ES2446765A2 - Seguidor solar de dos ejes - Google Patents

Abstract

Seguidor solar de dos ejes fotovoltaico de cubierta y suelo para instalaciones solares fotovoltaicas, capaz de realizar un giro de las placas solares en el eje espacial este-oeste, obteniéndose el seguimiento de la altura del sol en su movimiento diario; así como un segundo giro combinado con el primero, para rotar las placas solares fotovoltaicas de este a oeste, realizando el seguimiento completo orto-ocaso y manteniendo la perpendicularidad entre las placas y la radiación solar. El diseño de este seguidor le confiere confiabilidad y ligereza, permitiendo su uso en cubiertas de edificios y minorando su coste de fabricación, de manera que su uso hace posible la implementación de instalaciones solares FV con explotación en paridad tarifaria y elevadas rentabilidades para los promotores. Un número de quince seguidores puede ser accionado por dos únicos motores, mediante el sistema de cables en doble tensión (pull-pull).

Description

Seguidor solar de dos ejes.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector de energías renovables, más concretamente en la generación eléctrica, en régimen especial, mediante módulos fotovoltaicos soportados en estructura móvil de seguimiento en dos ejes del movimiento diario solar.

Estado de la técnica

A día de hoy, existen seguidores solares de dos ejes para suelo, empleados en los denominados huertos solares. No obstante, no existen, explotados comercialmente, seguidores de dos ejes para instalaciones en cubierta en ningún país.

Los sistemas actuales se basan en el diseño monoposte con una cabeza bimotorizada que permite el seguimiento de dos ejes, existiendo pequeñas variantes referidas al pedestal de elevación empleado.

Por otra parte, existen seguidores de un eje de distintas características, siendo todos ellos incapaces de producir la cota de rendimiento de un sistema de dos ejes.

Problema técnico planteado

La actual paralización el sector fotovoltaico (FV) nacional, surgido de la aplicación del R.D.L. 1/2012 pone en peligro el compromiso nacional de cumplir con la estrategia de la Comisión Europea, aprobada en el informe Laperrouze, en febrero de 2009.

La falta, a nivel mundial, de sistemas de seguimiento solar de dos ejes para cubiertas, dado que los existentes de suelo no son susceptibles de ser dispuestos en cubiertas por su elevado peso, además de coste, mantiene paralizado totalmente el sector FV de cubiertas.

Esta tecnología FV, todavía, necesita de subvenciones para hacerla viable económicamente.

Solución propuesta

Galio Técnicas Energéticas, S.L., ha inventado un sistema de seguimiento solar de dos ejes para cubierta de una ligereza, fiabilidad y eficiencia incomparables. Empleamos la tecnología aeronáutica de mando de movimiento de superficies de control en aeronaves. La polivalencia del diseño permite su uso en suelo, suponiendo un considerable ahorro de costes respecto de los sistemas de suelo existentes.

Este seguidor, por su bajo peso, puede ser instalado en cubiertas de todo tipo sin sobrecargar estructuras. Su disposición en doble simetría, para cada uno de sus tipos de ejes de giro, permite minimizar la potencia de accionamiento de los seguidores enlazados en serie-paralelo.

La generación eléctrica que propicia este sistema de dos ejes, cifrada en un incremento del 40% y su coste es similar a los sistemas fijos para FV. En su uso para suelos, su coste es muy inferior a los sistemas convencionales, empleando la quinta parte de motores de accionamiento. Ello disminuye, ostensiblemente, su coste de fabricación y el de operación y mantenimiento.

La estructura del mecanismo del seguidor, es muy liviana y de poca altura. Esto permite su instalación en cubiertas. Así mismo, en suelo, compite con ventaja con los sistemas dos ejes existentes al requerir menor peso de acero y cimentación.

El seguidor, en base a su diseño, emplea dos motores, paso a paso, compartidos para una gran cantidad de placas FV, haciendo la instalación más ligera, confiable y económica.

