ES2280138A1 - Un sistema dinamico de seguimiento solar. - Google Patents
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Abstract
Se describe un sistema dinámico de seguimiento solar, para el aprovechamiento óptimo de la energía solar mediante paneles de placas fotovoltaicas o térmicas, en el que se desarrolla un seguidor que es de naturaleza modular, que adopta la configuración de una viga principal susceptible de alineamiento con otras de igual naturaleza, siendo este conjunto de vigas principales susceptible de pivotamiento respecto a su eje longitudinal, estando cada de estas vigas compuesta por un número variable de módulos formados por perfiles que en su conjunto proporcionan a cada viga una configuración a modo de malla de tetraedros, y en cada uno de los cuales se monta una estructura de vigas secundarias para soportar los paneles de placas, estando esta estructura secundaria sustentada por dos soportes laterales respecto a los que puede girar respecto a un eje transversal a la dirección longitudinal de las vigas principales. El conjunto incorpora medios de control para la orientación automática de los paneles, y una estación meteorológica para la provisión de información a los medios de control.
Description
Un sistema dinámico de seguimiento solar.
La presente invención se refiere a un sistema
dinámico de seguimiento solar, que aporta esenciales
características de novedad y notables ventajas con respecto a los
medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado
actual de la técnica.
Más en particular, la invención propone
el
desarrollo de un seguidor solar implementado en torno a una estructura de viga modular según su dirección longitudinal, capacitada para girar en torno a su eje longitudinal, compuesta de perfiles que se unen en una malla de tetraedros, y en la que se apoyan otras estructuras o paneles que contienen placas solares, también pivotantes respecto a un eje transversal a la longitud de la viga. El conjunto incluye un sistema de control preparado para actuar sobre la viga y las estructuras que sostienen los paneles, de modo que dichas placas solares se mantienen automáticamente en posición óptima de recepción solar para una máxima generación energética.
desarrollo de un seguidor solar implementado en torno a una estructura de viga modular según su dirección longitudinal, capacitada para girar en torno a su eje longitudinal, compuesta de perfiles que se unen en una malla de tetraedros, y en la que se apoyan otras estructuras o paneles que contienen placas solares, también pivotantes respecto a un eje transversal a la longitud de la viga. El conjunto incluye un sistema de control preparado para actuar sobre la viga y las estructuras que sostienen los paneles, de modo que dichas placas solares se mantienen automáticamente en posición óptima de recepción solar para una máxima generación energética.
El campo de aplicación de la invención se
encuentra comprendido, obviamente, dentro del sector industrial
dedicado a construcción de instalaciones para energías renovables,
en especial para el aprovechamiento de la energía solar.
Los expertos en la materia son conocedores de la
progresiva evolución experimentada por las energías renovables,
para un aprovechamiento más completo de las mismas, y para una
incidencia cada vez mayor en el mercado de consumo. En este
sentido, el Plan de Fomento de las Energías Renovables en España
para la década 2000-2010, de acuerdo con la Ley
54/1997 de 27 de Noviembre, del Sector Eléctrico, establecía unos
objetivos por áreas que permitan alcanzar, en el año 2010, el
objetivo de que las fuentes de energía renovables cubran como
mínimo el 12% de la demanda total de energía primaria.
Hasta la fecha, tres fuentes renovables han
evolucionado de forma que se puede considerar satisfactoria:
eólica, biocarburantes y biogás. La energía solar, sin embargo, se
está desarrollando a un ritmo sensiblemente por debajo del
necesario para alcanzar los objetivos finales.
La producción de energía eléctrica directamente
mediante el efecto fotovoltaico, presenta indudables ventajas
energéticas, industriales, medioambientales, sociales, etc. Entre
ellas, la implantación de la energía solar fotovoltaica tan amplia
como sea posible, contribuirá a impulsar un futuro desarrollo
tecnológico que lleve este procedimiento de generación eléctrica a
términos cada vez más competitivos frente a otras formas de
generación de energía, ya que el desarrollo de la solar
fotovoltaica encuentra como principales barreras, las de carácter
económico, con la consiguiente limitación de su desarrollo.
