ES1323384U - Sistema de bloqueo de seguidor solar - Google Patents

Abstract

Sistema de bloqueo de seguidor solar, en un seguidor que comprende uno o más módulos (1) sobre un eje (2) horizontal sobre pilares (3) y con un sistema de accionamiento (4) controlado por un dispositivo de control electrónico, caracterizado por que el eje (2) está dividido en una o varias secciones de eje (6) que comprende al menos un pilar lateral (3') que incorpora un sistema de accionamiento auxiliar (9) y bloqueo al giro del eje, conectado al sistema de accionamiento (4).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de bloqueo de seguidor solar

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a un sistema de bloqueo de seguidor solar, que permite que éste se mantenga en una posición fija, definida por el seguidor, y no afectada por el viento u otros problemas similares que desplazan el seguidor de forma indeseada.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En la industria solar, los seguidores solares se clasifican según su número de ejes, cada uno de los cuales está asociado a un grado de libertad. En este contexto, los grados de libertad representan el número de movimientos independientes que una máquina puede realizar, de desplazamiento o de giro.

En el caso de los seguidores solares, los movimientos siempre son rotacionales, permitiendo orientar la superficie de captación solar, compuesta por módulos fotovoltaicos, de manera que se mantenga lo más perpendicular posible a la posición del sol. Esto maximiza la captación de radiación solar y optimiza el rendimiento del sistema. Para optimizar este ajuste, el número mínimo de grados de libertad necesarios es dos.

Existen tres tipos de seguidores solares de un eje: polar, azimutal, y horizontal. Los seguidores solares de eje polar en el hemisferio norte presentan un eje orientado al sur e inclinado un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano terrestre que contiene al sol. Los seguidores solares de eje azimutal presentan un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud, y el giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano local que contiene al sol. Los seguidores solares de eje horizontal presentan un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano terrestre que contiene al sol.

Las estructuras de dos ejes cuentan con una parte fija y una parte móvil, la cual incorpora mecanismos que permiten modificar la orientación de la superficie de captación solar con dos grados de libertad (2 GDL). Gracias a esta configuración, estos sistemas ofrecen un seguimiento solar más preciso. Este tipo de seguidores mantiene la superficie de captación perpendicular a la posición del sol en todo momento, optimizando la absorción de radiación solar y, en consecuencia, maximizando la generación de electricidad. Para lograr esta orientación, el sistema debe realizar un seguimiento en dos ejes, ajustando tanto la dirección como la elevación. Esto requiere el uso de dos actuadores, que permiten modificar la inclinación del panel en los ejes horizontal y vertical de manera coordinada.

Algunos de los parámetros clave para determinar el tipo de seguimiento solar más adecuado para un proyecto incluyen el incremento en la producción de energía, el coste del equipo y su instalación, la resistencia al viento, la disponibilidad y el coste de mantenimiento, así como el grado de complejidad, sencillez en las labores de mantenimiento, etc.

Sea cual sea la forma del seguidor, éste a lo largo de su vida útil se enfrentará a eventos climáticos adversos como nieve, granizo, viento continuo y/o rachas muy fuertes y repentinas de viento. Siendo esto último uno de los factores más relevantes para el fallo de la planta solar.

Para proteger la estructura de los efectos dinámicos generados por la interacción con el viento, es fundamental diseñarla de manera que su velocidad crítica, definida como la velocidad mínima del viento a la que pueden ocurrir estos fenómenos, se mantenga significativamente por encima de la velocidad máxima esperada. Para incrementar dicha velocidad crítica, es posible aumentar la inercia, mejorar el amortiguamiento o incrementar la rigidez estructural, garantizando así una mayor estabilidad y resistencia frente a las cargas de viento.

Por lo tanto, es fundamental desarrollar un seguidor solar con un sistema optimizado que permitiera afrontar estos eventos de manera más segura y eficiente. Además, resulta necesario dotar a la estructura de la instalación con medios adecuados para garantizar su estabilidad ante velocidades de viento superiores a los límites establecidos en las soluciones convencionales del estado de la técnica.

