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WO2009034214A2 - Seguidor solar de dos ejes circular, para pequeñas y grandes instalaciones de captadores solares con un rango de potencia entre 5kwp- 2mwp y de superficie entre 50m2-25.000m2 - Google Patents

Seguidor solar de dos ejes circular, para pequeñas y grandes instalaciones de captadores solares con un rango de potencia entre 5kwp- 2mwp y de superficie entre 50m2-25.000m2 Download PDF

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WO2009034214A2 PCT/ES2008/000739 ES2008000739W WO2009034214A2 WO 2009034214 A2 WO2009034214 A2 WO 2009034214A2 ES 2008000739 W ES2008000739 W ES 2008000739W WO 2009034214 A2 WO2009034214 A2 WO 2009034214A2
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solar
axis
collectors
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • Circular two-axis solar tracker for small and large installations of solar collectors with a power range between 5kWp- 2MWp and a surface area between 50m2-25,000m2.
  • the present invention refers, as expressed in the statement of the present specification, to a solar tracker of the type that through systems that follow the path of the sun, is used to improve the production of photovoltaic panels capturing the maximum radiation of solar energy for as long as possible, providing a series of new and improved features and benefits to this function, compared to what is already known.
  • the invention consists of a solar tracker, whose structure is circular, capable of housing a greater number of solar collectors, taking advantage of the surface destined to the maximum. Minimizing the maintenance of the facilities and achieving the highest possible yield both productive and economic and environmental; in the smallest possible space.
  • This invention has its application within the industry dedicated to the manufacture and installation of panels and structures intended for the use of solar energy. Background of the invention As is known, solar trackers are used to improve the production of photovoltaic panels, capturing the maximum radiation of solar energy for as long as possible, through systems that follow the path of the sun.
  • Another of the big problems is the derivative of its rigidity, since most are anchored to a pole and not being rotating waste much of the energy that can be generated.
  • the first is important since it provides a production gain of the order of 30 %, while the second axis, which controls the inclination, provides a gain of the order of 8%.
  • the azimuth tracking axis is easily executable since it is an exclusively hourly function and therefore uniform throughout the year, the second axis, the one of inclination, varies according to the elliptical of the sun, its follow-up with conventional followers is more complex and in fact the majority of the large followers installed to date are limited to the tracking of an axis.
  • a solar tracker has been devised that aims to solve the aforementioned drawbacks, designed with the best installation conditions so that provides the solar components with maximum effectiveness and production during their useful life.
  • the system in question is a two-axis circular solar tracker, for small and large installations between 5kWp and 2MWp or between 50m2 and 25,000m2, with different diameters to be adapted to the characteristics of the surface available, and make the most of it getting install more power.
  • the sensors are mounted on a structure in parallel rows, with sufficient separation to avoid the incidence of shadows and pivoted from its lower part for its inclination according to the time of year (summer or winter, latitude, etc).
  • the two orientation modes are carried out with servomotors with gearboxes operated with automatism provided with solar coordinates, hydraulic turbines or other optional system.
  • Said structure rotates supported on a pivoting or central axis, towards one or the other side, depending on the solar orientation of each moment, and guided through treads and driven by poles or advance trains, by servomotors with reducer when it is terrestrial , Io that in its floating structure, it will be replaced by hydraulic turbines or engines.
  • larger circular followers will have sufficient lateral supports, with the height that is established as more appropriate, to avoid pitching and improve their fixation to the ground, in addition to driving their turn.
  • the height at which the circular solar tracker can be raised can be chosen from being placed on the floor or floating platform, or raised to any height supporting it on other supporting or floating structures.
  • the solar tracker can be manufactured in large dimensions, allowing to improve the stability and robustness of the installation, giving the solar collectors a better performance while reducing the specific and occupancy costs of the land
  • the design of the solar tracker of the invention takes special care of the structural behavior of the whole and its stability against winds and snow accumulation since it is about building large structures capable of housing 5kWp and 2MWp of power or between 50m2 and 25,000m2 of surface.
  • the new solar tracker therefore represents an innovative structure with structural and constitutive characteristics unknown until now for this purpose, reasons that, together with its practical utility, provide it with sufficient grounds to obtain the privilege of exclusivity that is requested.
  • Figure number 2. Shows an enlarged and perspective detail of a quadrant-set of 12 solar collectors that make up the structure.
