MX2013000499A - Sistema robotico para heliostatos y metodo de operacion. - Google Patents

Abstract

Un sistema y método para operar un controlador robótico para posicionar de manera automática múltiples superficies solares con el fin de aumentar la generación de energía solar desde las superficies solares. En una realización, el controlador robótico viaja en una viga sellada y ajusta las superficies solares mediante el uso de comunicación magnética.

Description

SISTEMA ROBÓTICO PARA HELIÓSTATOS Y MÉTODO DE OPERACIÓN SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica prioridad en base a la solicitud provisional de patente estadounidense N° 61/364.729 presentada el 15 de julio de 2010, y la solicitud provisional de patente estadounidense N° 61/419.685 presentada el 3 de diciembre de 2010, todas las cuales se incorporan a la presente en carácter de referencia. Esta solicitud se relaciona con la solicitud de utilidad estadounidense N° 13/1 18.274, la cual se incorpora a la presente en carácter de referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a dispositivos de seguimiento solar y calibración, y en particular, a sistemas de seguimiento para sistemas fotovoltáicos, fotovoltáicos concentrados, y solares térmicos concentrados que requieren un reposicionamiento constante para mantener la alineación con el sol.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En un intento de reducir el precio de la energía solar, se han realizado muchos desarrollos para disminuir el costo de reposicionar y calibrar, de forma precisa, una superficie con dos grados de libertad. En sistemas térmicos solares concentrados, los conjuntos ordenados de helióstatos pueden utilizar mecanismos de reposicionamiento de eje dual para redirigir la luz solar a una torre central, haciendo que el vector normal del espejo del heliostato bifurque el ángulo entre la posición actual del sol y el objetivo. El calor generado en la torre central puede, entonces, ser utilizado para crear vapor para aplicaciones industriales o electricidad para la grilla de utilidad.

Los sistemas foto voltaicos concentrados (FVC) aprovechan las ventajas de los mecanismos de eje dual para lograr una posición en donde el vector normal de la superficie FVC coincide con el vector de posición solar. Cuando la superficie FVC está alineada con el sol, las ópticas internas pueden concentrar la luz solar en una célula fotovoltaica, pequeña, de alta eficiencia.

Los sistemas de posicionamiento de eje dual también permiten que sistemas fotovoltaicos de placas planas (FV) produzcan más energía a través del seguimiento solar. En comparación con sistemas de inclinación fija, los sistemas FV de eje dual producen 35-40% más energía en una base anual. Si bien este aumento en la producción de energía puede parecer atractivo, la tecnología actual marginaliza el valor del seguimiento solar biaxial aumentando el costo de capital total del sistema y los costos de mantenimiento en un 40-50%.

Las soluciones tradicionales al problema de controlar y calibrar una superficie individual caen dentro de una de tres categorías principales: el accionamiento activo individual, el agrupamiento de módulos o espejos, y el control pasivo. En el modelo de accionamiento activo individual, cada sistema de eje dual requiere dos motores, un microprocesador, un suministro de energía de respaldo, cableado del campo, y un sistema electrónico para controlar y calibrar cada superficie. Más aún, todos los componentes deben tener una vida útil de más de 20 años y el sistema debe estar sellado para protegerse del duro ambiente de la instalación. En un intento de distribuir el costo fijo de controlar una superficie individual, los ingenieros de pensamiento convencional dentro del paradigma de accionamiento individual están construyendo helióstatos de 150 metros cuadrados (mA2) y seguidores FV/FVC de 225 metros cuadrados. Si bien los costos de control se reducen en este tamaño, los seguidores grandes tienen mayores requisitos de acero, de base y de instalación.

Otro enfoque intenta resolver los problemas de costo fijo de control juntando múltiples superficies con un cable o unión mecánica. Si bien esto distribuye los costos de accionamiento de motor, tiene requisitos estrictos con respecto al aplanamiento del suelo, complica en gran medida el proceso de instalación, y lleva aparejado un mayor costo de acero, debido a la rigidez necesaria de los enlaces mecánicos. Debido al constante arreglo del suelo y a las imperfecciones en la fabricación e instalación, los helióstatos y sistemas FVC requieren ajustes individuales que aumentan la complejidad del sistema y los costos de mantenimiento.

Los sistemas pasivos que utilizan fluidos hidráulicos, barras bimetálicas, o materiales bio-inspirados para seguir al sol están limitados a aplicaciones de placa fotovoltaica plana y su funcionamiento es inferior comparado con sistemas accionados individualmente o en grupo. Más aún, estos sistemas no pueden ejecutar algoritmos de vuelta atrás (backtracking) que optimizan los campos solares para el rendimiento de la energía y el grado de cobertura del terreno.

COMPENDIO Un controlador robótico para controlar una posición de múltiples superficies solares en respuesta al movimiento de ruedas de ajuste de las múltiples superficies solares, teniendo cada superficie solar una rueda de ajuste de superficie solar correspondiente, estando el controlador robótico ubicado en una viga, e incluyendo el controlador robótico una unidad de procesamiento, una unidad de determinación de ubicación, acoplada de manera comunicativa a la unidad de procesamiento, para determinar una posición del controlador robótico, un sistema de accionamiento para mover el controlador robótico a lo largo de la viga en respuesta a instrucciones recibidas de la unidad de procesamiento, un sistema de determinación de ajuste para determinar primeros parámetros de ajuste para una primera rueda de ajuste de superficie solar de las ruedas de ajuste de las múltiples superficies solares; y un sistema de enganche para ajustar la primera rueda de ajuste de superficie solar en base a los primeros parámetros de ajuste.

En este texto se ilustran y describen realizaciones y aplicaciones particulares de la presente invención, y debe comprenderse que la invención no está limitada a la construcción y componentes precisos aquí descriptos y, que pueden realizarse varias modificaciones, cambios y variaciones en la disposición, operación y detalles de los métodos y aparatos de la presente invención sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, según se establece en las reivindicaciones.

En una realización, la invención puede usarse en conjunto con un heliostato o seguidor solar cuyo microprocesador, accionamiento azimutal, accionamiento de elevación, sistema de control central y cableado han sido retirados. La eliminación de estos componentes permite una reducción extrema de costos con respecto a sistemas convencionales, y crea un cuarto paradigma de accionamiento: pasivo con control robótico activo. En este modelo, un único controlador robótico asume los deberes funcionales de calibrar y ajustar dos o más superficies solares en un espacio 3D.

En una segunda realización de la presente invención, un controlador robótico puede moverse entre superficies solares pasivas y controlar de forma precisa la rotación de una o más ruedas de ajuste cerca de la superficie mencionada anteriormente. Estas ruedas de ajuste pueden estar conectadas a un árbol o eje rígido o flexible que puede estar enrutado a un tren de engranajes, un conjunto de tornillos de avance, o directamente a la superficie solar. El tren de engranajes, el conjunto de tornillos de avance, o el sistema de accionamiento directo transforma movimiento rotatorio de entrada en movimiento de la superficie solar. Si el tren de engranajes, el conjunto de tornillos de avance, o el sistema de accionamiento directo puede accionarse hacia atrás, se pueden utilizar ruedas de ajuste adicionales para accionar mecanismos de freno. El controlador robótico es capaz de reposicionar una superficie solar en dos o más ejes geométricos a través del control de una o más ruedas de ajuste y, por lo tanto, reemplaza 100+ grupos de cableado, motores, controladores centrales y sensores de calibración. También elimina la suposición central de la ingeniería- un costo alto y relativamente fijo por superficie -que impulsa el desarrollo de heliostatos y seguidores solares grandes.

Debido a que un robot individual debe soportar de 5 a 8 millones de ciclos de ajuste por año, la interfaz de ajuste ideal no empleará contacto para controlar la posición de la rueda de ajuste. En una tercera realización, la invención puede utilizar una interfaz magnética o electromagnética para controlar la rotación de las ruedas de ajuste. Si se utiliza un mecanismo con motor de flujo axial, la interfaz de rueda de ajuste del controlador robótico puede no contener ninguna parte móvil.