Por otro lado, frente a eventos de viento, el seguidor puede estar en cualquier posición, siendo una de ellas la más favorable frente a la dirección del viento a la que se enfrenta en ese momento. Los sistemas electrónicos detectan este viento y solicitan al seguidor girar para llegar a dicha posición favorable, la cual llamaremos posición de defensa ya que en esta posición se comporta de forma más estable frente a la perturbación.

El accionamiento principal ha de luchar en este recorrido a defensa contra la acción del viento, principalmente formado por rachas, lo cual ralentiza su movimiento siendo más significativo en los extremos del seguidor ya que estos tienen ciertos grados de libertad permitidos por la torsión del tubo y reflejando de forma más evidente la perturbación producida por la carga ejercida por las rachas de viento pudiendo entrar por éste motivo en resonancia y que se acabe destruyendo total o parcialmente el seguidor. Esto produce que el seguidor llegue más tarde a su posición de defensa y durante el trayecto se haya visto amenazado, sobre todo en los extremos. Se han diseñado sistemas de bloqueo para evitar este problema, sistemas de accionamiento múltiple para reducir la longitud del tubo de los extremos y así reducir los grados de libertad que puedan llevar al seguidor a entrar en resonancia.

El sistema de accionamiento más habitual es el conocido como corona, se encuentra solidario al tubo de giro donde asientan los módulos y presenta una estructura muy rígida que soporta, entre otras, las cargas norte/sur de la estructura. De forma natural, este sistema bloquea cualquier movimiento de giro que no se produzca por el motor, por lo que absorbe todas las vibraciones que le llegan, las cuales se limitan en el centro y se concentran en los extremos del seguidor ya que típicamente está situado en una posición central del seguidor. este sistema es muy eficiente y típicamente se suele situar en las zonas centrales del seguidor.

Otro tipo de sistema de accionamiento es el lineal, el cual se suele presentar como una serie de cilindros extensibles motorizados que se disponen a los laterales del tubo o eje de giro donde asientan los módulos. Estos cilindros hacen girar el eje mediante un brazo descentrado que le permite hacer palanca cuando se extienden o se contraen. De forma natural, este sistema también bloquea cualquier movimiento de giro que no se produzca por el motor, por lo que absorbe todas las vibraciones que le llegan, las cuales, gracias a que típicamente se sitúan varios cilindros a lo largo del seguidor es sencillo que limite las vibraciones en los extremos. Estos sistemas son económicos y funcionales pero menos resistentes que las coronas, necesitando de otros sistemas para resistir las cargas norte/sur de la estructura.

Ambos sistemas pueden comunicarse entre sí mediante sistemas electrónicos o mediante transmisión mecánica que les haga trabajar al unísono.

Añadido a esto, es conocido que los tubos que forman parte de la estructura y que asientan los módulos fotovoltaicos tienen tolerancias de fabricación, estas tolerancias están presentes en todas las piezas fabricadas ya que pueden ir desde el espesor del material a las dimensiones generales. Una tolerancia muy característica de elementos muy largos es el revirado, que es una desviación en el ángulo de la pieza a lo largo de su longitud. Este revirado produce un efecto indeseado en el caso de los tubos de los seguidores ya que esta desviación de ángulo produce directamente una desviación del ángulo del módulo fotovoltaico respecto al ideal que se busca para maximizar la producción. El sistema de la invención también permite corregir ese revirado, de forma que el seguidor ofrece una cara más plana al sol, mejorando el rendimiento.

El solicitante no conoce ninguna solución equivalente o similar a la invención.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un sistema de bloqueo de seguidor solar según las reivindicaciones. Sus diferentes realizaciones resuelven los problemas del estado de la técnica.

En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión "módulo fotovoltaico" o simplemente "módulo" hace referencia a la unidad formada por la integración de varios paneles solares, cuya cantidad se determina en función de la potencia requerida para la instalación. Estos módulos se montan sobre una estructura de soporte o marco que garantiza su correcta disposición. No es relevante el número de paneles, la forma exacta del marco, aunque suele ser rectangular, ni la potencia obtenida.

