ES2302469B1

ES2302469B1 - Seguidor solar bidireccional.

Info

Publication number: ES2302469B1
Application number: ES200603326A
Authority: ES
Inventors: Carlos Maria Carrasco Martinez
Original assignee: Hispanotracker S L; HISPANOTRACKER SL
Current assignee: Hispanotracker S L; HISPANOTRACKER SL
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2009-06-09
Anticipated expiration: 2026-12-29
Also published as: ES2344492A1; ES2302469A1; ES2344492B1

Abstract

Seguidor solar bidireccional.

Es del tipo de los formados por una estructura de soporte de una plataforma portadora de las placas solares, variando su orientación tanto en azimut como en elevación para hacer un seguimiento del sol.

Se consigue realizar este seguimiento a través de dos actuadores (8) conectados respectivamente a sendos puntos fijos (P1o, P2o) del suelo y a otros tantos vértices (P1, P2) de la plataforma (1), haciendo que ésta pueda rotar alrededor de un punto central "O" de apoyo de la misma. Las distancias (D1, D2) entre los puntos que unen los actuadores (8) guardan una relación biunívoca con los dos ángulos (\alpha, \beta) de giro de la plataforma alrededor de sendos ejes perpendiculares: un eje oblicuo (O-G1) fijo, y otro eje (O-Az) que varía angularmente su inclinación respecto del primero.

Description

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Seguidor solar bidireccional.

Objeto de la invención

La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un seguidor solar bidireccional, el cual aporta notables características relevantes y ventajas técnicas frente a los que existen actualmente para la producción de energía eléctrica mediante placas solares.

El principal objeto de la invención es ofrecer una estructura de soporte de una plataforma portadora de las placas solares, de manera que esta plataforma se vaya orientando hacia el sol según una nueva forma de movimiento, con un funcionamiento suave y sencillo pero eficaz.

En el ámbito actual de aprovechamiento de energías renovables, existe un gran aumento a escala mundial de instalaciones de energía solar mediante placas fotovoltaicas que la transforman en energía eléctrica. La instalación de estas placas se viene haciendo normalmente en estructuras fijas orientadas al sur, con un grado de inclinación sobre el horizonte, en función de la latitud del lugar.

La producción de energía eléctrica de una placa está en función de las características propias de la misma y de la radiación recibida del sol, y esta es igual a la radiación solar de ese momento, multiplicada por el coseno formado por la normal a la superficie de la placa con la dirección de los rayos solares, siendo la dirección de estos variable según la hora y día del año, y la latitud del lugar.

En las instalaciones de placas solares en estructuras fijas a tierra, el aprovechamiento de la radiación solar no es el máximo que se podría obtener, pues la dirección de la normal a la placa en pocos momentos coincide con los de los rayos solares. Para optimizar el máximo rendimiento energético de las placas, se hace necesario el montaje de las mismas en estructuras móviles que constantemente las posicionan perpendiculares al sol. Estas estructuras móviles se conocen con el nombre de seguidores solares.

Antecedentes de la invención

Dentro de los tipos de seguidores solares actuales existen principalmente dos modelos: los monodireccionales y los bidireccionales:

Los primeros se caracterizan por tener un ángulo fijo de elevación sobre el horizonte, y variar al cabo de las horas del día el ángulo azimutal para el seguimiento del sol, y los segundos como su propio nombre indica varían durante el recorrido del sol diario, tanto el ángulo azimutal como el de elevación, posicionando continuamente la placa fotovoltaica en una dirección perpendicular a los rayos solares, consiguiendo de esta forma unos rendimientos netos anuales de alrededor de un 20-30% más que las instalaciones fijas (función de la latitud del lugar y las horas de sol anuales en el mismo).

Para el movimiento de estos seguidores bidireccionales, existen en el mercado diversos tipos, siendo el más utilizado el que tiene un giro alrededor de un eje vertical para la orientación azimutal, y otro giro alrededor de un eje horizontal para la orientación de elevación.

El movimiento de estos giros se efectúa normalmente:

-: El azimutal por hacer giros de unos 180° mediante corona y piñón, ó sinfín, moviendo estos últimos por accionamiento eléctrico o hidráulico.

-: El de elevación por husillo ó actuador hidráulico, o bien, también por corona con piñón ó sinfín.

Descripción de la invención

En líneas generales, el seguidor solar bidireccional que la invención propone, consigue la orientación de la plataforma portadora de las placas solares al quedar dispuesta en una estructura de soporte de forma, que pueda rotar y se oriente con movimientos combinados de giro alrededor de dos ejes: uno de ellos oblicuo y fijo a tierra formando un ángulo determinado con el eje de coordenadas OY paralelo a la superficie del terreno y que apunta a la dirección sur; y el otro eje perpendicular al anterior, contenido en el plano de la plataforma y que varía angularmente su inclinación al hacerlo ésta alrededor del eje oblicuo fijo.