Esta solución tecnológica permite la deseada evolución hacia la paridad tarifaría en este sector.

Este seguidor, de fácil construcción, instalación y mantenimiento es, también, perfecto para su explotación en países con cupos para instalaciones de suelo, compitiendo con gran ventaja con los dispositivos de seguimiento actuales de mayor coste.

Descripción técnica del invento

La presente invención se basa en un dispositivo con geometría de pórtico; constituido por dos dinteles realizados con perfiles metálico cuadrado hueco, normalizado, que giran sobre sus tres patas de apoyo. Cada perfil sustenta tres ejes con giro perpendiculares al eje axial del perfil. Dichos ejes soportan cuatro pletinas de fijación de las placas FV. De esta forma, el giro de estos ejes permite el seguimiento del movimiento del sol de este a oeste. Por otra parte, el giro de los dos dinteles o perfiles cuadrados huecos, sobre los que se disponen tres ejes anteriores, en cada dintel, realiza el seguimiento en altura de la evolución diaria del sol.

Una pata central alberga la caja reductora de engranajes y los dos tambores sobre los que se arroyan los cables de transmisión de movimiento, según la disposición de doble tensión (pull-pull).

La coordinación de ambos sistemas de giro da como resultado el mantenimiento de la perpendicularidad entre el plano de los paneles solares FV y la radiación solar a lo largo de todo el día

La invención de este sistema, permite el accionamiento de múltiples seguidores, como el definido, con dos únicos motores eléctricos y sus respectivos reductores. Los motores convierten el giro en un movimiento lineal al transferirse mediante cables de acero enrollados en tambores. El tambor permite la transmisión del movimiento generado en los motores, de seguidor a seguidor, pudiéndose interconectar, en serie y en paralelo, un número casi ilimitado de dichos pórticos, empleando motores de potencia dimensionada para dicho número.

El movimiento de los dos ejes, transferido desde los motores-reductores mediante el sistema de doble tracción de cables (pull-pull), se vuelve a transferir a engranajes helicoidales, tornillos de potencia y cremalleras helicoidales para aislar el momento de fuerzas, que el viento, la nieve y el propio peso de los paneles solares, generan, quedando equilibrado en el mecanismo de transmisión mediante los citados tornillos de potencia, que son autoenclavables. De esta forma, los motores nunca sufren carga por las acciones estáticas y dinámicas que el seguidor solar soporta. Ello permite la desconexión de los motores entre movimientos (sistema hold), manteniendo la posición orientada a perpendicularidad de radiación. Todo ello da como resultado un ahorro sustancial en peso y la obtención de un sistema mucho más fiable que los actuales, y de mayor vida útil.

Estas dos innovaciones permiten al sistema accionar el movimiento de los seguidores que se instalan en serieparalelo para amoldarse a las cubiertas de instalaciones industriales o edificios de viviendas. Así, dos motores eléctricos asistidos por reductores, son capaces para producir las rotaciones de un agrupamiento variable de seguidores con un elevado número de paneles FV y con una potencia total de centenares o miles de kWp. Los reenvíos mediante cables de acero permiten agrupaciones, en disposiciones infinitas, de los distintos seguidores. Este diseño permite la construcción con una estructura mínima de gran ligereza y resistencia mecánica, siendo dimensionada para resistir vientos de 250 (km/h).

Breve descripción de planos

Figura 1: vista axonométrica del seguidor solar FV de dos ejes, para 12 paneles solares FV y la salida y entrada del cableado de acero para transmisión de movimiento.

Figura 2: vista axonométrica de la transmisión del accionamiento entre dos seguidores del con los doce paneles FV montados.

Figura 3: vista caballera del alzado lateral de despiece de caja reductora. Se muestra la primera fase de engrane del eje que produce el seguimiento de altura solar.

Figura 4: vista axonométrica del despiece de los engranajes de la caja reductora, sin aparecer ésta misma.