  • Figure number 3. Shows an elevation view of the traction profile guide support assembly, which forms the system of tilting of the sensors.
  • 8a Collector union plate. 8b- Stop dejection. 8c- Self-locking nut.
  • the main structure of the circular solar tracker is configured in the form of a grid, with horizontal and vertical beams, so that in its upper part, on the horizontal beams (2), the solar collectors are arranged in rows (8) arranged separately, and the rows located at their ends can be installed later, that is to say in an extension phase.
  • the components that support the tracker on these rows have an inclination drive that can be both hydraulic and electric (4), in this way they can be directed according to the perpendicularity of the sun's rays.
  • Each of them is guided by a control and maneuver group and also contains all the necessary hydraulic elements.
  • This drive is positioned vertically under the traction profiles (5) in the center of each quadrant (6).
  • Each quadrant of sensors is arranged in three rows of modules with four elements (8), joined two by two through plates (8a), supported on a structure or profiles and bolted to the frame of the sensor. Said profiles are in turn welded to a tubular support structure (12) with their corresponding rotating bearings (11) on both sides, which are attached to the main vertical beams, guaranteeing the structural integrity of the sensors, as a system of tilt of the collectors.
  • It has a linear actuator consisting of a profile or traction beam (5), supported on bearings (5b) that slides on the beams or support profile (5a) by means of an arm or lever (13) attached through of a fork or axis of rotation (13a), pushing the whole quadrant assembly (6) forward or backward, from 0 or 90 ° through traction cylinders located in each sector or piston, and self-locking nuts (8c) for the top of the cylinders, varying their inclination depending on the latitude or the station.
  • the structure and fixing system of the solar collectors will allow the necessary thermal expansion, without transmitting loads that may affect the integrity of the collectors themselves.
  • the entire structure or circular platform is arranged in a grid, is supported by a central axis of rotation (10) of large section that rests on an oscillating support block and support bearings, which allows the entire platform to rotate 360 °
  • This axis is anchored to the central base plate and to the foundation.
  • the platform has support and translation guide wheels (9) that support the weight of each beam by rotating it on the raceway.
  • a driving wheel, (3) prepared for the installation of the traction system based on geared motors necessary to move the entire tracker is inserted for every 3 guide wheels (9).
  • the axis of rotation rests on support bearings.
  • Each of the aforementioned rows of sensors (8) of the follower will vary depending on the dimensions of the installation. Described sufficiently the nature of the present invention, as well as the way of putting it into practice, it is noted that, within its essentiality, it may be carried out in other embodiments that differ in detail from that indicated by way of example , and which will also achieve the protection that is sought as long as it does not alter, change or modify its fundamental principle.

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Abstract

Seguidor solar caracterizado por tener una estructura circular dispuesta en retícula, con posibilidad de giro de 360° en ambos sentidos, a través de roderas e impulsado por trenes de avance accionados por servomotores con reductor y ruedas guía. Toda ella apoyada en un eje central de giro. Los captadores solares elegidos, se disponen en filas sobre las estructuras horizontales. Situados perpendicularmente en el eje horizontal, existen uno actuadores-empujadores lineales que se deslizan bajo perfiles de tracción, permitiendo el abatimiento de los captores solares entre 0°-90°. Con lo que se garantiza la perpendicularidad de la radiación solar y se maximiza la captación solar. Dispondrá además, de un sistema de seguridad basado en una estación meteorológica, que bloqueará las filas de captadores tumbando los captadores en rachas de viento y posicionándolos verticalmente para acumulación de nieve.

Description

DESCRIPCIÓN
Seguidor solar de dos ejes circular, para pequeñas y grandes instalaciones de captadores solares con un rango de potencia entre 5kWp- 2MWp y de superficie entre 50m2-25.000m2. Objeto de Ia invención
La presente invención se refiere, tal como expresa el enunciado de Ia presente memoria descriptiva, a un seguidor solar del tipo que a través de sistemas que siguen Ia trayectoria del sol, se utiliza para mejorar Ia producción de los paneles fotovoltaicos captando Ia máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible aportando a dicha función una serie de características y prestaciones novedosas y mejoradas, respecto a Io ya conocido.