Este movimiento se realiza con dos actuadores conectados respectivamente a sendos puntos fijos del suelo y a otros tantos vértices de la plataforma, haciendo que ésta pueda rotar alrededor de un punto central de apoyo de la misma en la estructura de soporte y desde una posición inicial a otra final, teniendo dos grados de libertad al estar determinada la posición final de dichos dos vértices de la plataforma con los dos ángulos de giro de la misma.

Esto determina que las distancias de los aludidos vértices a los respectivos puntos fijos del suelo, guarden una relación biunívoca con los ángulos de giro de la plataforma alrededor de ambos ejes perpendiculares. Esto determina que para cada par de ángulos sólo exista un par de dichas distancias y viceversa. Las distancias se calculan para un valor determinado de los ángulos descritos dependiendo de las coordenadas del lugar, época del año y momento del día, efectuándose el ajuste con los actuadores.

Estos actuadores gracias a los cuales se consigue adecuar las distancias correctas entre los respectivos puntos que unen, pueden ser cilindros hidráulicos, husillos, o cualquier otro elemento mecánico adecuado.

También es posible la orientación de la plataforma mediante dispositivos de seguimiento con realimentación de punto luminoso, ya que con incrementos de signo opuesto de las distancias entre los puntos considerados, se consigue variar el ángulo alrededor del eje fijo (con una variación muy pequeña del ángulo girado alrededor del eje angulable perpendicular al anterior) y con incrementos iguales del mismo signo para variación angular de la plataforma alrededor del eje angulable perpendicular al anterior y que se realiza con mucha menor variación del otro ángulo (para pequeños movimientos). Según esto, en pocos movimientos alternativos reiterados se consigue centrar la plataforma al punto luminoso.

Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Breve descripción de los dibujos

Figura 1.- Es un esquema del sistema de movimiento del seguidor solar bidireccional, objeto de la invención.

Figura 2.- Es una vista similar a la figura 1 incluyendo los dos cilindros como actuadores para variar las distancias de dos de los vértices a los respectivos puntos fijos del suelo.

Descripción de la forma de realización preferida

Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, en la figura 1 se muestra esquemáticamente la plataforma 1 definida por cuatro vértices de la misma, o cuatro puntos fijos de ella en el entorno del punto "O" en el que puede rotar la plataforma, estando dicho punto "O" ubicado a una altura "h" del suelo.

Los ejes X, Y, Z son los ejes de coordenadas locales, siendo:

- OX, el eje paralelo a la superficie del terreno que apunta a la dirección del ocaso desde el origen O de coordenadas, siendo este el punto elevado del terreno como cúspide de una estructura rígida de soporte donde apoya, rota y se orienta la plataforma.

- OY, el eje paralelo a la superficie del terreno que apunta a la dirección Sur.

- OZ, el eje perpendicular a la superficie del terreno en dirección vertical.

Es de hacer notar que la posición inicial (antes de girar en ningún eje) de dicha plataforma corresponde en la figura al romboide en línea continua de lados 4 a 7.

La plataforma una vez girada es la definida por los puntos P1, P2, P3, P4 en la figura.

Para llegar a esta posición:

-: Primero se efectúa un giro de ángulo beta (\beta) alrededor del eje fijo a tierra O-G1 (eje en dirección al sur formando un ángulo fi \Phi con el eje O-Y).

-: Después gira un ángulo alfa (\alpha) alrededor del eje O-Az (este eje gira según se efectúa el giro anterior).

Es importante el hecho que el sistema sólo tiene dos grados de libertad, lo que significa que los puntos P1 y P2 están perfectamente determinados (para dimensiones fijas geométricas) con los dos ángulos de giro.

Esto implica que existe entre las distancias D1 (del punto P1 al fijo P1o), D2 (del punto P2 al fijo P2o), y los ángulos alfa y beta, una relación biunívoca, y por lo tanto para cada par de ángulos alfa y beta solo existe un par de distancias D1 y D2, y viceversa.

Por supuesto que existen unas limitaciones geométricas que confinan a unas regiones del espacio donde es posible el movimiento de los puntos P1 y P2, (por ej. no existe ninguna combinación de ángulos que nos posicionen dichos puntos a 1 Km. del seguidor).

Con la correcta elección de las dimensiones geométricas es posible optimizar tanto el correcto seguimiento del Sol, como la reducción de los esfuerzos de los distintos elementos mecánicos del sistema.

Según lo anterior es posible el seguimiento del Sol de forma bidireccional con este movimiento de seguidor.

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Para conseguir unos ángulos alfa y beta que nos orientan la placa normal hacia el Sol, bastará con calcular las distancias D1 (desde uno de los vértices de la plataforma rectangular o de un punto seleccionado de su periferia hasta un punto fijo del terreno o suelo) y D2 (desde otro vértice o punto elegido hasta el otro punto fijo del suelo) que nos dan esos ángulos, y una vez determinadas estas, basta con situar un dispositivo, que bien puede ser un cilindro hidráulico, un husillo ó cualquier otro elemento mecánico que nos determine una distancia, para fijar las D1 y D2.

