de cuyos brazos se proyectan radialmente de manera inclinada, mientras que el tercer brazo se proyecta verticalmente hacia arriba con una configuración tronco-cónica. En los extremos de dichos brazos van montadas articuladamente otras tantas estructuras formadas por placas de mínimo espesor, que en adelante se denominarán "costillas", constitutivas de soportes para una pluralidad de vigas destinadas a soportar a su vez a los paneles solares, todo ello de manera tal que cada fila de dichos paneles solares apoyará concretamente sobre dos vigas distanciadas con objeto de conseguir que el esfuerzo provocado en el panel solar sometido a presión sea el menor posible.The recommended solar tracker has some  features that allow solving problems and inconveniences referred to in the previous section, so that from a vertical cylindrical support tower, with a upper bearing for azimuthal rotation, includes a plurality of solar panels distributed in a particular way, by rows, on a general structure that comprises first place three arms attached to the established azimuthal rotation bearing at the top of the tower, two of whose arms are projected radially inclined, while the third arm is project vertically upward with a setup conical trunk. At the ends of those arms they go articulated mounted as many structures formed by minimum thickness plates, hereinafter referred to as "ribs", constituting supports for a plurality of beams intended to support solar panels, all this in such a way that each row of said solar panels will support specifically on two spaced beams in order to get that the effort caused in the solar panel under pressure be The least possible.

La estructura general del seguidor, además de la torre cilíndrica, los brazos, las costillas y vigas de soporte, incluye también una barra pre-tensada o cable que une los extremos de los tres brazos, de modo que cuando la estructura del seguidor se encuentra sometida exclusivamente al propio peso y al de los paneles, la pretensión de dicha barra o cable produce un estado de carga en el que los brazos oblicuos o inclinados trabajan prácticamente a compresión pura.The general structure of the follower, in addition to the cylindrical tower, arms, ribs and support beams, It also includes a pre-tensioned bar or cable that join the ends of the three arms, so that when the follower structure is subject exclusively to own weight and that of the panels, the claim of said bar or cable produces a state of charge in which the oblique arms or inclined work practically to pure compression.

En cuanto a las costillas soporte de las vigas, serán movibles angularmente en número de tres sobre la estructura general y dispuestas en un plano vertical, aunque paralelas entre sí, pudiendo variar el ángulo según el tipo de seguidor, siendo lo mas común que ese ángulo oscile entre 45°-50° respecto del plano horizontal. Dichas costillas son atravesadas por las vigas soporte de los paneles, de manera tal que el centro de gravedad de la estructura formada por las vigas referidas, las costillas y los propios paneles solares, quede situado en el propio eje de elevación sobre el que gira dicha estructura.As for the ribs supporting the beams, they will be angularly movable in number three on the structure general and arranged in a vertical plane, although parallel between yes, the angle can vary according to the type of follower, being the more common than that angle ranges between 45 ° -50 ° from the plane horizontal. These ribs are crossed by the support beams of the panels, so that the center of gravity of the structure formed by the referred beams, ribs and own solar panels, is located on the elevation axis itself  on which this structure rotates.

Las vigas soporte de los paneles están situadas por parejas para que los paneles formen un ángulo de aproximadamente de 20° con respecto al eje de las costillas.The support beams of the panels are located in pairs so that the panels form an angle of approximately 20 ° with respect to the axis of the ribs.

De manera que con esta distribución se consigue, por un lado, aumentar el ángulo de seguimiento del sol en elevación desde aproximadamente 25° hasta 80° respecto del plano horizontal, mientras que por otro lado dicha distribución de los paneles solares conseguirá minimizar el efecto de las fuerzas aerodinámicas, tanto en sustentación como en momento respecto del eje de giro horizontal, debido a dos efectos: a) el primero es el de separar las filas de paneles solares evitando que el conjunto total de la parrilla se comporte como una sola placa plana, reduciendo ese efecto ya de por si mismo el momento respecto al eje; b) en donde la distribución indicada con la inclinación a 20° de los paneles hace que en la primera fila de éstos se desprenda la corriente de aire, de modo que al incidir sobre las siguientes filas apenas produce en ellas sustentación. El resultado final de esta configuración es una parrilla de paneles sometida a unas fuerzas aerodinámicas mucho menores que en cualquier otra configuración.So with this distribution you get, on the one hand, increase the tracking angle of the rising sun from about 25 ° to 80 ° from the horizontal plane, while on the other hand said distribution of the panels solar will minimize the effect of forces aerodynamics, both in lift and at the time with respect to horizontal axis of rotation, due to two effects: a) the first is the of separating the rows of solar panels preventing the whole Total grill behaves like a single flat plate, reducing that effect by itself the moment with respect to the axis; b) where the distribution indicated with the inclination at 20 ° of the panels make the first row of these detach the air flow, so that when impacting the following Rows just produce in them lift. The final result of this configuration is a grid of panels subjected to some aerodynamic forces much smaller than in any other setting.