En una cuarta realización, el controlador robótico puede detectar la posición de una rueda de ajuste antes, durante, y después del ajuste. Esto puede lograrse a través del uso de sensores de efecto Hall en el controlador robótico y de un imán o pieza de metal en la rueda de ajuste. Métodos de detección metálica incluyen, pero no están limitados a: Frecuencia Muy Baja (VLF, por sus siglas en inglés), Inducción de Pulso (PI, por sus siglas en inglés), Oscilación de Frecuencia de Batido (BFO, por sus siglas en inglés). El robot también puede usar sistemas de marcado o métodos de detección ópticos, electromagnéticos, o físicos para determinar la posición instantánea de una rueda de ajuste. Esta interfaz también puede utilizarse para detectar una estación individual de una superficie solar para reducir la complejidad de un mecanismo de detección de estación individual del robot.

En una quinta realización, el controlador robótico está optimizado para el ajuste rápido de superficies solares. El ajustador robótico puede analizar rápidamente: 1) la ubicación del controlador robótico en un espacio 3D, 2) su relación con respecto a una superficie solar en un espacio 3D, 3) la posición actual del sol en base al momento del día y la ubicación, y 4) la posición de apunte deseada. Una vez que se conocen estas cuatro variables, el controlador robótico puede calcular la cantidad necesaria de ajuste para una superficie solar individual. Para aplicaciones FV y FVC, la superficie solar puede apuntar directamente en dirección al sol o a un ángulo óptimo, según lo definan los algoritmos de control de vuelta atrás (backtracking). Además, para aplicaciones FV, el robot puede utilizar métodos existentes que dependen de información con respecto a la ubicación, fecha y momento del día para determinar la posición del sol y apuntar el panel FV en forma de lazo abierto. Los sistemas de las torres de energía de los heliostatos requerirán que la superficie solar bisecte un ángulo entre el sol y un objetivo central. Como la superficies solares no se actualizarán constantemente, la posición óptima en algunas aplicaciones colocará la superficie de manera tal que esté en su mejor orientación a mitad de camino entre ajustes. Por ejemplo, si 26 grados es el ángulo de elevación óptimo al momento del ajuste, y 27 grados será el nuevo máximo al momento del ajuste subsiguiente, un controlador robótico puede colocar la superficie a una inclinación de 26,5 grados.

Una vez hecho el cálculo, el controlador robótico puede usar una interfaz de ajuste incorporada para controlar la posición de una superficie solar. El paso final en el proceso del controlador robótico es analizar la distancia con respecto a una estación de ajuste adyacente, y utilizar un mecanismo de accionamiento incorporado o externo para reposicionarse para un ajuste subsiguiente.

En una sexta realización, se pueden utilizar dos, tres o más grados de controladores robóticos para reposicionar, de manera eficaz en cuanto al costo, un campo de superficies solares. El control robótico más costoso, de grado superior, puede incluir todos los mecanismos necesarios para calibrar y ajustar con precisión un campo de superficies solares. El controlador robótico de grado medio puede contener todos los mecanismos necesarios para reposicionar una superficie solar y estaría construido para soportar diez o más años de operación en campo. El controlador robótico de grado inferior puede tener el número mínimo de componentes funcionales para ajustar una superficie solar rápidamente, y puede estar fabricado para favorecer el bajo costo sobre la longevidad.

El campo accionado pasivamente ideal podría utilizar un controlador robótico de grado superior para fines de calibración y re-calibración inicial. Los controladores robóticos de grado medio podrían utilizarse para la operación normal y ajustarían las superficies solares en base a información enviada desde el controlador robótico de grado superior. Los controladores robóticos de grado inferior podrían usarse en situaciones de emergencia y permitirían un desenfoque (defocus) y/o resguardo contra el viento (wind stow) rápido y económico.

En una séptima realización un campo de controladores robóticos se comunican entre ellos y/o con un sistema de control central a través de una red inalámbrica, un sistema de conexión directa, un interruptor externo, o mediante el almacenamiento de datos cerca de superficies solares individuales o grupos de superficies solares.

En una octava realización, el controlador robótico incluye múltiples interfaces de ruedas de ajuste de manera que una multiplicidad de superficies solares puedan ajustarse simultáneamente.

En una novena realización, el controlador robótico puede controlar la posición de una rueda de ajuste individual o de ruedas de ajuste, sin detenerse. Esto puede lograrse mediante el uso de un sistema de engranaje de cremallera y piñón que utiliza contacto, magnetismo y/o electromagnetismo para rotar una rueda de ajuste.

En una décima realización, el controlador robótico puede moverse entre estaciones a través de un tubo sellado herméticamente para impedir el ingreso de objetos grandes, agua y polvo. También puede ser deseable que el controlador robótico esté sellado herméticamente para agregar otra capa de protección contra el ingreso de objetos.

En una décimo primera realización, el tubo de transporte del robot puede estar enrutado de manera tal que los controladores robóticos puedan ser devueltos fácilmente a una ubicación central.

En una décimo segunda realización, dos o más controladores robóticos pueden ajustar un grupo de superficies solares. Esto permite que el sistema de reposicionamiento de superficies solares sea redundante en caso de una sola falla robótica.

En una décimo tercera realización, el controlador robótico puede incluir un sistema de control de clima incorporado que utiliza disipadores de calor, sistemas activos de enfriamiento/calentamiento, y mecanismos de control de humedad para mantener un ambiente y temperatura constantes para los componentes internos. Este sistema es particularmente útil para extender la vida útil de varios mecanismos de almacenamiento de energía incorporados.

En una décimo cuarta realización, el controlador robótico puede cargarse de manera inalámbrica. Si se utilizan bobinas electromagnéticas para controlar la rotación de las ruedas de ajuste, esta interfaz puede ser reutilizada para cargar de manera inductiva un sistema de almacenamiento de energía incorporado.

En una décimo quinta realización, el controlador robótico puede incluir un sistema de diagnóstico capaz de transmitir el estado general de los componentes incorporados en el controlador, a otros controladores robóticos y/o a un sistema de control central. El sistema de diagnóstico puede transmitir un mensaje regular y periódico al operador remoto o se puede acceder a la información cuando sea necesario. Este sistema también puede utilizarse para garantizar la calidad en campo de seguidores o heliostatos pasivos, ya que el robot puede medir activamente la cantidad de torsión/ torque o energía necesaria para controlar la posición de una rueda de ajuste de superficie solar. Este sistema también puede utilizarse para la detección de defectos en el caso de que una rueda de ajuste de superficie solar no pueda ser rotada. El controlador robótico también puede utilizar sensores incorporados para determinar si el tubo de transporte del robot tiene alguna falla.

En una décimo sexta realización, se pueden detectar superficies solares defectuosas para aplicaciones FV y FVC. En este modelo, el controlador robótico puede comunicarse con un sistema central de recolección de energía para determinar la generación de energía inmediata desde un campo de superficies solares. Si una única superficie solar es rotada en dirección opuesta al sol, y el sistema central de recolección de energía no detecta cambios en la generación, el controlador robótico puede considerar que la superficie solar está defectuosa. También puede colocar la superficie solar en una orientación especial para alertar a los trabajadores de mantenimiento del campo sobre el hecho de que una pieza de un sistema FV o FVC está funcionando mal.

En una décimo séptima realización, se pueden incorporar varios protocolos y algoritmos de control pre-programados al controlador robótico para que éste maneje diferentes situaciones a nivel del campo. Estos algoritmos de control robótico también pueden ser actualizados por un operador en campo o un operador remoto.

En una décimo octava realización, se pueden incorporar varios dispositivos de seguridad en el robot, para impedir la ingeniería inversa y el robo. El robot también puede incluir un dispositivo de seguimiento que permita la recuperación de robots perdidos o robados.