El mencionado Plan de Energías Renovables ha
planteado como objetivo el hecho de incrementar la potencia
fotovoltaica en 363 MWp en el período 2005-2010.
La industria española ha realizado durante los
últimos años un notable esfuerzo de desarrollo tecnológico,
empresarial e industrial, siendo las líneas principales de
innovación las siguientes:
- -
- El desarrollo de la materia prima para la construcción de las células solares, ya que uno de los obstáculos a los que se enfrenta el sector es la falta de materia prima (silicio de grado solar), y
- -
- El desarrollo de módulos de concentración que permitan conseguir niveles de eficacia sensiblemente más altos, tanto en sistemas estáticos sin seguimiento solar, como sistemas dinámicos con seguimiento solar en uno o dos ejes de concentración.
Como se sabe, los equipos o seguidores actuales
de producción de energía solar, montan placas fotovoltaicas en un
"único" panel o estructura, cuya máxima captación energética
se produce cuando éste se dispone en posición perpendicular a los
rayos solares, con movimiento según dos ejes: uno de rotación
vertical con el que se lleva a cabo la inclinación del panel, y
otro de rotación angular para la orientación el sol en función de
la estación del año.
Un panel de este tipo, abarca una determinada
superficie de captación de energía, y normalmente se encuentra
soportado por una estructura de vigas transversales y
perpendiculares que constituyen un conjunto que descansa sobre una
viga o mono-poste de altura considerable o
estructura de varios puntos de apoyo.
La estructura o panel donde se montan las placas
fotovoltaicas, se apoyan sobre una única base giratoria
horizontal, dispuesta sobre una torre o viga
mono-poste sobre la que gira por la acción de un
determinado mecanismo actuador (por ejemplo, un motorreductor). La
torre o viga se encuentra encastrada en una zapata de hormigón
enterrada en el terreno, y alberga los sistemas de control
automático de los movimientos del panel, los equipos de control de
corriente y protecciones eléctricas, así como otros elementos
necesarios para su correcto funcionamiento.
Dependiendo de la superficie del único panel del
seguidor (la cual está limitada por las acciones del peso de los
elementos que lo componen y de las fuerzas del viento), se colocan
en una instalación un número determinado de seguidores que permita
reunir la potencia eléctrica de producción deseada. Esto obliga a
colocar los seguidores con una separación óptima predeterminada
entre los mismos, de modo que se minimicen las pérdidas de energía
solar debidas al sombreado. Como regla general, cuando más
separados estén los seguidores entre sí, menores son las pérdidas
de energía solar que se producen entre ellos a causa de las
sombras. Esto implica ocupar una extensión de terreno determinada
en función del número de seguidores a instalar.
Por otro lado, cuanto mayor es el número de
seguidores instalados, mayor es también el número de equipos de
control de movimientos del seguidor que han de instalarse, además
de los equipos de control de calidad de corriente de red,
protecciones eléctricas, instalaciones de cableado, y mayor número
de montajes mecánicos, eléctricos y de cimentación.
Si se opta por aumentar la superficie del panel
para poder reducir el número de seguidores, se presenta el
inconveniente de que deben instalarse estructuras más resistentes y
pesadas que permitan asegurar su estabilidad respecto al viento, lo
que inevitablemente incide sobre el coste, la optimización de los
movimientos del seguidor, y un aumento de la separación entre
seguidores para minimizar las pérdidas debidas al sombreado.
Tomando en consideración la problemática
existente en torno a las instalaciones de generación de energía
solar del estado actual de la técnica, la presente invención se ha
propuesto como objetivo principal el diseño y construcción de un
sistema dinámico de seguimiento solar, para la incorporación de
paneles fotovoltaicos o térmicos, con el que se aporten soluciones
que resuelvan eficazmente la situación planteada. Este objetivo ha
sido plenamente alcanzado mediante el sistema que va a ser descrito
en lo que sigue, cuyas características principales están recogidas
en la parte caracterizadora de la reivindicación 1 anexa.