La invención propuesta se refiere a un sistema de bloqueo para seguidor solar, del tipo que comprende módulos sobre un eje horizontal, que suele ser norte-sur. El eje está soportado por pilares, y tiene un sistema de accionamiento controlado por un dispositivo de control electrónico. El eje está dividido en secciones de eje, normalmente dos. El sistema de accionamiento gira el conjunto del eje, pero también se disponen sistemas de accionamiento auxiliar de ese giro (al menos uno por sección de eje), conectados al sistema de accionamiento para moverse o producir el bloqueo de forma coordinada. Los sistemas de accionamiento auxiliar permiten crear un diferencial en la inclinación de cada sección de eje. Los sistemas de accionamiento auxiliar están dispuestos sobre pilares laterales, y trabajan de modo que la inclinación central del seguidor corresponde generalmente con la de los extremos.

Cuando el seguidor está en movimiento, los sistemas de accionamiento auxiliar limitan las vibraciones ya que no permiten que éstas crezcan. Cuando no está en movimiento, todos los sistemas se encuentran bloqueados.

Otras variantes serán comentadas en el resto de la memoria.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se incluye un apartado de dibujos, en el que se representan formas de realización a modo de ejemplo.

En la figura 1 se aprecia una vista en perspectiva con la división de los dos semi- ejes

En la figura 2 se aprecia una vista frontal de una sección con transmisión y sistema de accionamiento.

En la figura 3 se aprecia en detalle del Sistema de accionamiento auxiliar-bloqueo

En la figura 4 se aprecia perspectiva lateral del Sistema de accionamiento auxiliarbloqueo

En la figura 5 se aprecia un detalle del sistema de accionamiento

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

El seguidor solar mostrado en las figuras comprende una serie de módulos (1), sobre un eje (2) horizontal (un grado de libertad) soportado por una serie de pilares (3). Gracias a un sistema de accionamiento (4), los módulos (1) se orientan en dirección este-oeste, con un ángulo que depende de la situación geográfica del seguidor, pero que en España suele ser de ±55° de inclinación. Este ángulo logra con el objetivo de optimizar la captación de radiación solar.

El seguidor representado comprende un panel (5) solar auxiliar dedicado a la alimentación del dispositivo de control electrónico del sistema de accionamiento (4), a la vez que proporcionando la energía necesaria para el sistema de accionamiento (4). De esta forma se consigue que el seguidor funcione de forma autónoma.

El eje (2) que soporta los módulos (1) está dividido en secciones de eje (6) unidas por coronas de giro (7) accionadas por motores, y dispuestas sobre un pilar (3) para aportar un elemento estable al giro. Generalmente el seguidor comprende sólo dos secciones de eje (6) para poder disponer de una única corona de giro (7) motorizada. La corona de giro (7) y el motor forman parte del sistema de accionamiento (4), así como incluye al menos un dispositivo de control electrónico controlado por un programa informático. El sistema de accionamiento (4) posee también un freno de bloqueo (8) para cuando no es necesario reorientar el seguidor o es necesario resistir el viento.

En los laterales, idealmente en los extremos, de las secciones de eje (6) se disponen pilares laterales (3’), diseñados para acompañar el movimiento de la parte móvil del seguidor. Algunos de estos pilares laterales (3’), al menos uno por sección de eje (6), están equipados con sistemas de accionamiento auxiliar (9) que ayudan al seguidor en su conjunto a llegar a su posición objetivo, ya sea frente a un evento de viento o su trabajo diario. Los pilares laterales (3’) pueden o no incorporar sistemas de accionamiento auxiliar dependiendo de su modelización o por pruebas en túneles de viento, observando la reacción a rachas de viento. Estos sistemas de accionamiento auxiliar (9) son autoblocantes por lo que tanto durante su movimiento como durante el tiempo que estén inmóviles generarán un efecto de bloqueo del sistema rigidizando la estructura haciendo que el seguidor trabaje de forma segura. Por ejemplo, pueden ser tubos telescópicos, móviles por sistemas hidráulicos, neumáticos o motores lineales, que se conectan a la sección de eje (6) por un brazo de palanca. Pueden ser independientes (poseer su propio motor y fuente de alimentación) o utilizar un único motor, común a todos y preferiblemente conectado con el sistema de accionamiento (4), en cuyo caso se comunican entre sí, por ejemplo mediante el giro de un eje de transmisión que les hace moverse a la vez. Por ejemplo, los sistemas de accionamiento auxiliar (9) pueden incorporar un conjunto de cilindro motorizado que bloqueará el seguidor una vez llegue a los grados buscados. Igualmente pueden estar formados por sistemas motorizados, con levas, engranajes, hidráulicos, neumáticos, etc.