Las características y ventajas aquí descriptas no son completamente inclusivas y, en particular, características y ventajas adicionales serán evidentes para los expertos en el arte en vista de los dibujos y la descripción. Más aun, debe tenerse en cuenta que el lenguaje utilizado en la descripción ha sido seleccionado principalmente a fin de facilitar la lectura y las instrucciones, y puede no haber sido seleccionado para delinear o circunscribir el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración de una superficie solar pasiva que puede ser reposicionada en forma precisa sin un microprocesador individual, motor de accionamiento azimutal, un motor accionador de elevación, un sistema de control central, un suministro de energía de respaldo, o un sensor de calibración, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 2 es una ilustración de un seguidor solar o heliostato pasivo que no requiere una reducción de engranajes para transformar el movimiento rotatorio de entrada de una rueda o de ruedas de ajuste en un control de un único eje o de eje dual de una superficie solar, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 3 es una ilustración de un controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 4 es una ilustración de una realización de una interfaz que no emplea contacto entre un controlador robótico y una rueda de ajuste.

La Figura 5 es una ilustración de varios componentes del controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 6 es un diagrama de flujo de la operación del controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 7 es un diagrama de flujo de la operación de un controlador robótico de grado medio de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 8 es un diagrama de flujo de la operación de un controlador robótico de grado inferior de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 9 es una ilustración de algunas técnicas de comunicación que pueden utilizar los controladores robóticos de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 10 es una ilustración de un controlador robótico con múltiples interfaces de ruedas de ajuste de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 11 es una ilustración de un controlador robótico capaz de controlar ruedas de ajuste sin detenerse en una estación de ajuste de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 12 es una ilustración que muestra la forma en la cual un tubo de transporte de robot puede ser enrutado en un sistema con muchas superficies solares de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 13 es una ilustración de un sistema de control de clima para el controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 14 es una ilustración de un controlador robótico que utiliza una interfaz inalámbrica de transmisión de energía para cargar un mecanismo de almacenamiento de energía de acuerdo con una realización de la presente invención.

La Figura 15 es un diagrama de flujo de un proceso operativo de un sistema de diagnóstico y garantía de calidad incorporado en un controlador robótico, de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las figuras ilustran varias realizaciones de la presente invención con fines ilustrativos solamente. Un entendido en la materia reconocerá fácilmente, a partir de la siguiente descripción, que pueden emplearse realizaciones alternativas de las estructuras y métodos aquí ilustrados sin apartarse de los principios de la invención aquí descripta.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN A continuación, se describe una realización preferida de la presente invención con referencia a las figuras, en donde números de referencia idénticos indican elementos idénticos o similares funcionalmente. También en las figuras, los dígitos que aparecen más a la izquierda de cada número de referencia corresponden a la figura en la cual se usa el número de referencia por primera vez.

Las referencias en la descripción a "una primera realización", "una segunda realización" o "una realización" (por ejemplo) significan que una característica o estructura particular descripta en conexión con las realizaciones, está incluida en al menos una realización de la invención. Las apariciones de la frase "en una primera realización", "en una segunda realización", o "en una realización" (por ejemplo) en varios lugares de la descripción no se refieren, todas ellas, necesariamente a la misma realización.

Algunas porciones de la descripción detallada que sigue a continuación, se presentan en términos de algoritmos y representaciones simbólicas de operaciones en bits de datos dentro de una memoria de una computadora. Estas descripciones y representaciones algorítmicas son los medios utilizados por los entendidos en la materia de procesamiento de datos para transmitir más eficazmente la sustancia de su trabajo a otros entendidos en la materia. Un algoritmo se concibe aquí, y en general, como una secuencia intrínsecamente coherente de pasos (instrucciones) que llevan a un resultado deseado. Los pasos son aquellos que requieren la manipulación física de cantidades físicas. Usualmente, aunque no necesariamente, estas cantidades toman la forma de , señales eléctricas, magnéticas u ópticas, capaces de ser almacenadas, transferidas, combinadas, comparadas o manipuladas de otro modo. Es conveniente, a veces, principalmente por razones de uso común, referirse a estas señales como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, términos, números o lo similar. Más aún, también es conveniente, a veces, referirse a ciertas disposiciones de pasos que requieren manipulaciones físicas o la transformación de cantidades físicas o representaciones de cantidades físicas como módulos o dispositivos de código, sin perder la generalidad.

Sin embargo, todos estos términos y términos similares deben ser asociados con las cantidades físicas apropiadas y son meramente etiquetas convenientes aplicadas a estas cantidades. A menos que se establezca específicamente lo contrario, o que ello sea evidente a partir de la siguiente discusión, se entiende que en toda la descripción, la utilización de términos tales como "de procesamiento" o "de computación'V'computacional", o "de cálculo" o "que determinan" o "que representan" o lo similar, se refieren a la acción y procesos de un sistema de computación, o dispositivos electrónicos de computación similares (tales como una máquina de computación específica), que manipula y transforma datos representados como cantidades físicas (electrónicas) dentro de las memorias o registros del sistema de computación u otros dispositivos de almacenamiento, transmisión o visualización de información.

Ciertos aspectos de la presente invención incluyen pasos e instrucciones de procesos descriptos aquí en forma de un algoritmo. Debe notarse que los pasos e instrucciones de procesos de la presente invención pueden estar representados en software, firmware o hardware y, cuando estén representados en software, pueden ser descargados para almacenarse en, y ser operados desde diferentes plataformas utilizadas por una variedad de sistemas operativos. La invención también puede estar en un producto de programa de computación que puede ejecutarse en un sistema de computación.

La presente invención también se refiere a un aparato para llevar a cabo las operaciones aquí descriptas. Este aparato puede estar construido especialmente para estos fines, por ejemplo, una computadora específica, o puede comprender una computadora de propósitos generales activada selectivamente o reconfigurada por un programa de computación almacenado en la computadora. Dicho programa de computación puede estar almacenado en un medio legible por computadora, tal como, pero sin estar limitado a, cualquier tipo de disco, incluyendo disquetes, discos ópticos, CD-ROMs, discos magneto-ópticos, memorias de sólo lectora (ROMs), memorias de acceso aleatorio (RAMs), EPROMs, EEPROMs, tarjetas magnéticas u ópticas, circuitos integrados de aplicación específica (ASICs), o cualquier tipo de medio adecuado para almacenar instrucciones electrónicas, estando cada uno acoplado a un bus de sistema de computación. La memoria puede incluir cualquiera de los dispositivos anteriores y/u otros dispositivos que puedan almacenar información/datos/ programas. Además, las computadoras mencionadas en la descripción pueden incluir un único procesador o pueden emplear diseños de múltiples procesadores para una capacidad de computación aumentada.

Los algoritmos y representaciones aquí descriptos no están intrínsecamente relacionados a una computadora u otro aparato particular. Varios sistemas de fines generales pueden ser utilizados con programas de acuerdo con las revelaciones de esta invención, o puede ser conveniente construir aparatos más especializados para llevar a cabo los pasos del método. La estructura para una variedad de estos sistemas será evidente a partir de la siguiente descripción. Además, la presente invención no se describe con referencia a ningún lenguaje de programación particular. Se apreciará que pueden utilizarse una variedad de lenguajes de programación para implementar las revelaciones de la presente invención, y cualquier referencia a lenguajes específicos se proporciona para describir el modo más óptimo de la presente invención.

Además, el lenguaje utilizado en la descripción ha sido seleccionado principalmente para que sea de fácil lectura y con fines instructivos, y puede no haber sido seleccionado para delinear o circunscribir el objeto de la invención. En consecuencia, la descripción de la presente invención tiene por objeto ilustrar, pero no limitar, el alcance de la.misma.

Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 muestra una superficie pasiva (101) que puede ser reposicionada en forma precisa sin un microprocesador individual, un motor de accionamiento azimutal, un motor de accionamiento de elevación, un sistema de control central, un suministro de energía de respaldo, o un sensor de calibración. Dos ruedas de ajuste (102) controladas por un único controlador robótico pueden accionar este sistema a través de un árbol o eje (103) flexible o rígido. El sistema ilustrado usa un cable flexible para transmitir un movimiento rotatorio desde una rueda de ajuste fija al tren de engranajes azimutal (104) y el conjunto de tornillos de avance de elevación (105). Es deseable contar con ruedas de ajuste fijas, ya que permiten que un controlador robótico relativamente simple se mueva a lo largo de una viga o tubo (106). Sin embargo, esta limitación en el diseño no es necesaria ya que el controlador robótico no necesita estar confinado a un trayecto establecido, y se puede mover libremente a lo largo de un campo de superficies solares.

La viga de transporte del robot puede incluir un cuadrado o un tubo circular huecos, hecho de aluminio, acero, metales no ferrosos, metales ferrosos, plástico o materiales compuestos. La superficie solar pasiva puede estar soportada por un número de tipos de base incluyendo, sin estar limitadas a: un pilar conducido (107), atornillado al suelo, balastado o asegurado, o simplemente atornillado a una superficie rígida. El tubo de transporte del robot también puede usarse con un soporte para superficies solares pasivas individuales.

La Figura 2 muestra una realización de un seguidor solar o heliostato pasivo que no requiere una reducción de engranajes para transformar el movimiento rotatorio de entrada de una rueda o ruedas de ajuste (102) en un control de único eje o eje dual de una superficie solare. El sistema puede ser accionado de una forma inclinada directamente por un árbol o eje de accionamiento flexible (103). En una realización, el árbol o eje e accionamiento flexible se conecta directamente con una articulación con pernos (201) que está sujetada de manera fija a un eje rotatorio. La rotación de la rueda de ajuste, por lo tanto, altera la rotación de la superficie solare de una manera 1 : 1 en un eje. Este sistema puede utilizar fricción para trabar la posición de una superficie solar u otros mecanismos de freno activo descriptos en la Solicitud de Patente N° 13/1 18,274, a la que se hizo referencia anteriormente.

La Figura 3 muestras el paradigma de accionamiento esencial de la invención, de sistemas pasivos con un control robótico activo. Un controlador robótico (301) puede propulsarse a lo largo de una viga (106), frenar cerca de una superficie solar (101), y controlar de forma precisa la rotación de una o mas ruedas de ajuste (102) unidas a la superficie solar mencionada anteriormente, utilizando una interfaz de rueda de ajuste (302) incorporada. Cada rueda de ajuste está conectada a un árbol o eje rígido o flexible que puede estar enrutado para acomodarse a muchos diseños de seguidores pasivos. La presente invención se concentra en características del controlador robótico que aseguren que las ruedas de ajustes sean reposicionadas de manera confiable y precisa.

Es deseable proveer una gran cantidad de torsión de entrada a las ruedas de ajuste de manera de disminuir la reducción de engranajes necesaria para reposicionar una superficie solar. Se pueden utilizar métodos de ajustes basados en el contacto, pero tienden a una alineación de estaciones mediocre, fatiga mecánica, y son difíciles de sellar y aislar del ambiente de instalación. De ser necesario, el controlador robótico puede usar sistemas basados en el enganche mecánico positivo, fricción, o succión, por ejemplo, para controlar mecánicamente la rotación de una rueda de ajuste.

La Figura 4 muestra una realización de una interfaz que no emplea contacto entre un controlador robótico y una rueda de ajuste (102). Este sistema usa electromagnetos (401) controlados individualmente para rotar una rueda de ajuste metálica. La rueda de ajuste puede tener una forma metálica específica (402) que permite que patrones de activación de ciertas bobinas electromagnéticas alteren su grado de rotación. Otros sistemas/realizaciones pueden utilizar imanes o magnetos permanentes en la rueda de ajuste y/o imanes permanentes en el controlador robótico (301). Los sistemas que utilizan un imán permanente o una interfaz de ajuste basada en el contacto pueden estar conectados a un sistema de accionamiento rotatorio para rotar la rueda de ajuste. Los sistemas que utilizan electromagnetos del lado del controlador robótico pueden estar en estado sólido. En muchas realizaciones, las interfaces de ajuste que utilizan electricidad para controlar la rotación de una rueda de ajuste, usan electromagnetos, lo cual es muy efectivo en cuanto al uso de energía y a la perspectiva de vida útil del sistema para reducir la interfaz de ajuste a un simple motor de flujo axial o de inducción, en donde los componentes costosos están contenidos en el controlador robótico.

La Figura 4 también muestra que un controlador robótico puede contener un sistema para detectar la orientación de una rueda de ajuste antes, después y durante el ajuste. Estos sistemas pueden utilizar uno o más sensores (403) para detectar la posición de una marcación específica (404) en la rueda de ajuste. Tipos de marcaciones incluyen, pero no están limitadas a, materiales magnéticos o metálicos, hendiduras físicas, o marcaciones que puedan ser reconocidas a través de un mecanismo de detección óptica, electromagnética o electrostática. Este sistema es útil porque permite que el controlador robótico verifique que una superficie solar ha sido correctamente reposicionada mediante un número específico de rotaciones de entrada. También permite que el robot verifique que la rueda no ha rotado entre ajustes.

La Figura 5 muestra un panorama general de los componentes de un controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención. A partir de esta vista, se puede ver que el robot tiene ruedas intermedias (501) y de accionamiento (502) que lo mantienen alineado y lo impulsan a lo largo de una viga encerrada. Estas ruedas intermedias pueden ser accionadas por resorte para llevar al controlador robótico a uno o dos lados de la viga. El controlador robótico también puede incluir una cámara de calibración (503) y un mecanismo de emisión de luz estructurada para descubrir la orientación de una superficie solar en un espacio 3D. Para sistemas/realizaciones que utilizan una viga encerrada, se puede posicionar una ventana(s) u otras aberturas transparentes a una frecuencia particular en la viga cerca de una superficie solar. Esta(s) ventana(s) permite(n) que una cámara de calibración vea el lado inferior de la superficie solar. Perforar un orificio en el tubo de transporte de robot puede crear esta ventana. Para permitir que la viga se mantenga sellada, una pieza de vidrio, plástico u otro material transparente puede cubrir el orificio.

Para reposicionar una superficie solar, el controlador robótico debe ser capaz de controlar la posición de una o más ruedas de ajuste. Esto puede lograrse a través del uso de una interfaz de ajuste que puede incluir bobinas electromagnéticas en estado sólido (401) que pueden ser activadas/desactivadas individualmente. Los sensores de rotación (403) de las ruedas de ajuste pueden permitir al controlador robótico que determine la posición instantánea de la rueda de ajuste. Otros componentes del controlador robótico no ilustrados pueden incluir, pero sin estar limitados a, una unidad de detección de una estación individual, una unidad de descubrimiento de ubicación global o relativa, cableado interno, una unidad de procesamiento central, un controlador de motor de accionamiento, un codificador de motor de accionamiento, sistema incorporado de control de clima, sistema de administración de batería, sistema de carga en base a contacto, sistema de carga inductivo, sensor de proximidad de distancia, sistema de almacenamiento de datos, sistema de almacenamiento de condensador de capacidad para procesos de freno regenerativo, receptor/transmisor de datos inalámbrico. La colocación precisa de estos componentes varía dependiendo de la realización, ya que pueden ser alojados en muchas configuraciones dentro de los confines de un controlador robótico.

La Figura 6 muestra el proceso operativo del controlador robótico de acuerdo con una realización de la presente invención. Este proceso operativo demuestra cómo puede un único controlador robótico (301) reposicionar una multiplicidad de superficies solares (101). El deber funcional de este controlador robótico es trabajar en conjunto con una o más ruedas de ajuste (102) cerca de una superficie solar para mantener apropiadamente la orientación de una superficie solar individual.