Más concretamente la invención consiste en un seguidor solar, cuya estructura es circular, capaz de albergar mayor número de captadores solares aprovechar Ia superficie destinada al máximo. Minimizando el mantenimiento de las instalaciones y consiguiendo el mayor rendimiento posible tanto productivo como económico y medioambiental; en el menor espacio posible. Campo de Ia invención
Esta invención tiene su aplicación dentro de Ia industria dedicada a Ia fabricación e instalación de paneles y estructuras destinados al aprovechamiento de Ia energía solar. Antecedentes de Ia invención Como es sabido, los seguidores solares se utilizan para mejorar Ia producción de los paneles fotovoltaicos, captando Ia máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible, a través de sistemas que siguen Ia trayectoria del sol.
Muchas son las firmas que comercializan seguidores solares y muchos los modelos con seguimiento en uno como en dos ejes, dándose en todos ellos una serie de características comunes que pasamos a comentar:
La agrupación de paneles en el menor espacio posible mediante Ia formación de estructuras rectangulares y de reducido tamaño. Esta solución dificulta su integración y agrupación sobre Ia superficie donde han de ubicarse ya que se necesita emplear un gran número de los mismos, necesitando ocupar más superficie por razones de integración, Io que aumenta los costes finales en infraestructuras y Ia posibilidad de instalar mayores potencias disminuye su rendimiento, además de desestimar y desaprovechar superficies.
Otro de los grandes problemas, es el derivado de su rigidez, ya que Ia mayoría se anclan a un poste y al no ser giratorias desaprovechan gran parte de Ia energía que puede generarse. Por otra parte, cuando se trata de ejecutar las conocidas como "Huertas solares" mediante Ia agrupación de seguidores, De los dos ejes de seguimiento solar, orientación acimutal e inclinación, el primero es importante ya que proporciona una ganancia de producción del orden del 30%, mientras que el segundo eje, que controla Ia inclinación, proporciona una ganancia del orden del 8%.
Además, el eje de seguimiento acimutal, es fácilmente ejecutable ya que es una función exclusivamente horaria y por tanto uniforme a Io largo del año, el segundo eje, el de inclinación, varía según Ia elíptica del sol, su seguimiento con los seguidores convencionales es más complejo y de hecho Ia mayoría de los grandes seguidores instalados hasta Ia fecha se limitan al seguimiento de un eje.
El avance en este campo pasa por Ia concepción de seguidores mas grandes, robustos y fiables, pensados para una vida útil no inferior a 25 años, que sean menos sensibles al viento y proporciones a los captadores solares, cualquiera que sea su tipo, y en consecuencia a los inversores las mejores condiciones de durabilidad y rendimiento, reduciendo a su vez los costes específicos. Explicación de Ia invención
Con Ia presente invención se ha ideado, por tanto, un seguidor solar que tiene por objeto solventar los inconvenientes anteriormente señalados, diseñado con las mejores condiciones de instalación de forma que proporciona a los componentes solares, Ia máxima efectividad y producción durante su vida útil.
El sistema en cuestión es un seguidor solar circular de dos ejes, para pequeñas y grandes instalaciones entre 5kWp y 2MWp ó entre 50m2 y 25.000m2, con diferentes diámetros para ser adaptados a las características de Ia superficie de que se dispone, y aprovecharla al máximo consiguiendo instalar mayor potencia.
Capaz de albergar sobre su estructura cualquier sistema de captación solar, y dotándolo de mecanismo de abatimiento. Los captadores se montan sobre una estructura en filas paralelas, con separación suficiente para evitar Ia incidencia de sombras y pivotados desde el su parte inferior para su inclinación según Ia época del año (verano o invierno, latitud, etc). Los dos modos de orientación se realizan con servomotores con reductores accionados con automatismo provisto de las coordenadas solares, turbinas hidráulicas u otro sistema opcional.
Dicha estructura gira apoyada sobre un eje pivotante o central, hacia uno u otro lado, dependiendo de Ia orientación solar de cada momento, y guiada a través de bandas de rodadura e impulsada por postes o trenes de avance, mediante servomotores con reductor cuando sea terrestre, Io que en su estructura flotante, se sustituirá por turbinas hidráulicas o motores. A su vez los seguidores circulares de mayor tamaño, tendrán los suficientes apoyos laterales, con Ia altura que se establezca como más adecuada, para evitar su cabeceo y mejorar su fijación al terreno, además de impulsar su giro .