En esencia, el seguidor está estructurado en
torno a una viga pivotante y un sistema de control que actúa sobre
dos o más mecanismos de accionamiento con la misión de disponer los
paneles con una orientación óptima respecto a los rayos solares
incidentes, es decir, buscando siempre la perpendicularidad con
éstos, de manera que se pueda obtener la máxima producción
energética. La mencionada viga pivotante adopta forma de
paralelepípedo, compuesta de perfiles que se unen en una malla de
tetraedros, y es de carácter modular en lo que a longitud se
refiere. Dicha viga gira con respecto a su eje longitudinal.
Sobre un lado de la viga paralelepipédica, se
apoyan otras estructuras o paneles que contienen placas solares,
también pivotantes respecto a un eje transversal a la longitud de
la viga.
La citada viga se sustenta sobre dos apoyos, uno
en cada extremo, que la mantienen elevada a una altura determinada,
y que constituyen apoyos pivotantes. Un mismo apoyo puede ser
utilizado para sustentar más de una viga.
Por su parte, el sistema de control actúa sobre
los accionamientos de la viga y de las estructuras que contienen
los paneles, realizando los movimientos de seguimiento al sol, uno
azimutal entre la salida y la puesta del sol, y otro cenital entre
el horizonte y la posición más alta del sol, situando en todo
momento los paneles perpendiculares al sol y captando así la máxima
cantidad de energía.
Con preferencia, el sistema de control será un
sistema informático, aunque esta característica no debe entenderse
como limitativa, dado que también son posibles otros sistemas
control distintos de las aplicaciones informáticas.
Como se comprenderá, el sistema propuesto por la
invención proporciona un medio eficaz de seguimiento solar para un
rendimiento óptimo de la instalación energética, solucionando los
distintos inconvenientes de los que adolecen las instalaciones
conocidas en el estado de la técnica, y que se han mencionado
someramente en la exposición que antecede.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1 es una vista general, esquematizada,
de un seguidor modular construido de acuerdo con la presente
invención;
La Figura 2 es una vista más detallada, a mayor
tamaño, de una porción del seguidor de la Figura 1, y
La Figura 3 es una vista esquemática, en alzado,
tomada por un extremo del seguidor de la Figura 1.
Tal y como se ha indicado en lo que antecede, la
descripción detallada de la forma de realización preferida de la
invención va a ser llevada a cabo en lo que sigue con la ayuda de
los dibujos anexos, a través de los cuales se utilizan las mismas
referencias numéricas para designar las partes iguales o
semejantes. Así, atendiendo en primer lugar a la representación de
la Figura 1, se puede apreciar una vista esquemática, en alzado, de
un seguidor diseñado y construido de acuerdo con la invención,
compuesto por vigas 2 pivotantes con un grado de libertad, que por
los extremos están sustentadas por dos apoyos 1, sirviendo los
apoyos 1 intermedios para sustentar dos vigas, facilitando con ello
la instalación sucesiva y repetitiva de las vigas en posiciones
respectivamente alineadas. A su vez, cada viga 2 está compuesta por
una multiplicidad de módulos 4 colocados siguiendo la dimensión
longitudinal de la misma, como puede verse con mayor detalle en la
representación de la Figura 2, cada uno de los cuales adopta
configuración tetraédrica que se va acoplando a los inmediatamente
anterior y posterior con la ayuda de piezas intermedias que
constituyen nudos de unión 11. Cada uno de los módulos 4 incorpora
un panel o placa fotovoltaica 3 respectiva, estando cada una de
estas placas soportada por una estructura de vigas 5 que la
sujetan, y siendo cada una de estas estructuras 5 susceptibles de
giro en torno a un eje transversal a la dirección longitudinal de
la viga 2, merced a la provisión de apoyos 6 instalados en la viga
principal 2. De igual modo, se ha previsto un único mecanismo de
desplazamiento 7 para hacer que todos los paneles 3 asociados a una
viga principal 2 giren con respecto a su eje, y poder así inclinar
la superficie de captación 3 y por tanto la posición de las placas
respecto al sol. El basculamiento de la viga principal 2 respecto a
su eje longitudinal, con todos los paneles de placas fotovoltaicas
3, se efectúa por medio de un mecanismo de giro 8 que actúa sobre
dicha viga principal 2, orientando con ello los paneles de placas
fotovoltaicas 3. El citado mecanismo de giro 8 está instalado en
uno de los apoyos 1, mientras que el equipamiento de control 9 se
encuentra asimismo instalado en uno de los apoyos, permitiendo que
se pueda realizar el control del mecanismo de desplazamiento 7 y
del mecanismo de giro 8 que actúan en todo momento sobre la
superficie de captación, manteniéndola en todo momento orientada
perpendicularmente a los rayos solares incidentes de modo que se
capte la máxima energía solar a lo largo del día en virtud de la
latitud en la que se encuentre instalado el seguidor o conjunto de
seguidores, la fecha y la hora del día, o en virtud de un sensor
óptico.