Cuando un controlador robótico se utiliza por primera vez, la meta es entender su medioambiente y los seguidores/heliostatos pasivos que va a controlar. Esto comienza con el controlador robótico moviéndose hacia una rueda de ajuste (601) y buscando continuamente un punto de freno (602) ubicado cerca de una superficie solar. Este punto podría ser una marcación física en la viga, un imán, o una pieza de metal, por ejemplo. Si hay una marcación efectiva en la viga, el controlador robótico podría estar equipado con una cámara para detectar este punto. Si el punto de freno es magnético o metálico, el controlador robótico puede estar equipado con sensores de efecto Hall o un sistema de detección de metal para hallar este punto de freno. En una realización, la rueda de ajuste o las marcaciones en la rueda de ajuste utilizadas para la detección rotatoria pueden usarse como el punto de freno. Luego de que el punto de freno se ha detectado, el controlador robótico puede activar su mecanismo de freno (603). Métodos de freno pueden incluir, pero no sin estar limitados a: desactivación del motor de accionamiento, aplicación de un freno de rueda, aplicación de un freno de motor, freno regenerativo, o una combinación de estos mecanismos de freno. Si bien el dispositivo se desacelera, el controlador robótico busca el punto de ajuste final (604). Una vez que ha encontrado este punto, aplica una fuerza de freno total y se detiene completamente (605.) Luego de alinearse apropiadamente a una o_ más ruedas de ajuste, el controlador robótico descubre su orientación relativa con respecto a la superficie solar. Si es la primera vez que un controlador robótico ha visitado una estación de ajuste de una superficie solar particular, puede "llevar a cero" la superficie solar, ajustándola a una inclinación de cero grados de rotación azimutal u otra inclinación definida. Para lograr esta meta, el controlador robótico puede enganchar una rueda de ajuste (606), y comenzar a rotarla (607). Mientras la rota, puede usar sensores (403) de rueda de ajuste incorporados para verificar que la rueda está girando de manera apropiada (608). La superficie solar pueda tener detenciones de calibración que impiden que rote más allá del punto cero. En estos sistemas, el controlador robótico puede dejar de intentar ajustar el sistema una vez que la rueda ya no puede rotarse (609). Para evitar daños a una superficie pasiva o a un tren de engranajes sujeto a una superficie pasiva, la interfaz de rueda de ajuste de un controlador robótico puede incluir un mecanismo que impide que el sistema ejerza una cantidad de torsión dañina.

Para aplicaciones que no requieren demasiada precisión, el controlador robótico puede usar estas detenciones y registrar el número de revoluciones de las ruedas de ajuste para un punto de calibración inicial durante la operación diaria, para estimar la orientación actual de la superficie. Para aplicaciones más precisas, el robot también puede incluir una cámara de luz estructurada o natural para analizar el lado inferior de la superficie solar para determinar su orientación relativa en un espacio 3D. Una vez que se obtuvo esta información, se transmite a un procesador central para su análisis.

Dependiendo de la aplicación solar, también puede ser necesario encontrar la ubicación absoluta o relativa de la superficie solar en coordinadas X, Y y Z. Esto puede lograrse con una unidad de GPS incorporada, con un sistema de triangulación que utiliza tres ubicaciones en el campo de superficies solares. En este segundo método, el controlador robótico puede emitir una señal y medir la demora de tiempo desde cada punto definido en el campo. Mediante el uso de esta información, puede determinar su ubicación relativa con respecto a otros componentes en el campo de superficies solares.

El procesamiento central puede analizar, ahora, la información de la cámara de calibración, la unidad de descubrimiento de ubicación, el reloj interno, y combinarla con la reducción de engranajes conocida del seguidor solar/heliostato pasivo, y la geometría del campo (610) conocida. La información del reloj interno del robot y la ubicación global descubierta o conocida, pueden utilizarse para calcular el vector solar actual (61 1). Los ingresos de la cámara de calibración, la unidad de descubrimiento de ubicación, el mecanismo de detección de la rueda de ajuste, y/o la información histórica de ajuste de ajustes pasados del controlador robótico, pueden utilizarse para aproximar la orientación de una superficie solar en un espacio 3D. En una realización, el seguidor solar o heliostato pasivo accionado por las ruedas de ajuste tiene propiedades anti-retorno. Estos sistemas sólo requieren una calibración de una única vez, ya que es imposible que el viento y otras fuerzas muevan la superficie solar entre ajustes.

Las aplicaciones FV y FVC pueden usar hasta cinco tipos de información para un reposicionamiento adecuado: la orientación de la superficie solar, la posición del sol, la orientación de los seguidores adyacentes, la distancia entre seguidores, y el área predefinida del seguidor, y las dimensiones de la superficie solar. Los algoritmos estándar de seguimiento solar pueden necesitar sólo los primeros dos tipos de información, pero el robot usa los otros tres para ejecutar apropiadamente algoritmos de control de vuelta atrás (backtracking). Estos algoritmos optimizan una superficie solar para lograr la sombra mínima posible entre seguidores, y por lo tanto, entienden las sombras generadas actualmente por seguidores adyacentes, y la sombra que un seguidor solar individual generará sobre sus vecinos. Más detalles con respecto a la vuelta atrás (backtracking) pueden encontrase en Mack, Solar Engineering: http://www.rw-energy.com/pdf/yield-of-s_wheel-Almansa-graphics.pdf que se incorpora a la presente en su totalidad, a fines de referencia.

Las aplicaciones de helióstatos requieren que el robot descubra el vector desde una superficie solar a un objetivo solar. Esto puede lograrse encontrando la ubicación tanto del objetivo solar como de la superficie solar en un plano global o relativo coordinado. Una vez que se ha calculado el cambio de orientación en una superficie solar, el procesador central analiza la reducción de engranajes conocida de un sistema pasivo para determinar cuántos grados debería rotar una rueda de ajuste conectada mecánica o magnéticamente a la superficie solar (612).

Para seguidores o heliostatos pasivos que no cuentan con frenos por fricción o propiedades anti-retorno, puede ser necesario contar con un mecanismo de freno de una superficie solar activa. Para estos sistemas, el controlador robótico desactiva el freno antes de rotar la rueda o ruedas de ajuste. Este freno puede ser accionado con otra rueda de ajuste. El controlador robótico puede usar, entonces, su interfaz de rueda de ajuste para rotar una o más ruedas de ajuste. En una realización, el controlador robótico tiene una multiplicidad de bobinas electromagnéticas que pueden ser activadas individualmente o en grupos. Este sistema puede controlar la rotación de una rueda de ajuste de metal o magnética, disparando las bobinas como un flujo de eje acial o un motor de estilo de inducción (613). Las bobinas pueden dispararse ciegamente o se puede obtener una retroalimentación de un mecanismo de detección de rueda de ajuste que determina el grado instantáneo de rotación de una rueda de ajuste (614).

Una vez que el ajuste está completo, el procesador central puede enviar una señal para accionar el mecanismo de freno, de ser necesario. Esto re-engancha el mecanismo de freno de los engranajes e impide que fuerzas externas altere la orientación de la superficie solar hasta su próximo ajuste por parte del controlador robótico. Como paso final de este proceso, el controlador robótico puede usar sensores de proximidad incorporados o la historia operativa pasada para determinar si actualmente se encuentra al final de una fila (615) de superficies solares. Si es así, puede moverse hacia atrás hasta que encuentre el primer punto de ajuste (616) de superficies solares. Si no es así, el controlador puede repetir este ciclo de ajuste (617). También es posible conectar los extremos de un tubo de transporte de robot de manera que forme un bucle continuo. En esta realización, el controlador robótico continuaría circulando por el tubo de transporte hasta la noche, o hasta que se detenga para su mantenimiento.

