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ES2253099B1 - Seguidor solar. - Google Patents

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ES2253099B1 ES200402167A ES200402167A ES2253099B1 ES 2253099 B1 ES2253099 B1 ES 2253099B1 ES 200402167 A ES200402167 A ES 200402167A ES 200402167 A ES200402167 A ES 200402167A ES 2253099 B1 ES2253099 B1 ES 2253099B1
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Abstract

Seguidor solar caracterizado por disponer los paneles fotovoltaicos en filas separadas a diferente nivel y dos vertientes, favoreciendo su ventilación y la dilatación del marco, sujetos mediante horquillas y pinzas a un soporte (3) que se amarra al bastidor (4) en forma de H sustentando sobre apoyos oscilantes de un castillete de baja altura que sostiene toda la estructura, pudiendo variar su inclinación mediante tensor, siendo los largueros (4a) laterales ampliables para albergar más filas de paneles (1), ya que el resto de componentes estructurales, castilletes, rodamientos, columna y zapata han sido sobredimensionados para tal fin.

Description

Seguidor solar.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, a un seguidor solar del tipo que a través de sistemas que siguen la trayectoria del sol se utiliza para mejorar la producción de los paneles fotovoltaicos captando la máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible aportando a dicha función una serie de características y prestaciones mejoradas y/o alternativas, respecto a lo ya conocido.
Más concretamente, la invención consiste en un seguidor solar, cuya estructura, que incorpora un sistema de fijación individual fácilmente accesible, disponiendo los paneles fotovoltaicos alineados en filas a diferente nivel, a dos vertientes, sin contacto entre ellos, favoreciendo su ventilación y permitiéndoles dilatarse libremente y minimizando su resistencia estructural al viento, permite alcanzar grandes dimensiones albergando mayor número de paneles fotovoltaicos.
Campo de la invención
Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación e instalación de paneles y estructuras destinados aprovechamiento de la energía solar.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, los seguidores solares se utilizan para mejorar la producción de los paneles fotovoltaicos captando la máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible, a través de sistemas que siguen la trayectoria del sol.
Muchas son las firmas que comercializan seguidores solares y muchos los modelos con seguimiento tanto 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 la formación de grandes superficies a un solo nivel.
Esta solución dificulta la refrigeración de los paneles que disminuyen su rendimiento por el aumento de temperatura a razón de 0,5% por ºC. Esta agrupación está limitada además por razones de dilatación de los paneles, ya que las estructuras de soporte son rígidas y en ocasiones rodeadas por un marco que los encierra generándose esfuerzos entre paneles por diferencia de temperaturas entre la noche y el día. En la mayoría de los casos, los paneles se sujetan con amarres en los dos ejes, impidiendo su dilatación.
Otro de los grandes problemas es el derivado de su estabilidad, ya que al ser superficies planas, los puntos de amarre y giro, se sitúan fuera del plano que pasa por su centro de gravedad, provocando cargas estáticas asimétricas que limitan su peso y dimensiones para no sobrecargar los puntos de giro.
Esta situación se agrava por los esfuerzos derivados del viento que generan empujes y momentos de vuelco que las hacen poco estables.
Por otra parte cuando se trata de ejecutar las conocidas como "Huertas solares" mediante la agrupación de seguidores, se necesita emplear un gran número de los mismos, necesitando ocupar más terreno por razones de sombras entre ellos, lo que aumenta los costes finales en zapatas, zanjas e infraestructuras eléctricas.
De los dos ejes de seguimiento solar, orientación azimutal e inclinación, el primero es importante ya que proporciona una ganancia de producción del orden del 30%, mientras el segundo eje, que controla la inclinación, proporciona una ganancia del orden del 8%, restándole importancia.