De esta forma el terreno o superficie donde se instale el seguidor circular es ampliamente aprovechable, ya que se adapta mejor sus irregularidades, pudiendo colocar mayor número de ellos y consiguiendo su completa nivelación, a Ia vez que su estética es mejor que los convencionales. En un terreno de, por ejemplo, una hectárea donde se podían instalar 10OkWp de potencia en paneles fotovoltaicos para producción de energía, con seguidores de dos ejes convencionales, ahora con el seguidor circular se puede instalar 1MWp, realizando el seguimiento solar tanto en orientación como en inclinación, con Io que es posible producir 10 veces más de energía en el mismo espacio.
La altura a Ia que se puede elevar el seguidor solar circular se podrá elegir desde ser colocado sobre el suelo o plataforma flotante, o elevado a cualquier altura sustentándolo sobre otras estructuras portantes o flotantes.
Dispondrán además, de un sistema de seguridad basado en una estación meteorológica para casos de nieve o viento. El cual bloqueará en cualquier momento, las filas de captadores solares: tumbándolos para rachas de viento y posicionándolos verticalmente para nieve. Esto además, abaratara tanto el coste como el peso global de los seguidores.
Estas peculiaridades hacen posible que, con este diseño, el seguidor solar pueda fabricarse en grandes dimensiones, permitiendo mejorar Ia estabilidad y robustez de Ia instalación, dotando a los captadores solares de un mejor rendimiento a Ia vez que se reducen los costes específicos y de ocupación del terreno.
Por otra parte, el diseño del seguidor solar de Ia invención cuida especialmente el comportamiento estructural del conjunto y su estabilidad frente a los vientos y acumulación de nieve ya que se trata de construir grandes estructuras capaces de albergar 5kWp y 2MWp de potencia ó entre 50m2 y 25.000m2 de superficie.
El nuevo seguidor solar representa, por consiguiente, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, Ie dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha un caso práctico de realización de un seguidor solar circular básico: La figura número 1.- Muestra una vista aérea del nuevo seguidor solar circular según Ia invención.
La figura número 2.- Muestra un detalle ampliado y en perspectiva de un cuadrante-conjunto de 12 captadores solares que conforman Ia estructura. La figura número 3.- Muestra una vista en alzado el conjunto soporte guía de perfil de tracción, que conforma el sistema de basculación de los captadores. Realización preferente de Ia invención
A Ia vista de las comentadas figuras y de acuerdo con Ia numeración adoptada, se puede observar en las mismas un ejemplo de realización preferente del seguidor solar circular, el cual comprende las partes que se indican a continuación:
1- Viga vertical de estructura.
2- Viga horizontal de estructura. 3- Rueda motriz o tractora con motoreductor para tren de avance.
A- Empujador-actuador lineal para sistema abatimiento captadores.
5- Perfil de tracción.
5a- Conjunto soporte guía perfil de tracción.
5b- Cojinetes de apoyo. 6- Cuadrante compuesto de 12 captadores.
7- Pasarela de entrada a eje central.
8- Filas de captadores.
8a- Pletina de unión captadores. 8b- Tope abatimiento. 8c- Tuerca autoblocante.
9- Ruedas guía de avance.
10- Eje central.
11- Rodamiento de giro orientación.
12- Estructura tubular para soporte captadores. 13- Brazo o palanca de abatimiento.
13a- Horquilla o eje de giro. De esta forma, tal como se puede apreciar en Ia figura 1 , Ia estructura principal del seguidor solar circular se configura en forma de retícula, con vigas horizontales y verticales, de forma que en su parte superior, sobre las vigas horizontales (2), se disponen los captadores solares en filas (8) dispuestas separadamente, pudiendo ser instaladas con posterioridad, es decir en una fase de ampliación, las filas situadas en sus extremos.
Los componentes que soporte el seguidor sobre estas filas, tienen un accionamiento de inclinación que puede ser tanto hidráulico como eléctrico (4), de esta forma pueden ser dirigidos en función de Ia perpendicularidad de los rayos solares. Cada uno de ellos es guidado por un grupo de control y maniobra y contiene además todos los elementos hidráulicos necesarios.
Este accionamiento se sitúa verticalmente bajo los perfiles de tracción (5) en el centro de cada cuadrante (6). Cada cuadrante de captadores esta dispuesto en tres filas de módulos con cuatro elementos (8), unidos de dos en dos a través de pletinas (8a), sustentadas sobre una estructura o perfilería y atornilladas al marco del captador. Dichas perfilerías se encuentran a su vez soldadas a una estructura tubular de soporte (12) con sus correspondientes rodamientos de giro (11) a ambos lados, que van unidos a las vigas verticales principales, garantizando Ia integridad estructural de los captadores, como sistema de basculación de los captadores.