Como se comprenderá, con un seguidor construido
en base a una viga 2 formada por elementos modulares 4 como los
descritos, se puede adaptar la longitud de la viga a las distintas
necesidades, en función del número de módulos de paneles
fotovoltaicos o térmicos que se desee que configuren el seguidor
solar.
La invención ha previsto asimismo la inclusión
de una estación meteorológica 10 situada en uno de los apoyos 1,
mediante la que se generan informaciones que se suministran al
sistema de control 9 y permiten que este último pueda posicionar el
seguidor con la orientación adecuada para una mayor producción
eléctrica o para su protección frente a los agentes climáticos.
Adicionalmente, el equipo de control 9 está
concebido de manera que permite posicionar los paneles de las
placas 3 en posiciones de fácil limpieza o para evitar acumulación
de nieve o protegerlos frente a actos vandálicos; asimismo, permite
situar los paneles orientados hacia el Este durante la noche,
esperando en esta posición la salida del sol y en función de la
situación del sol de los días anteriores.
La Figura 3 es una representación esquemática
según un alzado del conjunto tomado por un extremo de la
instalación, en la que se aprecia la viga principal 2 con los
soportes 6 de las estructuras de paneles 3, sustentada por los
soportes laterales 1 a una distancia predeterminada del suelo u
otra superficie de sustentación, siendo esta distancia suficiente
para permitir un perfecto basculamiento de la viga principal 2 con
respecto a su eje longitudinal según se ha descrito anteriormente,
y cuya capacidad de giro total puede estar en torno a un ángulo de
alrededor de 180º, accionada por medio de un motorreductor (no
representado específicamente).
Con un sistema de seguimiento como el descrito,
se obtiene una gran cantidad de notables ventajas respecto a las
instalaciones convencionales, entre las que se pueden citar las
siguientes:
- Posibilidad de instalar más de un panel sobre
un seguidor, aumentando la superficie de captación a niveles
superiores a los seguidores actuales;
- Seguidor sujeto a dos apoyos en lugar de un
mono-poste, consiguiendo una mayor estabilidad
frente al viento;
- Necesidad de menos terreno para instalar una
potencia eléctrica determinada, debido a que sobre un seguidor o
tren de seguidores, se monta más de un panel de placas, y debido a
su posición, se evita la necesidad de tener separaciones entre
seguidores para minimizar los efectos de pérdida de energía que se
producen entre varios seguidores;
- Menor cantidad de cimentaciones debido a que
se necesita un menor número de apoyos para la misma potencia
instalada;
- Facilidad de diseño y ajuste de la potencia
eléctrica del seguidor a las necesidades de la instalación, al ser
modular y poder así variar el número de paneles de placas que se
pueden instalar en un seguidor;
- Fácil montaje de los elementos que componen un
seguidor al formar un kit completo con los elementos que componen
un seguidor, evitando uniones soldadas, siendo simplemente uniones
atornilladas o de fácil ejecución;
- Mayor estabilidad al viento, dado que las
superficies individuales de un panel de placas es menor que la
superficie de un panel de placas de un seguidor
mono-poste o similar; además, existe suficiente
separación entre paneles de placas como para evitar que la presión
del viento de un panel afecte a otro panel;
- Menor coste en la instalación sobre el terreno
de elementos mecánicos, eléctricos y de obra civil al disponer de
menor número de seguidores a instalar para la misma potencia
eléctrica;
- Instalación modular y ampliable del
seguidor;
- Menor número de equipos de control necesarios
tanto para controlar los movimientos de los dos ejes del seguidor
como para controlar la calidad de producción eléctrica a la red
(menor número de inversores aunque éstos sean de mayor
potencia);
- Control informático único para una planta de
producción de una determinada potencia, con capacidad para indicar
la situación de todos los seguidores que componen el tren de
seguidores, sin necesidad de tener que instalar un control
informático para cada seguidor;
- Posibilidad de instalar concentradores o
paneles térmicos en lugar de, o adicionalmente a, los
fotovoltaicos;
- Sistemas de seguridad para los efectos
climatológicos, viento y granizo.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha
sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo
que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna del fundamento de dicha invención, pudiendo
afectar tales modificaciones a la forma, al tamaño y/o a los
materiales de fabricación.