Cabe destacar igualmente el hecho de que el ángulo de inclinación de los paneles puede variar de un seguidor a otro y dependerá en cada caso de la configuración, ubicación, tamaño del seguidor y ángulo máximo de giro, entre otros factores.Also noteworthy is the fact that the Tilt angle of the panels may vary from one follower to other and will depend in each case on the configuration, location, Follower size and maximum turning angle, among others factors.

Habiendo elegido el ángulo óptimo como de 20° grados, si a ello se une una inclinación de costillas máxima de 50°, se asegura que a partir 8° de elevación del sol ya no se dan sombras sobre los diferentes módulos fotovoltaicos.Having chosen the optimum angle as 20 ° degrees, if a maximum rib inclination of 50 °, it is ensured that from 8 ° of the sun's rise they no longer occur shadows on the different photovoltaic modules.

Finalmente, decir que las costillas están constituidas en una estructura continua de chapa que supondrá un obstáculo al viento en dirección transversal, evitando que la incidir éste de forma oblicua al seguidor se produzcan grandes momentos de vuelco o de torsión, efecto éste que se consigue provocando el desprendimiento de la corriente transversal de aire, de modo que no pueda recorrer las filas de paneles de un extremo a otro como si de alas limpias se tratase.Finally, say that the ribs are constituted in a continuous sheet metal structure that will mean a obstacle to the wind in the transverse direction, preventing the incline this obliquely to the follower large occur tipping or tipping moments, this effect is achieved causing the detachment of the transverse air flow, so that you cannot go through the rows of panels from one end to another as if it were clean wings.

En base a las características referidas, se consiguen una serie de ventajas que pueden resumirse en las siguientes:Based on the referred characteristics, it they get a series of advantages that can be summarized in the following:

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Reducción de los esfuerzos soportados por la estructura, especialmente a aquellos debidos a la acción del viento, ventaja que es aplicable igualmente a seguidores de un eje e incluso a instalaciones fijas.Reduction of the efforts supported for the structure, especially those due to the action of the wind, advantage that is equally applicable to followers of an axis and even to fixed installations.

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Mayor ángulo de seguimiento solar, es decir, la posibilidad de mantener orientados los paneles perpendicularmente a la dirección del sol durante mas tiempo, con el consiguiente incremento en la producción de energía.Higher solar tracking angle, that is, the ability to maintain oriented panels perpendicular to the direction of the sun for longer, with the consequent increase in production of energy

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Mejora del comportamiento del seguidor solar, reduciendo esfuerzos en cojinetes y mecanismos.Improvement of the behavior of the solar tracker, reducing efforts in bearings and mechanisms.

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Posibilidad de conseguir grandes superficies de paneles, del orden de 365 m^{2}.Possibility of getting great panel surfaces, of the order of 365 m2.

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En base a la desviación angular de los paneles solares respecto del plano que definen las costillas, se crean unos huecos apreciables por los que puede pasar la corriente de aire, desviando el comportamiento del conjunto de paneles solares del de la placa plana, permitiendo una reducción de la fuerza de sustentación y menores momentos aerodinámicos sobre toda la estructura, lo que permite disminuir el material con función estructural y los refuerzos de los actuadores o dispositivos mecánicos para mover la estructura, con la consiguiente disminución de costes.In base to the angular deviation of the solar panels with respect to the plane that define the ribs, appreciable gaps are created through which the air flow can pass, deflecting the plate panel solar panel behavior flat, allowing a reduction in lift force and less aerodynamic moments over the entire structure, which allows to reduce the material with structural function and the reinforcements of actuators or mechanical devices to move the structure, with the consequent decrease in costs.

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La configuración citada de los paneles solares, permite aumentar el ángulo máximo absoluto de orientación de los mismos, añadiendo al ángulo máximo de giro de las costillas el ángulo de desviación angular de los paneles solares, con un apreciable incremento de la potencia obtenida en las primeras y últimas horas del día.The cited configuration of solar panels, allows to increase the maximum absolute angle of orientation of the same, adding to the maximum angle of rotation of the ribs the angle of deviation angle of the solar panels, with a significant increase in the power obtained in the first and last hours of the day.

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La configuración citada de los paneles permite una mejor refrigeración de los paneles en condiciones de alta temperatura, aumentando por ello el rendimiento de los módulos fotovoltaicos.The quoted panel configuration allows better cooling of the panels in high temperature conditions, increasing by This is the performance of photovoltaic modules.