También es posible la orientación de la placa al Sol mediante dispositivos, ya existentes en el mercado, de seguimiento con realimentación de punto luminoso, ya que con incrementos de signo opuesto de las distancias D1 y D2 se consigue variar el ángulo beta (con una variación muy pequeña del ángulo alfa) y con incrementos iguales del mismo signo ocurre lo mismo con el ángulo Alfa, como sea que la variación del otro ángulo correspondiente se puede considerar mucho menor (para pequeños movimientos) en pocos movimientos alternativos reiterados centran la placa al punto luminoso.

Para conseguir la variación deseada de la plataforma se pueden emplear como hemos dicho anteriormente cilindros hidráulicos, husillos u otros elementos mecánicos para fijar y controlar la distancia entre dichos puntos (vértice de la plataforma y punto de anclaje en el suelo, existiendo otro actuador idéntico entre otro vértice contiguo y otro punto fijo del suelo). Al variar las distancias de forma combinada en valores positivos y negativos, según proceda, se alcanzan perfectamente y con precisión todas las posiciones deseadas en cada momento para la plataforma.

En la figura 2 vemos la misma plataforma de la figura 1 pero incluyendo los dos cilindros hidráulicos referenciados con 8, como actuadores tendidos entre los vértices P1 y P2 de la plataforma y respectivos puntos fijos del suelo referenciados con P1o y P2o, distantes éstos una magnitud "e". La línea de unión de tales puntos P1o y P2o queda dispuesta a una distancia "d" de la vertical del punto "O".

En un ejemplo práctico se han obtenido los siguientes resultados:

100

Claims

1. Seguidor solar bidireccional, del tipo de los formados por una estructura de soporte de una plataforma con placas fotovoltaicas que transforman la energía solar en eléctrica, variando la orientación de la plataforma tanto en azimut como en elevación para ofrecer constantemente su superficie en una dirección perpendicular a los rayos solares, caracterizado porque el movimiento para variar la orientación de la plataforma (1) se consigue a través de dos actuadores (8) conectados respectivamente a sendos puntos fijos (P1o, P2o) del suelo y otros tantos vértices (P1, P2) de la plataforma (1), haciendo que ésta pueda rotar alrededor de un punto central "O" de apoyo de la misma, desde un aposición inicial a otra final, con dos grados de libertad al estar relacionados dichos dos vértices (P1, P2) de la plataforma (1) con dos ángulos (\alpha, \beta) de giro de la misma: uno de ellos (\beta) alrededor de un eje oblicuo (O-G1) fijo a tierra y que forma un ángulo \Phi con el eje de coordenadas (OY) paralelo a la superficie del terreno y que apunta a la dirección sur; y otro ángulo (\alpha) alrededor de un eje (O-Az) perpendicular al anterior, contenido en el plano de la plataforma (1) y que varía angularmente su inclinación al hacerlo ésta alrededor del eje oblicuo (O-G1) fijo.

2. Seguidor solar bidireccional, según reivindicación 1, caracterizado porque las distancias (D1, D2) de los aludidos vértices (P1, P2) a los respectivos puntos fijos (P1o, P2o) del suelo, guardan una relación biunívoca con los referidos ángulos (\alpha, \beta) de giro de la plataforma (1) alrededor de sus ejes perpendiculares (O-G1, O-Az) lo que determina que para cada par de ángulos (\alpha, \beta) solo existe un par de dichas distancias (D1, D2) y viceversa.

3. Seguidor solar bidireccional, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las distancias (D1, D2) referidas se calculan y determinan para los dos ángulos (\alpha, \beta) deseados según las coordenadas del lugar, época del año y momento del día, ajustándolas y variándolas con dichos actuadores (8).

4. Seguidor solar bidireccional, según reivindicación 3, caracterizado porque los actuadores (8) son cilindros hidráulicos, husillos, o cualquier otro elemento mecánico que pueda fijar las distancias (D1, D2) referidas.

5. Seguidor solar bidireccional, según reivindicación 3, caracterizado porque los actuadores son dispositivos de seguimiento con realimentación de punto luminoso, con los que se consigue variar el ángulo (\beta) alrededor del eje fijo (O-G1) con incrementos de signos opuestos de las distancias (D1, D2) referidas, con una variación muy pequeña del otro ángulo (\alpha); y con incrementos iguales del mismo signo para variación del ángulo (\alpha) alrededor del eje angulable (O-G1) perpendicular al anterior y que se realiza con mucha menor variación del otro ángulo (\beta) para pequeños movimientos, lo que determina que en pocos movimientos alternativos reiterados se centre la plataforma (1) al punto luminoso.