Dispone de un actuador lineal que consiste en un perfil o viga de tracción(5), apoyado sobre cojinetes (5b) que se desliza sobre las vigas o perfil de apoyo (5a) por medio de un brazo o palanca (13) unido a través de una horquilla o eje de giro (13a), empujando todo el conjunto-cuadrante (6) hacia adelante o hacia atrás, desde los 0o a los 90°a través de cilindros de tracción ubicados en cada sector o pistón, y tuercas autoblocantes (8c) para el tope de los cilindros, variando su inclinación en función de Ia latitud o de Ia estación. La estructura y el sistema de fijación de los captadores solares permitirán las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar a Ia integridad de los propios captadores. Por su parte, toda Ia estructura o plataforma circular, está dispuesta en retícula, está apoyada en un eje central de giro (10) de gran sección que descansa sobre un taco de apoyo oscilante y cojinetes de apoyo, Io que permite girar toda Ia plataforma 360°. Este eje está anclado a Ia placa base central y a Ia cimentación.
Para soportar Ia carga vertical de toda Ia estructura y permitir su giro, Ia plataforma dispone de ruedas guía de apoyo y traslación(9) que soportan el peso de cada viga haciéndola girar sobre el carril de rodadura.
Para los seguidores circulares de mayor tamaño, se intercala por cada 3 ruedas guía (9) una rueda motriz,(3) preparadas para Ia instalación del sistema de tracción basado en motoreductores necesarios para mover todo el seguidor. El eje de giro descansa sobre cojinetes de apoyo.
Cada una de las anteriormente mencionadas filas de captadores (8) del seguidor, variará en función de las dimensiones de Ia instalación. Descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como Ia forma de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a Ia práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de Ia indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente Ia protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Seguidor solar de dos ejes, del tipo que a través de sistemas que siguen Ia trayectoria del sol se utiliza para mejorar Ia producción de los paneles fotovoltaicos captando Ia máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible, caracterizado por ser circular, con posibilidad de giro de 360° en ambos sentidos y válido tanto para pequeñas como para grandes instalaciones entre 5kWp y 2MWp ó 50m2 y 25.000m2. Cuya estructura contiene sistemas de abatimiento de 0o a 90° para los componentes de captación solar, Io que garantiza Ia perpendicularidad de Ia radiación solar del mismo. Fabricado en cualquier tipo de material. Dicha estructura gira apoyada sobre un poste pivotante o eje central y es guiada por roderas adaptadas a cada tipo de superficie donde se coloque, mediante raíles, ruedas.. etc, e impulsado por torres o trenes de avance accionados por servomotores con reductores, turbinas hidráulicas u otros dispositivos, dependiendo de Ia superficie y tamaño de Ia misma.
2. Sistema de seguimiento solar de dos ejes, según Ia reivindicación 1 .caracterizado por ser orientable y graduado dependiendo de Ia estación del año y latitud. De tal forma que Ia radiación solar siempre será perpendicular al elemento captador, a cualquier hora del día y cualquier día del año en cualquier latitud, maximizando así Ia captación solar.
3. Sistema de seguimiento solar de dos ejes, según Ia reivindicación 1 caracterizado por que puede albergar un amplio rango de potencias sobre él (desde 5kWp a 2MWp y desde 50m2 a 25.000m2) de captadores solares.
4. Sistema de seguimiento solar de dos ejes, según Ia reivindicación 1 .caracterizado por ser válido para cualquier sistema de captadores solares, fotovoltaicos, térmicos, concentración... etc.
5. Sistema de seguimiento solar de dos ejes, según Ia reivindicación 1 .caracterizado porque su ubicación puede ser tanto terrestre (en el suelo o elevado sobre estructuras adicionales), como flotante. Simplemente sustituyendo Ia estructura de hierro por flotadores.
6. Sistema de seguimiento solar de dos ejes, según Ia reivindicación 1 .caracterizado por ser válido para producir energía eléctrica con paneles fotovoltaicos o espejos cilindro-parabólicos, hidrógeno, vapor con captadores termo-solares... etc., bombear agua o desalinizarla, entre otras.
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