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La máxima inclinación que se obtiene permite actuar ante el caso de una nevada muy intensa de forma que la nieve deslice lo cual ocurre con toda seguridad por encima de 60° de inclinación, condición esta que no se da en los seguidores actualesThe maximum inclination that is obtained allows to act in the case of a very intense snowfall so that the snow slips which occurs most certainly above 60 ° inclination, condition is that does not occur in current followers

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, 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:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as part member of that description, a set of drawings where with illustrative and non-limiting nature, what has been represented next:

La figura 1.- Muestra una representación según una perspectiva general del seguidor solar de la invención, en donde se puede apreciar la disposición optimizada en inclinación de los paneles solares y las costillas que forman parte de la estructura general.Figure 1.- Shows a representation according to an overview of the solar tracker of the invention, in where you can see the optimized inclination arrangement of the solar panels and ribs that are part of the general structure.

La figura 2.- Muestra otra vista en perspectiva del mismo seguidor solar, desde un ángulo diferente al de la figura 1.Figure 2.- Shows another perspective view of the same solar tracker, from an angle different from that of the figure one.

La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva por debajo del seguidor solar representado en las figuras anteriores.Figure 3.- Shows a perspective view below the solar tracker represented in the figures previous.

La figura 4.- Muestra una vista en alzado frontal del mismo seguidor solar.Figure 4.- Shows an elevation view front of the same solar tracker.

La figura 5.- Muestra una vista lateral en sección del mismo seguidor solar, dejando ver la inclinación de los paneles solares y lógicamente la disposición de las vigas en las que apoyan los mismo.Figure 5.- Shows a side view in section of the same solar tracker, showing the inclination of the solar panels and logically the arrangement of the beams in the They support the same.

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

Como se puede ver en las figuras referidas, el seguidor solar se constituye a partir de una torre cilíndrica y vertical (1), sobre la que va montado el correspondiente cojinete de giro azimutal, de manera que sobre el cojinete de dicha torre (1) van montados dos brazos tubulares e inclinados (2) y un tercer brazo tronco-cónico y superior (3), este último en disposición vertical, con la particularidad de que en los extremos de esos brazos (2) y (3) van montadas articuladamente otras tantas estructuras determinadas por simples chapas dispuestas equidistantes entre sí, paralelas y en planos verticales, de manera que a través de esas chapas o costillas (4) son pasantes parejas de vigas (5) como elementos de soporte para los correspondientes paneles solares (6), todo ello de manera tal que las vigas de soporte (5) van situadas de forma especial, o lo que es lo mismo en un plano desfasado respecto del horizontal, para determinar que los paneles solares (6) queden situados inclinadamente como se representa claramente en las figuras, y cuyo ángulo de inclinación será preferentemente de 20°, sin descartar otros, dependiendo del tipo de seguidor solar.As you can see in the referred figures, the solar tracker is constituted from a cylindrical tower and vertical (1), on which the corresponding bearing is mounted of azimuthal rotation, so that on the bearing of said tower (1) two tubular and inclined arms (2) and a third are mounted trunk-conical and upper arm (3), the latter in vertical layout, with the particularity that at the ends of those arms (2) and (3) are articulated so many others structures determined by simple equidistant arranged plates each other, parallel and in vertical planes, so that through of those plates or ribs (4) are intern pairs of beams (5) as support elements for the corresponding solar panels (6), all in such a way that the support beams (5) go placed in a special way, or what is the same in a plane out of phase with respect to the horizontal, to determine that the panels solar (6) are inclined as shown clearly in the figures, and whose angle of inclination will be preferably 20 °, without ruling out others, depending on the type of  Solar Tracker.

Las costillas (4) van montadas de forma articulada, mediante por ejemplo bulones, sobre los extremos de los comentados brazos (2) y (3), con la particularidad de que dada la gran longitud de los brazos inclinados (2), éstos podrán ser desmontables al objeto de facilitar el galvanizado en cuba, así como su transporte.The ribs (4) are mounted so articulated, for example by bolts, on the ends of the commented arms (2) and (3), with the particularity that given the large length of inclined arms (2), these may be removable in order to facilitate galvanizing in Cuba, as well As your transportation.

La estructura general se complementa además con un cable o barra pretensada (7) uniendo los extremos del los tres brazos (2) y (3), de modo que cuando la estructura del seguidor solar se encuentre sometida exclusivamente al peso propio y al de los paneles solares (6), la pretensión de la barra pretensada (7) produzca un estado de carga en el que los brazos oblicuos (2) trabajen prácticamente a compresión pura.The general structure is also complemented by a prestressed cable or bar (7) joining the ends of the three arms (2) and (3), so that when the follower structure solar is subject exclusively to its own weight and that of solar panels (6), the pretension of the prestressed bar (7) produce a load state in which the oblique arms (2) Work practically pure compression.