Los sistemas de accionamiento auxiliar (9) están comunicados con el sistema de accionamiento (4) para que el movimiento sea coordinado, y pueden necesitar menos potencia. La comunicación puede ser mecánica, con un eje de transmisión (11), mediante cable o por vía inalámbrica (Zigbee, LoRa, WiFi, Bluetooth...). Cualquier diferencia de ángulo por el revirado o similar se ha de medir al realizar la instalación, aunque puede ser recalibrado. Cada sistema de accionamiento auxiliar (9) debería comprender un medidor de inclinación (10), normalmente conectado digital o analógicamente con el sistema de control de giro del sistema de accionamiento (4) principal, para de esta forma poder copiar las órdenes que éste recibe.

En un evento de viento los sistemas de accionamiento auxiliar (9) trabajan aportando estabilidad y bloqueando los movimientos de vibración, evitando que se generen vibraciones en los extremos de los seguidores y ayudando al accionamiento a llevar al seguidor más rápidamente a su posición de defensa de forma segura, porque durante su recorrido hasta defensa, tanto el accionamiento como los sistemas de accionamiento auxiliar sólo permiten al seguidor girar en dirección de la posición de defensa buscada, por lo que el recorrido es mucho más seguro que con otros sistemas conocidos en el mercado. En el día a día, ayudan al seguidor a llegar antes y de forma más precisa a su posición requerida, logrando una posición no condicionada por el revirado de los tubos, dado que cada sección de eje (6) puede tomar su propia posición.

Cuando el seguidor no está en movimiento, todos los sistemas, de accionamiento auxiliar o de accionamiento, se encuentran bloqueados. Con esta configuración, el diseño optimiza la resistencia frente a fenómenos dinámicos, como las fuerzas del viento, mejorando la rigidez estructural y reduciendo el riesgo de fallos por fatiga o la formación de microrroturas en los materiales.

Esto permite que cada seguidor tenga al menos tres puntos empotrados torsionalmente, correspondientes al sistema de accionamiento a los sistemas de accionamiento auxiliar (9), asegurando la estabilidad total frente al viento.

El seguidor puede poseer una estación meteorológica, con anemómetro, ya sea propia o común a varios seguidores. También puede detectar la posición solar para indicar a los sistemas de accionamiento (4) y sistemas de accionamiento auxiliar (9) el ángulo que ha de tomar el módulo (1). Esto se puede reflejar en uno o más sensores que identifican el ángulo entre la radiación solar y los paneles solares.

También es posible que el dispositivo de control electrónico del sistema de accionamiento utilice tablas solares u otro método matemático para calcular la posición del sol.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1- Sistema de bloqueo de seguidor solar, en un seguidor que comprende uno o más módulos (1) sobre un eje (2) horizontal sobre pilares (3) y con un sistema de accionamiento (4) controlado por un dispositivo de control electrónico, caracterizado por que el eje (2) está dividido en una o varias secciones de eje (6) que comprende al menos un pilar lateral (3’) que incorpora un sistema de accionamiento auxiliar (9) y bloqueo al giro del eje, conectado al sistema de accionamiento (4).

   2- Sistema de bloqueo de seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por que los sistemas de accionamiento auxiliar (9) están comunicados al sistema de accionamiento (4) mediante un eje de transmisión de rotación y comprenden un único motor.

   3- Sistema de bloqueo de seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por que cada sistema de accionamiento auxiliar (9) posee su propio motor y fuente de alimentación.

   4- Sistema de bloqueo de seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por que cada sistema de accionamiento auxiliar (9) comprende un medidor de inclinación (10) conectado con el sistema de control de giro del sistema de accionamiento (4) principal, .

   5- Sistema de bloqueo de seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por que existe un diferencial de inclinación entre cada sección de eje.

   6- Sistema de bloqueo de seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por que los sistemas de accionamiento auxiliar (9) tienen menos potencia que el sistema de accionamiento (4).