Figura 5: vista axonométrica de detalle de caja reductora semi montada con elementos del eje seguimiento solar este-oeste de la caja reductora y del interior del dintel o perfil cuadrado hueco.

Figura 6: vista en planta de la caja reductora de seguidor.

Figura 7: sección de alzado frontal de la caja reductora de seguidor.

Figura 8: sección de alzado frontal de la caja reductora de seguidor con un eje porta paneles solares FV.

Figura 9: vista axonométrica del movimiento del eje de seguimiento de altura solar.

Figura 10: vista axonométrica del movimiento del eje de seguimiento solar este-oeste.

Figura 11: vista axonométrica de las pletinas de fijación de paneles solares FV así como el mecanismo interior de transmisión de movimiento a los tres ejes porta paneles de cada dintel. Figura 12: vista axonométrica de detalle engarce dintel a columna soporte lateral. Listado de partes:

Descripción detallada de la invención

FIGURA 1: cada unidad de seguidor consta de dos dinteles (1) construidos con dos perfiles cuadrados huecos de 140 x 140 x 4 (mm) de 5.400 (mm) de longitud cada uno.

15 Los dos dinteles giran apoyados en tres columnas: cada uno sobre una columna exterior (3) y los dos sobre cada lado de la columna central (4). La central (4) alberga la caja reductora (2) a la que se transmite el accionamiento de dos motores para un nº de 15 seguidores, mediante el reenvío pull-pull con cables de acero (5) y (20), lo cual permite el giro de los dos ejes de giro, de altura solar y movimiento este-oeste.

20 FIGURA 2: cada alineación en paralelo de 15 seguidores es accionada por dos únicos motores, merced a la simetría del mecanismo que propicia una demanda mínima de potencia de accionamiento, únicamente, para vencer los rozamientos del propio sistema. La caja de motores se monta sobre una columna con cimentación resistente, reenviando el cableado pull-pull hasta el otro extremo de la agrupación en paralelo de seguidores, donde otra columna, con dos tambores, bien cimentada que funciona como apoyo resistente. De esta forma los apoyos de los seguidores se ven liberados de carga.

FIGURA 3: un motor, paso a paso con reductor, transmite el giro a un tambor vertical (9) mediante el sistema pullpull de enrollamiento y desenrollamiento de un cable de acero (5) sobre un tambor (9) o cilindro. El sistema de tambor (9) y el sistema de cables (5) permite transmitir el mismo movimiento de giro a los tambores de otros seguidores dispuestos en paralelo.

El giro del tambor se transfiere, mediante un eje central solidario, al tornillo de potencia (8). Dicho elemento es autoenclavable por lo que una vez realizado el movimiento el motor se desconecta y la estructura queda fijada estáticamente, soportando su peso y los momentos de fuerza imprimidos por el viento.

FIGURA 4: el tornillo de potencia (8) permite el cambio de giro a un eje perpendicular (13) merced al concurso de un engranaje helicoidal (7). Las dos piñones (6) son solidarios al eje (13) que transmiten el giro a un segundo eje horizontal donde gira otro juego simétrico de piñones (14). Este segundo juego de piñones es solidario a los dinteles horizontales constituidos por perfiles cuadrados (1).

La acción combinada del tornillo de potencia (8), el engranaje helicoidal (7) y los dos juegos de piñones rectos (6) y

(14) proporcionan el giro del dintel (1) para seguir la altura solar. La transmisión del accionamiento motor se realiza por el cable de acero (5) en sistema pull-pull sobre el tambor vertical (9).

El sistema de cables permite, con un solo motor, accionar el seguimiento en altura de 15 seguidores.

FIGURA 5: el eje horizontal {15) es solidario a un tambor horizontal (21) y a los tornillos de potencia (22), sirviendo de eje de giro, con cojinetes, de los piñones (14) solidarios al dintel rotable (1) y que no participan de la transmisión de este segundo eje de giro solar este-oeste. Los engranajes rectos (14) giran con independencia de este otro sistema de engrane.