Por su parte, las costillas (4), que montarán en número de tres sobre la estructura general, irán articuladas en los extremos de los brazos (2), moviéndose en un plano vertical, de manera que el ángulo posible de movimiento puede variar según el tipo de seguidor, siendo usual y preferentemente 45° respecto del plano horizontal.On the other hand, the ribs (4), which will be mounted on number three on the general structure, will be articulated in the ends of the arms (2), moving in a vertical plane, of so that the possible angle of movement may vary according to the type of follower, being usually and preferably 45 ° with respect to the horizontal plane.

Esas costillas (4) son atravesadas por las vigas (5) de soporte de los paneles (6), como anteriormente se ha dicho, al objeto de que el eje de giro de la costilla en su movimiento de elevación, pase por el centro de gravedad de la estructura formada por las vigas de soporte (5), costillas (4) y paneles solares (6), es decir que toda la estructura que gira en el eje de elevación tiene el centro de gravedad situado en dicho eje.Those ribs (4) are crossed by the beams (5) panel support (6), as previously stated, in order that the axis of rotation of the rib in its movement of elevation, go through the center of gravity of the structure formed by support beams (5), ribs (4) and solar panels (6), that is to say that the whole structure that rotates in the axis of elevation it has the center of gravity located on said axis.

Finalmente, decir que las vigas de soporte (5) se disponen por parejas y distanciadas para que los paneles solares (6) queden apoyados y dispuestos de forma inclinada, vigas (5) que en virtud del distanciamiento que tienen hacen que el esfuerzo provocado en los paneles solares (6) sometido a presión, sea el mínimo posible.Finally, say that the support beams (5) are arranged in pairs and spaced so that the solar panels (6) be supported and arranged in an inclined way, beams (5) that by virtue of the distancing they have make the effort caused in the solar panels (6) under pressure, be the minimum possible.

Claims (4)

1. Seguidor solar, que constituyéndose a partir de una torre vertical con un cojinete de giro azimutal y una estructura portante de una pluralidad de paneles solares fotovoltaicos, se caracteriza porque comprende tres brazos montados sobre el cojinete de giro azimutal, en cuyos extremos van articuladas unas placas o costillas amovibles en un plano vertical, distanciadas entre sí, a través de las cuales son pasantes perpendicularmente parejas de vigas de soporte para los correspondientes paneles solares, yendo montadas dichas vigas con un ángulo de inclinación de aproximadamente 20° respecto del eje de las costillas, permitiendo que el ángulo de seguimiento del sol y elevación oscile entre los 25° y 80° respecto al plano horizontal; habiéndose previsto que los paneles vayan distribuidos formando alineaciones separadas, con la inclinación de 20° proporcionada por la disposición de las propias vigas de soporte; con la particularidad de que los extremos de los tres brazos están unidos entre sí mediante un cable o barra pretensada.1. Solar tracker, which being constituted from a vertical tower with an azimuthal rotation bearing and a bearing structure of a plurality of photovoltaic solar panels, is characterized in that it comprises three arms mounted on the azimuthal rotation bearing, at whose ends they are articulated removable plates or ribs in a vertical plane, spaced apart from each other, through which pairs of support beams are perpendicular to the corresponding solar panels, said beams being mounted at an inclination angle of approximately 20 ° with respect to the axis of the ribs, allowing the angle of tracking of the sun and elevation to oscillate between 25 ° and 80 ° with respect to the horizontal plane; having provided that the panels are distributed forming separate alignments, with the inclination of 20 ° provided by the arrangement of the support beams themselves; with the particularity that the ends of the three arms are connected to each other by means of a prestressed cable or bar. 2. Seguidor solar, según reivindicación 1ª, caracterizado porque dos de los brazos montados sobre la torre vertical, son cilíndricos y van montados inclinadamente sobre el cojinete superior de la torre, en tanto el tercer brazo, montado igualmente sobre el cojinete superior, es troncocónico y va dispuesto verticalmente; habiéndose previsto que los brazos inclinados sean desmontables.2. Solar tracker, according to claim 1, characterized in that two of the arms mounted on the vertical tower are cylindrical and are inclined mounted on the upper bearing of the tower, while the third arm, also mounted on the upper bearing, is frustoconical and it is arranged vertically; provided that the inclined arms are removable. 3. Seguidor solar, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el ángulo de movimiento de las costillas es variable, dependiendo del tipo de seguidor, siendo óptimo un ángulo de aproximadamente 45° respecto del plano horizontal.3. Solar tracker, according to claim 1, characterized in that the angle of movement of the ribs is variable, depending on the type of follower, an angle of approximately 45 ° with respect to the horizontal plane being optimal. 4.Seguidor solar, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje de giro de las costillas en su movimiento de elevación pasa por el centro de gravedad de la estructura formada por dichas costillas, los paneles solares y las vigas soporte de dichos paneles.4. Solar tracker, according to previous claims, characterized in that the axis of rotation of the ribs in their lifting movement passes through the center of gravity of the structure formed by said ribs, the solar panels and the support beams of said panels.