Además, el eje de seguimiento azimutal, es fácilmente ejecutable ya que es una función exclusivamente horaria y por tanto uniforme a lo largo del año, el segundo eje, el de inclinación, varía según la elíptica del sol, su seguimiento es más complejo y en ocasiones, por su escasa ganancia, no compensa su ejecución, ya que complica el mecanismo del seguidor y va en merma de su robustez.
De hecho la mayoría de los grandes seguidores instalados hasta la fecha solo tienen seguimiento de un eje.
Otro aspecto a tener en cuenta, es la falta de previsión de cara a futuras ampliaciones, ya que la mayoría de inversores en este campo cuentan en el inicio con dudas o recursos limitados y empiezan con instalaciones reducidas que en poco tiempo se desean ampliar. Si esta ampliación no se ha previsto desde un principio, resulta complicada y costosa.
El avance en este campo pasa por la concepción de seguidores más grandes, robustos y fiables, pensados para una vida útil de hasta 25 años, que sean menos sensibles al viento y proporcionen a los paneles y en consecuencia a los inversores las mejores condiciones de durabilidad y rendimiento, reduciendo a su vez los costes específicos.
El nuevo Real Decreto 436/2004 del 12 de marzo amplía hasta 100 KW. el precio primado para la generación eléctrica de origen fotovoltaico, es pues, una necesidad actual para avanzar en esta materia, la fabricación de seguidores de gran tamaño.
Explicación de la invención
Con la presente invención se ha ideado por tanto un seguidor solar que tiene por objeto solventar los inconvenientes anteriormente señalados, diseñado con la mejores condiciones de instalación de forma que proporciona al panel fotovoltaico, elemento clave de la instalación, la máxima protección y efectividad durante su vida útil.
Para ello el seguidor solar se configura de forma que en su parte superior se sitúan los paneles fotovoltaicos en filas dispuestas separadamente a diferente nivel y a dos vertientes, dejando espacio suficiente entre ellas de modo que no se produzcan sombras entre paneles tanto al amanecer como al mediodía, permitiendo la instalación posterior, es decir, en una fase de ampliación, de las filas situadas en los extremos.
Cada panel está sostenido por horquillas a las que se amarra mediante pinzas atornilladas al marco, encontrándose estas a su vez sujetas solidariamente a una tubería de soporte y distanciadas entre sí en función del ancho del panel, formando, las tuberías de soporte con sus correspondiente horquillas cada una de las antedichas filas de paneles del seguidor solar, variando su número en función de las dimensiones y necesidades de la instalación.
Las tuberías de soporte incorporan unas semibridas que sirven de amarre al bastidor, el cual adopta una forma en H y sostiene toda la estructura, estando los largueros laterales especialmente diseñados para ser ampliables y albergar más filas de paneles, tal como se ha comentado.
El bastidor está constituido por un tubo central de gran sección que forma la H y que descansa sobre dos apoyos oscilantes previstos en el castillete de la estructura, disponiendo de una biela donde se fija mediante bulón un tensor encargado de variar la inclinación del seguidor bien manualmente, en función de la latitud o de la estación, cuando se trate de ejecución del seguidor de un solo eje, o bien automáticamente, montando en su lugar un servocilindro comandado de forma automática o células fotosensibles que gobernará la inclinación del seguidor para conseguir el seguimiento en dos ejes.
El castillete, a su vez, se atornilla sobre el aro superior de un rodamiento de gran tamaño cuya cara inferior estará adecuadamente tallada para que engrane en el piñón de un motoreductor encargado de proporcionar la orientación azimutal, con gran precisión, estando el aro inferior de dicho rodamiento atornillado a la brida de la columna donde se fija el motoreductor.
Esta columna, de gran diámetro, dispone ventajosamente de una puerta accesible autoventilada y lleva en su interior posicionadas las placas en las que se fijarán los inversores encargados de transformar la corriente continua proporcionada por los paneles en corriente alterna senoidal como exige la conexión a red.