El procesador que determina el comportamiento del controlador robótico y sus sub-componentes podría estar ubicado en directamente en el controlador robótico, en una estación de procesamiento central, o en otro controlador robótico en el campo de superficies solares. Si el procesador no está incorporado en el controlador robótico, puede ser necesario que el controlador robótico cuente con un enlace de datos inalámbrico o directo para recibir instrucciones operativas.

Luego de un día de ajustar superficies solares, el controlador robótico puede necesitar recargar su mecanismo de almacenamiento de energía incorporado. También puede recargar este sistema dos o más veces durante el día.

Puede ser deseable para un campo de superficies solares, ser ajustadas por tres o más grados de controladores robóticos. La Figura 6 muestra el proceso operativo de un controlador robótico de grado superior. Este robot puede trabajar en conjunto con controladores robóticos menos sofisticados. Un propósito del controlador robótico de grado superior es permitir la eliminación de la unidad de detección de ubicación y la cámara de calibración en los controladores robóticos de grados medio e inferior. En una realización, un campo de superficies solares puede usar solamente un controlador robótico de grado superior (en el caso de que use alguno) y podría, por lo tanto, reducir de manera significativa los costos del sistema total y de reemplazo del controlador robótico, mediante la eliminación de componentes costosos de la unidad.

La Figura 7 muestra el proceso operativo de un controlador robótico menos sofisticado, de grado medio, de acuerdo con una realización de la presente invención. La diferencia principal entre esta unidad y el controlador robótico de grado superior descripto en la Figura 6 es que este ajustador no tiene una cámara de calibración o una unidad de detección de ubicación. Los deberes funcionales de la cámara de calibración y la unidad de descubrimiento de ubicación son asumidos por una unidad de descubrimiento de datos que se comunica con otros robots o con una estación de control central, y una unidad de almacenamiento de datos que almacena la última orientación conocida de superficies solares individuales. Cuando un controlador robótico de grado medio interactúa por primera vez con una superficie solar pasiva y no tiene puntos de datos previos, puede asumir que el controlador robótico de grado superior a "llevado a cero" la superficie solar de manera apropiada.

A diferencia de un robot de grado superior, un controlador robótico de grado medio obtiene su información para la ubicación del punto de ajuste desde una unidad de almacenamiento de datos en lugar de una unidad de detección de ubicación (701). También determina la orientación relativa de una superficie solar desde una unidad de almacenamiento de datos y sensores de efecto Hall incorporados en lugar de una cámara de calibración precisa. La unidad de almacenamiento de datos almacena el número de rotaciones de la rueda de ajuste desde el punto cero, y el mecanismo de detección de la rueda de ajuste se usa para determinar el grado exacto de rotación (702) de la rueda. Combinados con información conocida de reducción de engranajes, estos datos pueden ser suficientes para que el controlador robótico de grado medio se aproxime a la orientación de una superficie solare en un espacio 3D. Debido a que el controlador robótico de grado medio no tiene un método para determinar la orientación exacta de una superficie solar de forma directa, puede guardar el grado de rotación ejercido en una o más ruedas de ajuste para que pueda reorientar de manera apropiada una superficie solar en ajustes futuros.

Luego de un día de ajustar superficies solares, el controlador robótico puede necesitar recargar su mecanismo de almacenamiento de energía incorporado. También puede recargar este sistema dos o más veces a lo largo del día.

La Figura 8 muestra el proceso operativo de un controlador robótico menos sofisticado, de grado inferior, de acuerdo con una realización de la presente invención. El propósito de un controlador robótico de grado inferior es similar al de la rueda de auxilio de un auto - debe usarse sólo en situaciones de emergencia. Esta tercera clase de controlador robótico permite un procedimiento de resguardo contra el viento (wind stow) económico y veloz. También permite un procedimiento de desenfoque (defocus) de emergencia veloz para las aplicaciones del heliostato. Este controlador robótico puede tener un proceso operativo similar al del controlador robótico de grado medio descripto en la Figura 7, pero puede requerir solamente una interfaz de ajuste para mover un seguidor solar o heliostato pasivo a su posición de resguardo contra el viento (wind stow), y no necesitaría ser construido para tener una vida útil muy duradera.

Durante procedimientos de emergencia, el controlador robótico de grado inferior no necesitaría conocer la posición actual de una superficie solar, sólo que la superficie solar debe ser movida, o bien, a) 2-5 grados alejándose de su posición actual, o bien b) en una posición de resguardo contra el viento (wind stow) horizontal. Puede tener un anemómetro incorporado para determinar la velocidad actual del viento o puede estar conectado a una red central que envía al controlador robótico de grado inferior una señal para que inicie un procedimiento de emergencia de resguardo contra el viento (wind stow) (801). Este procedimiento comienza con el controlador robótico moviéndose cerca de una superficie solar individual, frenando cerca de la rueda de ajuste (605) de una superficie individual, y rotando la rueda de ajuste un número predefinido de revoluciones (802). También puede usar un mecanismo de detección de rueda de ajuste (403) para determinar si la rueda de ajuste ha dejado de rotar (614). Si es así, esto puede indicar que el controlador robótico de grado inferior ha llevado al seguidor solar o heliostato pasivo al punto de detención de resguardo contra el viento (wind stow).

El proceso para el desenfoque de emergencia puede ser incluso más simple que el de resguardo contra el viento (wind stow) de emergencia. Como el propósito de este proceso es alejar la imagen de un heliostato de un objetivo solar, el controlador robótico de grado inferior sólo necesita ser capaz de alterar rápidamente la posición de muchas superficies solares.

La Figura 9 muestra algunos de los métodos que podrían ser utilizados por un campo de controladores robóticos para comunicarse entre ellos y/o con una red centralizada. Estos métodos incluyen, pero no están limitados a: comunicación inalámbrica de datos (901), enlace directo de datos (902), interruptores externos, o almacenamiento de información cerca de superficies solares pasivas individuales o grupos de superficies solares (903). Para la comunicación inalámbrica de datos, cada controlador robótico puede estar equipado con un transmisor y/o receptor de frecuencia electromagnética (904) capaz de comunicarse con otros robots (301) o con una red centralizada (905).

Para la transferencia directa de datos, cada controlador robótico puede estar equipado con contactos que puedan interactuar con contactos u otros robots, o con una unidad de datos centraliza. Cuando estos sistemas hacen contacto físico, se pueden transferir datos de un dispositivo a otro.

Un operador de campo humano o robótico puede activar ciertos dispositivos en un robot de grado superior, medio o inferior, que corresponden a ciertas acciones preprogramadas. Accionar un interruptor externo, magnético, o electromagnético puede iniciar estas acciones.

Por ejemplo, si un robot de grado inferior tiene una función de desenfoque de emergencia preprogramada, un controlador de grado medio puede ser capaz de desactivarla simplemente encontrándolo y liberando un interruptor de botón presionado.

También es útil poder almacenar datos pertinentes cerca de superficies solares o grupos de superficies solares. En una realización, un chip RFID (903) colocado cerca de una superficie solar puede utilizarse para almacenar la información sobre la ubicación absoluta o relativa de cada superficie solar y cómo esto corresponde a la posición inicial de cada rueda de ajuste. Estos sistemas requerirían que los controladores robóticos individuales tengan un escritor RFID y/o un lector RFID. Otros métodos de almacenamiento local de datos incluyen, pero no están limitados a, el uso de tecnologías de almacenamiento de datos de base semiconductiva, magnética y/u óptica.

La Figura 10 muestra un controlador robótico (301) con múltiples interfaces de rueda de ajuste (302). El propósito de agregar más interfaces de rueda de ajuste es distribuir el costo de componentes incorporados más costosos y permitir un control más preciso de una superficie solar (101) permitiendo ajustes más frecuentes durante el mismo período de tiempo. La realización ilustrada puede ajustar dos superficies solares al mismo tiempo; permitiendo que este diseño reduzca a la mitad el número de ciclos de comienzo-detención para un campo determinado de superficies solares.