El tambor horizontal (21), accionado por un segundo motor, hace girar los dos tornillos de potencia (22), que transforman, mediante el concurso de la cremallera helicoidal (22), el giro en traslación al engranar con los respectivos tornillos de potencia (22). Las tres cremalleras de dientes rectos (18) son solidarias a la cremallera helicoidal (23) y recorren todo el interior de cada uno, de los dos, dinteles (1), o perfiles cuadrados huecos. Los tres tramos de cremallera recta (18), de cada uno de los dinteles, engranan con los tres piñones rectos (19) que accionan los ejes (16) porta paneles FV. Este segundo tambor (21) produce el giro de los seis ejes (16) porta paneles FV.

La cremallera helicoidal (23) y las tres cremalleras rectas (18) van montadas sobre un porta cremalleras (24) guiado a lo largo del interior del perfil cuadrado hueco que constituya cada dintel (1) del seguidor. Los montajes de las dos porta cremalleras son simétricos para cada lado del seguidor.

Los dos mecanismos de engranaje, uno para cada eje de giro, se alojan en la caja reductora (2), que aparece, en esta figura, sin su carcasa protectora, así como en el interior de los dinteles (1) formados por los perfiles cuadrados huecos.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Seguidor solar de dos ejes fotovoltaico capaz de realizar un giro de sus doce paneles solares FV en el eje espacial este-oeste, obteniéndose el seguimiento de la altura del sol en su movimiento diario; así como un segundo giro combinado con el primero, para rotar los paneles solares fotovoltaicas de este a oeste, realizando el seguimiento completo orto-ocaso y manteniendo la perpendicularidad entre las placas y la radiación solar caracterizado por una estructura en doble pórtico, constituida ésta por dos perfiles cuadrados huecos de 140 x 140 x 4 (mm) (1) con ejes de giro soportados por patas (3 y 4), que gira en axial este-oeste merced a la acción de cambio de eje de rotación obtenido por un tornillo de potencia vertical (8), engranado a una rueda helicoidal (7); el tornillo de potencia (8), es solidario a un tambor (9) que gira mediante la transmisión, mediante un cable de acero (5) en doble tensión (pull-pull), del giro de un motor paso a paso, remoto, con reductor.

2. 2.

   Seguidor solar de dos ejes fotovoltaico, según la reivindicación 1, que genera un segundo eje de rotación, de seguimiento solar, de los paneles solares FV merced a que cada uno de los dinteles (1) soporta tres ejes de giro (16) perpendicularmente a ellos, en cuyos ejes (16) se disponen dos pletinas (17) para sujeción de cada panel solares FV; estos ejes engarzan, solidariamente, con piñones cilíndricos de dentado recto (19), que quedan albergados y protegidos en el interior de los dinteles (1), y que giran mediante el movimiento lineal de un porta cremalleras (24).

3. 3.

   Seguidor solar de dos ejes fotovoltaico, según la reivindicación 2 caracterizado por que el porta cremalleras (24) consta de un tramo de cremallera helicoidal (23) y tres de cremallera recta (18), que obtiene su traslación gracias al giro de dos tornillos de potencia horizontales (22), uno para cada uno de los dos dinteles del seguidor, que solidarios a un tambor (21) horizontal giran por el sistema de doble arrollamiento de cable de acero (20) transmitiendo el giro de un segundo motor, remoto, paso a paso con reductor; el tambor horizontal (21) transmite el giro a los dos tornillos de potencia (22) para que el movimiento sea solidario a los seis ejes, repartidos tres en cada ala del seguidor; sobre la columna central (4) se dispone una caja reductora (2) que alberga el mecanismo de transmisión y reducción; el interior de los dos dinteles rotables (1) albergan sus respectivas porta cremalleras (24), y alojan los ejes porta paneles (16) y sus piñones (19).