La columna se ventila a través del flujo de aire que entra por la mencionada puerta y sale por unas lumbreras enrejilladas, de forma que cuando la temperatura en el interior de la misma se eleve por encima de la prevista, arrancará un extractor accionado por un motor de 0,1 Kw, que fuerza el flujo de aire para sacar el calor y mejorar el rendimiento de los inversores y alargar su vida útil.
Finalmente, la columna se embebe en el hormigón que forma la zapata quedando fijada la estructura a través de una pluralidad de varillas de anclaje radiales de acero que rigidizan el conjunto, mientras los cables que unen los inversores a la red atraviesan la zapata enfundados en un tubo acodado para acceder hasta la red por una zanja excavada en el suelo.
De esta forma, el nuevo seguidor solar permite al panel trabajar bien enfocado al sol y a la menor temperatura posible, ya que prevé una buena ventilación que disipe su calor, es decir, abriendo espacios entre paneles.
Por otra parte, el marco de aluminio que protege al panel, se contrae y se dilata con los cambios de temperatura cada 24 horas, por lo que los espacios previstos en el nuevo seguidor solar permiten ejercer esta dilatación evitando esfuerzos no deseados que pueden ocasionar deformaciones y roturas.
Además, el seguidor solar al incorporar un sistema de fijación individual, fácilmente accesible permite una fácil reposición y/o verificación de su correcto funcionamiento.
A su vez los inversores encargados de transformar la corriente continua en alterna para accionamiento de máquinas o simplemente para conexión a la red, se hayan bien protegidos y ventilados, encontrándose, tal como se ha mencionado, en el interior de la columna practicable mediante una puerta accesible con lumbreras de aireación (hasta ahora estos inversores se colocan en el exterior, encerrados en armarios de ejecución intemperie, estancos al agua, lo que dificulta su disipación de calor, resultando más costosos).
El rodamiento encargado de soportar los esfuerzos y guiar el giro, es de gran diámetro, capaz de soportar grandes pesos y momentos de vuelco. El entronque entre columna y zapata se produce en un área mucho mayor, por lo que las tensiones puntuales en dicho entronque se reducen notablemente.
La invención prevé la posibilidad de variar, mediante la incorporación de un tensor regulable, la inclinación del seguidor para cada mes o estación del año, optimizando así el ángulo de inclinación más favorable, sin complicar en exceso el seguidor y obtener una ganancia adicional del orden del 4%.
Finalmente, el diseño del seguidor está concebido de forma que permite ser ampliado sin nuevas obras civiles. Para ello los elementos comunes como son zapatas, columna, rodamiento y bastidor están sobredimensionados teniendo en cuenta esta futura ampliación.
Estas peculiaridades hacen posible que, con este diseño, el seguidor solar pueda fabricarse en grandes dimensiones permitiendo mejorar la estabilidad y robustez de la instalación, dotando a los paneles, y en consecuencia a los inversores en este tipo de instalaciones, de un mejor rendimiento a la vez que se reducen los costes específicos y de ocupación del terreno.
Por otra parte, el diseño del seguidor solar de la invención cuida especialmente el comportamiento estructural del conjunto y su estabilidad frente a los vientos, ya que se trata de construir grandes estructuras de más de 10 m^{2}, capaces de albergar del orden de 80 paneles con más de 15 KWp de potencia.
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, le dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en sección longitudinal del nuevo seguidor solar según la invención.
La figura número 2.- Muestra un detalle ampliado del mecanismo de rodamiento de giro de orientación del seguidor.
La figura número 3.- Muestra una vista ampliada y en perspectiva del conjunto de amarre del panel a la estructura del seguidor solar.
La figura número 4.- Muestra una vista en alzado posterior del seguidor solar.