La Figura 1 1 muestra un controlador robótico (301) capaz de controlar ruedas de ajuste sin detenerse en una estación de ajuste. Este sistema puede utilizar un engranaje de cremallera de base de contacto, magnética, o electromagnética, y sistemas de piñones para controlar la rueda de ajuste. La interfaz robótica sirve conceptualmente como un engranaje de cremallera (1101) y la rueda de ajuste (102) como el piñón (1 102). A medida que el robot pasa una rueda de ajuste, puede accionar su interfaz conceptual del engranaje de cremallera de manera que se acople- físicamente, magnéticamente o electromagnéticamente - con un borde de una rueda de ajuste. Una vez acoplada, el movimiento lineal del controlador robótico puede pasar directamente a la rotación de la rueda de ajuste. El controlador robótico puede accionar su interfaz (1 101) una segunda vez para desacoplarse del piñón (1102) de la rueda de ajuste (1102). El controlador robótico puede controlar de forma precisa la rotación de una rueda de ajuste monitoreando cuidadosamente su velocidad y el momento en que su interfaz de ajuste se acopla con una rueda de ajuste. Por ejemplo, si un controlador robótico se está moviendo a 1 metro por segundo y engancha el borde de una rueda de ajuste de 3,18cm de diámetro (10cm de circunferencia) durante 1 segundo, la rotará aproximadamente 10 veces.

El controlador robótico puede utilizar una larga fila de sensores (403) que miden el grado instantáneo de rotación de la rueda para confirmar que la rueda de ajuste (102) ha sido enganchada y está girando correctamente. Un controlador robótico que no se detiene o que no hace contacto físico con superficies individuales solares puede reposicionar de forma precisa hasta 1 ,2MW de módulos fotovoltáicos si se mueve a un ritmo constante de 5MPH.

El controlador robótico ilustrado en la Figura 11 utiliza una larga línea de electromagnetos accionados individualmente (401) para controlar la orientación de una rueda de ajuste. Cuando estos electromagnetos se encienden en una disposición (N-S-N-S-N-S), son capaces de rotar una rueda de ajuste magnética de 4 polos (N-S-N-S) simplemente pasando por al lado de la estación de ajuste. Este sistema de engranaje de cremallera magnético convierte el movimiento linear del robot en movimiento rotatorio de la rueda de ajuste.

La Figura 12 muestra cómo el tubo de transporte del robot (106) puede estar enrutado en un campo con un gran número de superficies solares (101). El tubo de transporte del robot puede estar sellado herméticamente para impedir que objetos grandes, agua y polvo ingresen dentro del controlador robótico. En la realización ilustrada, cada seguidor solar o heliostato pasivo tiene una base individual y el tubo de transporte del robot sólo tiene que soportar el peso de un controlador robótico o de varios.

Esta figura muestra que mientras un controlador robótico individual puede normalmente ajustar una fila particular de superficies solares, puede utilizar un motor de accionamiento incorporado para regresar a una estación centra para su mantenimiento (1201). Este estilo de enrutamiento también permite que un operador de campo despliegue fácilmente un campo de controladores robóticos insertando dos o más controladores en una estación central. Esta estación centra puede utilizarse con fines de mantenimiento o carga.

La Figura 12 también muestra que el exceso de controladores robóticos (301) puede utilizarse redundantemente. En una realización, uno o más controladores robóticos de respaldo se colocan en una estación central. En caso de falla de un controlador robótico, un controlador robótico puede enviarse a la estación apropiada de la viga, empujar el robot defectuoso hasta el final del tubo y reanudar el ajuste de superficies solares que estaba asignado al controlador defectuoso. Si el robot defectuoso no estaba transmitiendo constantemente la posición de sus superficies solares asignadas a un sistema de datos central, puede ser necesario que el robot de respaldo lleve a cabo un proceso inicial de recalibración, tal como se describe en la Figura 6. Si esta información fue transmitida de forma precisa a un sistema de datos central, el robot de respaldo puede reanudar la operación en el punto en que el robot defectuoso detuvo sus operaciones de ajuste.

En caso de que un campo de superficies solares no tenga un sistema central de recolección de robots, se pueden colocar dos o más robots en una sección de la viga. Estos dos o más robots pueden establecer un enlace constante de transferencia de datos. Un robot puede asumir las operaciones diarias (1202) mientras que el otro sirve como robot redundante (1203) para evitar la pérdida de energía provocada por controladores defectuosos que no pueden reposicionar apropiadamente las ruedas de ajuste de las superficies solares.

La Figura 13 muestra una realización de un sistema de control de clima para el controlador robótico (301). Este sistema puede incluir, pero no está limitado, a los siguientes componentes: ventilador (1301), disipador de calor (1302), bomba activa de calor, dispositivo Peltier, calentador eléctrico, sistema de ventilación, refrigerador, sistema de control de humedad, sensores de humedad, sensores de temperatura y filtro de aire. Estos componentes de control de clima también pueden ser descargados en un tubo de transporte de robot sellado de manera que el sistema pueda mantener un ambiente consistente que prolongue la vida útil de los componentes claves contra fallas del controlador robótico.

Puede ser útil usar baterías, capacitores, super capacitores, u otras formas de almacenamiento de energía para reducir la complejidad de instalación y los costos generales del sistema, ya que una sola batería puede reemplazar una milla de viga electrificada. La Figura 14 muestra una realización de la presente invención que utiliza una interfaz inalámbrica de transmisión de energía para cargar un mecanismo de almacenamiento de energía incorporado en el controlador robótico. Los mecanismos de carga inalámbricos pueden ser deseables, ya que no requieren contactos expuestos para transmitir energía a un controlador robótico. No es necesario, sin embargo, que el controlador robótico tenga una fuente de energía almacenada incorporada en sí mismo, y podría recibir energía de un sistema de riel electrificado, o de manera inductiva, mediante la viga.

Una estación de carga inductiva (1401) colocada en cualquier ubicación dentro del tubo de transporte del robot para transmitir energía al controlador robótico mediante la generación de un campo electromagnético oscilante. Un bucle de bobina inductora (1402) colocado en el controlador robótico (301) es capaz de capturar esta energía y almacenarla dentro de un mecanismo de almacenamiento de energía incorporado en el robot. Otras formas de transmisión de energía que podría utilizar el controlador robótico incluyen, pero no están limitadas a: inducción electrostática, radiación electromagnética, y conducción eléctrica.

La Figura 15 muestra el proceso operativo de un sistema de diagnóstico y de garantía de calidad incorporado de un controlador robótico. Un controlador robótico puede llevar a cabo continuamente aspectos de este proceso para permitir que un operador del campo o remoto determine el estado general instantáneo de un campo. Este proceso en su totalidad, o ciertos aspectos de este proceso también pueden iniciarse diariamente, semanalmente, mensualmente, o según sea necesario, para permitir que los operadores del campo realicen un mantenimiento preventivo del sistema. En particular, un sistema de diagnóstico de un controlador robótico puede determinar: a) el estado general de un controlador robótico individual, en base al estado de los componentes claves (1501), b) el estado general de un tubo de transporte de robot (1502), c) el estado general de un seguidor solar o heliostato pasivo (1503), y d) el estado general de una superficie FV o FVC (1504) individual.

Este proceso puede comenzar con la transmisión por parte del controlador robótico de todos los datos operativos almacenados a un sistema o una red de procesamiento central (1505). Estos datos pueden incluir, sin estar limitados a: lecturas históricas de temperatura y humedad de los sensores internos y externos, datos históricos meteorológicos de un sistema de monitoreo en y fuera del campo, lecturas históricas de corriente y voltaje de todos los componentes incorporados en el robot, y lecturas SOC/SOS de un mecanismo de almacenamiento de energía incorporado en el robot. El sistema de diagnóstico puede, luego, comparar esta información con datos operativos pasados (1506) y con parámetros de operación predefinidos (1507). El análisis de irregularidades puede utilizarse para determinar el estado actual de los componentes individuales y/o para realizar un mantenimiento preventivo a un controlador robótico (1508).