Claims (6)
1. Un sistema dinámico de seguimiento solar,
para el aprovechamiento óptimo de la energía solar incidente sobre
los paneles fotovoltaicos y/o térmicos de que conste la
instalación, caracterizado porque consiste en la formación
de una o más vigas principales (2) sustentadas por medio de
soportes (1) en relación con los extremos de las vigas, y con
aprovechamiento de un mismo soporte (1) para la sustentación por
los extremos contiguos de dos vigas (2) adyacentes alineadas,
siendo cada viga principal (2) de naturaleza modular, constituida
por un número predeterminado de módulos (4) que están acoplados
sucesivamente entre sí a largo de la longitud de la viga mediante la
ayuda de nudos de encuentro (11), y consistiendo cada módulo (4) en
perfiles que se unen para adoptar una configuración a modo de malla
de tetraedros, en cada uno de los cuales se apoya una estructura de
vigas (5) que sujeta una placa solar portadora un panel que
contiene las placas (3) de tipo fotovoltaico (o en su caso, de tipo
térmico), estando las mencionadas estructuras (5) de soporte de los
paneles de placas (3) extendidas transversalmente al eje
longitudinal de la viga, o sucesión de vigas, principal(es),
estando cada una de dichas estructuras de vigas (5) sustentada por
dos apoyos extremos vinculados a la viga principal (2)
correspondiente de manera basculante, giratoria según un eje
transversal a la viga, con el fin de proporcionar un primer grado
de libertad, y siendo la(s) viga(s)
principal(es) (2) susceptible(s) de pivotamiento
respecto a los puntos de sujeción a los elementos de apoyo (1)
extremos según el eje longitudinal de
la(s) viga(s) principal(es) proporcionando con ello un segundo grado de libertad, que junto con el primero, permiten un dirección preciso de los mencionados paneles de placas (3) en relación de perpendicularidad óptima con los rayos solares incidentes.
la(s) viga(s) principal(es) proporcionando con ello un segundo grado de libertad, que junto con el primero, permiten un dirección preciso de los mencionados paneles de placas (3) en relación de perpendicularidad óptima con los rayos solares incidentes.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende un único mecanismo de
desplazamiento (7) para el giro de todos los paneles (3) instalados
con relación a una misma viga principal (2), con el fin de
inclinar la superficie de captación (3) respecto a la posición del
sol.
3. Sistema según las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque comprende la incorporación de un
mecanismo (8) que actúa sobre la viga principal (2) con el fin de
hacerla bascular respecto a su eje longitudinal durante el
movimiento de orientación de los paneles (3).
4. Sistema según las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque incluye medios de control (9)
informatizados, para el seguimiento de los movimientos del seguidor
y la perfecta orientación automática de los paneles (3).
5. Sistema según las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque incluye además la instalación de una
estación meteorológica (10) mediante la que se proporcionan
informaciones a los medios de control (9) con vistas a un
posicionamiento óptimo de los paneles (3) o para su protección
frente a los efectos climáticos.
6. Sistema según las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque la fijación de la(s)
viga(s) princi-
pal(es) (2) a los soportes extremos (1) se realiza a una altura tal que permite el basculamiento sin obstáculos de dicha(s) viga(s) a través de un ángulo de amplitud próxima a 180º.
pal(es) (2) a los soportes extremos (1) se realiza a una altura tal que permite el basculamiento sin obstáculos de dicha(s) viga(s) a través de un ángulo de amplitud próxima a 180º.
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