Realización preferente de la invención
A la vista de las comentadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en las mismas un ejemplo de realización preferente del seguidor solar, el cual comprende las partes que se indican a continuación:
-
1. Panel fotovoltaico
-
2. Horquilla soporte panel
-
2a. Pinza sujeción
-
3. Tubería de soporte paneles
-
4. Bastidor
-
4a. Larguero del bastidor
-
4b. Tubo central bastidor
-
5. Semibrida de amarre
-
6. Tensor manual de inclinación
-
7. Rodamiento de giro orientación
-
8. Motoreductor
-
9. Castillete
-
9a. Apoyos oscilantes
-
10. Placa fijación inversor
-
11. Columna
-
11a. Puerta
-
12. Zapata de hormigón
-
13. Tubo pasacables
-
14. Lumbrera aireación
-
15. Varilla radial de anclaje
-
16. Biela
-
17. Extractor.
De esta forma, tal como se puede apreciar en la figura 1, el seguidor solar se configura de forma que en su parte superior se sitúan los paneles fotovoltaicos (1) en filas dispuestas separadamente a diferente nivel y a dos vertientes, pudiendo ser instaladas con posterioridad, es decir en una fase de ampliación, las filas situadas en sus extremos.
Cada panel (1) está sostenido por dos piezas en forma de horquilla (2) a la que se amarra mediante cuatro pinzas (2a), tal como se aprecia la figura 3, atornilladas al marco del panel (1). Dichas horquillas (2) se encuentran a su vez soldadas a una tubería de soporte (3) y distanciadas entre sí en función del ancho del panel (1) mas el tornillo de apriete, formando, las tuberías de soporte (3) con sus correspondiente horquillas (2) cada una de las anteriormente mencionadas filas de paneles (1) del seguidor, cuyo número variará en función de las dimensiones de la instalación.
Las tuberías de soporte (3) incorporan de forma solidaria unas semibridas (5) que sirven de amarre al bastidor (4).
Este bastidor (4) a dos vertientes, en forma de H sostiene toda la estructura, siendo los largueros (4a) laterales que forman la H del bastidor (4) ampliables para albergar más filas de paneles (1) tal como se ha mencionado anteriormente.
Por su parte, el bastidor (4) está constituido por un tubo central (4b) de gran sección que forma la H y que descansa sobre dos apoyos oscilantes (9a) previstos en el castillete (9).
El tubo central (4b) dispone de una biela (16) donde se fija mediante bulón el tensor (6) encargado de variar la inclinación del seguidor solar en función de la latitud o de la estación, bien manualmente, cuando se trate de ejecución del seguidor de un solo eje, o bien automáticamente, montando en su lugar un servocilindro comandado por autómata o células fotosensibles que gobernará la inclinación del seguidor para conseguir el seguimiento en dos ejes.
El mencionado castillete (9) se atornilla sobre el aro superior de un rodamiento (7) de gran tamaño cuya cara inferior está tallada para que engrane en el piñón de un motoreductor (8) encargado de proporcionar la orientación azimutal, con gran precisión. El aro inferior de dicho rodamiento (7), por su parte, va atornillado a la brida de la columna (11) donde se fija el motoreductor (8), tal como se aprecia en el detalle A de la figura 2.
La columna (11), de gran diámetro, dispone de una puerta accesible autoventilada y lleva en su interior posicionadas las placas (10) donde se fijarán los inversores encargados de transformar la corriente continua proporcionada por los paneles (1) en corriente alterna senoidal como exige la conexión a red.
La columna (11) se ventila a través del flujo de aire que entra por la puerta (11a) y sale por las lumbreras (14) enrejilladas, de forma que cuando la temperatura en el interior de la misma se eleve por encima de la prevista, arrancará un extractor (17) accionado por un motor, que fuerza el flujo de aire para sacar el calor y mejorar el rendimiento de los inversores y alargar su vida útil.
Finalmente, la columna (11) se embebe en el hormigón que forma la zapata (12) quedando armados a través de una pluralidad de varillas de anclaje radiales (15) de acero que rigidizan el conjunto, mientras los cables que unen los inversores a la red atraviesan la zapata enfundados en un tubo (13) acodado para acceder hasta la red por una zanja excavada en el suelo.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (8)

1. Seguidor solar, del tipo que a través de sistemas que siguen la trayectoria del sol se utiliza para mejorar la producción de los paneles fotovoltaicos captando la máxima radiación de energía solar durante el mayor tiempo posible, caracterizado por el hecho de estar constituido de forma que en su parte superior se sitúan los paneles fotovoltaicos (1) en filas dispuestas separadamente a diferente nivel y a dos vertientes, favoreciendo su ventilación, y permitiendo la dilatación del marco; en que cada panel (1) está sostenido por dos piezas en forma de horquilla (2) a la que se amarra mediante cuatro pinzas (2a), atornilladas al marco del panel (1) que se encuentran a su vez soldadas a una tubería de soporte (3) y distanciadas entre sí en función del ancho del panel (1) y del tornillo de apriete, formando, las tuberías de soporte (3) con sus correspondiente horquillas (2) cada una de las mencionadas filas de paneles (1) del seguidor solar, cuyo número variará en función de las dimensiones de la instalación.
2. Seguidor solar, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las tuberías de soporte (3) incorporan de forma solidaria unas semibridas (5) que sirven de amarre al bastidor (4) en forma de H que sostiene toda la estructura, siendo los largueros (4a) laterales que forman la H del bastidor (4) ampliables para albergar más filas de paneles (1), ya que el resto de componentes estructurales, castillete, rodamientos, columna y zapata han sido sobredimensionados para tal fin.
3. Seguidor solar, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que el bastidor (4) está constituido por un tubo central (4b) de gran sección que forma la H que descansa sobre dos apoyos oscilantes (9a) previstos en el castillete (9), el cual se atornilla sobre el aro superior de un rodamiento (7) de gran tamaño cuya cara inferior está tallada para que engrane en el piñón de un motoreductor (8) encargado de proporcionar la orientación azimutal, con gran precisión, y el aro inferior de dicho rodamiento (7), va atornillado a la brida de la columna (11) donde se fija el motoreductor (8).
4. Seguidor solar, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la columna (11), de gran diámetro, dispone de una puerta (11a) que permite el acceso en su interior a las placas (10) donde se fijarán los inversores encargados de transformar la corriente continua proporcionada por los paneles (1) en corriente alterna senoidal como exige la conexión a red.
5. Seguidor solar, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en que la columna (11) se ventila a través del flujo de aire que entra por la puerta (11a) y sale por las lumbreras (14) enrejilladas, de forma que cuando la temperatura en el interior de la misma se eleve por encima de la prevista, arrancará un extractor (17) accionado por un motor, que fuerza el flujo de aire para sacar el calor y mejorar el rendimiento de los inversores y alargar su vida útil.
6. Seguidor solar, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la columna (11) se embebe en el hormigón que forma la zapata (12) quedando armados a través de una pluralidad de varillas de anclaje radiales (15) de acero que rigidizan el conjunto, mientras los cables que unen los inversores a la red atraviesan la zapata enfundados en un tubo (13) acodado para acceder hasta la red por una zanja excavada en el suelo, situándose el eje de gravedad de la estructura giratoria justo en el eje de los apoyos oscilantes (9a) situados sobre el centro del castillete (9) de baja altura, contribuyendo a mejorar la estabilidad y facilitar el accionamiento que modifica el ángulo de inclinación de dicha estructura a la vez que reduce los momentos de vuelco sobre el rodamiento (7).
7. Seguidor solar, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en un ejemplo de realización de un solo eje, el tubo central (4b) del bastidor (4) dispone de una biela (16) donde se fija mediante bulón el tensor (6) encargado de variar la inclinación del seguidor solar en función de la latitud o de la estación.
8. Seguidor solar, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en un ejemplo de realización de dos ejes, el tubo central (4b) del bastidor (4) dispone de un servocilindro comandado por autómata o células fotosensibles que gobierna la inclinación del seguidor solar en función de la latitud o de la estación.
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