Para determinar la salud de un tubo de transporte robótico (1502), el controlador robótico puede acceder a datos de cámaras o sensores de proximidad incorporados, capaces de inspeccionar las características físicas de la viga (1509). Si se descubre cualquier anormalidad, tal como un objeto que ingresó en la viga, una gran acumulación de polvo en una sección de la viga, una acumulación de insectos, o alguna perforación en la viga que permite que ingresen objetos extraños, el controlador robótico puede enviar una señal a un operador remoto o del campo (1510). Un operador remoto o del campo puede tener acceso a imágenes de video en vivo emitidas por la cámara del controlador robótico para evaluar mejor una situación de mantenimiento.

Para determinar el buen estado de un seguidor solar o heliostato pasivo, un controlador robótico puede acceder a registros de datos generados a partir del ajuste de un seguidor individual (151 1). Luego, puede acceder a registros de datos que miden la cantidad de torsión/ corriente de entrada necesaria para rotar una rueda de ajuste (1512) y entender cómo esta métrica cambia a lo largo del tiempo. Si el robot usa una interfaz electromagnética, esta métrica de torsión puede determinarse mediante el registro de la corriente promedio suministrada a la interfaz durante el transcurso de un ajuste. En un ejemplo, si el sistema de diagnóstico reconoce que un seguidor solar pasivo que usualmente requiere 95 +/-5 amps de pronto comienza a requerir 320 +/- 20amps para ajustarse durante condiciones operativas normales, puede considerar que este seguidor solar pasivo individual está funcionando mal y enviar una alerta a un trabajador de mantenimiento (1513) del campo. El controlador robótico también puede usar sistemas basados en la visión para inspeccionar y analizar el buen estado de un seguidor solar o heliostato individual. Esta información de video puede transmitirse directamente a un operador del campo para evaluar el estado del sistema de seguimiento. Si las lecturas de torsión/corriente de un seguidor pasivo se encuentran dentro de los parámetros aceptables, esta porción del proceso (1503) puede repetirse para cada superficie pasiva (101) dentro del dominio de control de un robot.

Para determinar autónomamente el estado de una superficie FV o FVC (1504) individual, el controlador robótico puede, primero, mover un seguidor individual hasta su orientación óptima (1515). Luego, puede comunicarse con un dispositivo capaz de monitorear la generación de energía de un inversor (inverter), caja de combinación, o una serie individual de módulos solares (1516). Como es posible, en el sistema controlado robóticamente, que sólo un módulo en un grupo de módulos sea accionado en un único momento en el tiempo, la lectura de generación de energía debería permanecer relativamente constante. Una vez que se ha establecido un enlace de datos, el robot puede ejecutar un algoritmo de búsqueda (1517) en donde mueve la superficie pasiva en un movimiento espiral mientras monitorea la generación del sistema. Luego, puede registrar el punto máximo de energía (1518) y ajustar el seguidor de manera que ya no esté de cara al sol (1519). El sistema de diagnóstico puede medir el cambio en el nivel de generación (1520) del inversor central, la caja de combinación, o la serie de seguidores. Esta información puede utilizarse para determinar el porcentaje de degradación de un módulo individual, mediante la medición de la diferencia exacta en el nivel de generación del inversor central, la caja de combinación, o la serie de seguidores y la comparación de estos datos con la generación nominal de un módulo (1521) para calcular el porcentaje de degradación (1522). Si no se detecta ningún cambio, esto puede indicar que una superficie solar individual (101) no está contribuyendo a la generación total del sistema FV o FVC. Este módulo puede ser clasificado como defectuoso y el controlador robótico puede usar su interfaz de ajuste para colocar esta superficie en una configuración especial para alertar a los trabajadores de mantenimiento del campo sobre el posible problema (1523). Si el porcentaje de degradación se encuentra dentro de parámetros aceptables, el subproceso 1504 puede repetirse para todas las superficies dentro del dominio de control (1524) de un robot.

El controlador robótico también puede incluir algoritmos preprogramados y dispositivos de seguridad para protegerse a sí mismo contra robos y/o ingeniería inversa. Los controladores y las unidades de almacenamiento de datos incorporados/as pueden estar encriptados para impedir el acceso a protocolos de control y datos almacenados en el robot. Además, puede haber sensores que detecten el acceso no autorizado al robot, incluyendo intentos de abrir un controlador robótico. El controlador puede responder a dichas acciones enviando una notificación a un operador remoto y/o borrando los algoritmos de control y los datos operativos. Al momento del despliegue, cada robot puede inicializarse con su ubicación de despliegue y su número de identificación único. Si el robot, operador de campo, u operador remoto detecta que el robot ya no se encuentra en la ubicación asignada, entonces, se pueden tomar medidas para recuperar el controlador robótico perdido o robado.

Si bien en este texto se han ilustrado y descripto realizaciones y aplicaciones particulares, debe comprenderse que la invención no está limitada a la construcción y componentes precisos aquí descnptos, y que se pueden realizar varias modificaciones, cambios y variaciones en la disposición, el funcionamiento y los detalles de los métodos y aparatos de la presente invención, sin apartarse del espíritu y alcance de la misma.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un controlador robótico para controlar una posición de múltiples superficies solares en respuesta al movimiento de múltiples ruedas de ajuste de superficie solar, teniendo cada superficie solar una correspondiente rueda de ajuste de superficie solar, estando el controlador robótico ubicado en una viga, e incluyendo el controlador robótico: una unidad de procesamiento, una unidad de determinación de ubicación, acoplada de manera comunicativa a dicha unidad de procesamiento, para determinar una posición del controlador robótico; un sistema de accionamiento, para mover dicho controlador robótico a lo largo de la viga en respuesta a instrucciones recibidas desde la unidad de procesamiento; un sistema de determinación de ajuste para determinar primeros parámetros de ajuste para la una primera rueda de ajuste de superficie solar de la multiplicidad de ruedas de ajuste de superficie solar; y un sistema de enganche para ajustar la primera rueda de ajuste de superficie solar en base a dichos primeros parámetros de ajuste. 2. El controlador robótico de la reivindicación 1, en donde dicha unidad de determinación de ubicación identifica una primera ubicación del controlador robótico en la viga que es adyacente a la rueda de ajuste de la superficie solar; y en donde dicho sistema de accionamiento posiciona dicho controlador robótico en dicha primera ubicación. 3. El controlador robótico de la reivindicación 2, en donde dicho controlador robótico incluye: sensores de efecto Hall, y dicha unidad de determinación de ubicación utiliza comunicación magnética entre dicho sensor de efecto Hall y una de las ruedas de ajuste de superficie solar para identificar la ubicación dicho controlador robótico como adyacente a dicha rueda de ajuste de superficie solar. 4. El controlador robótico de la reivindicación 3, en donde dicha comunicación entre sensores de efecto Hall y una de dichas ruedas de ajuste de superficie solar identifica dicha rueda de ajuste de superficie solar como dicha primera rueda de ajuste de superficie solar y dicha ubicación como la primera ubicación. 5. El controlador robótico de la reivindicación 2, en donde el controlador robótico incluye: un sensor de efecto Hall; y dicho sistema de enganche utiliza una acoplamiento magnético entre dicho sensor de efecto Hall y dicha primera rueda de ajuste de superficie solar para rotar dicha primera rueda de ajuste de superficie solar en base a dichos primeros parámetros de ajuste. 6. El controlador robótico de la reivindicación 1, en donde dicho sistema de enganche incluye un mecanismo de engranaje de cremallera y piñón, siendo dicho mecanismo ajustable de manera automática en base a dichos primeros parámetros de ajuste, ajustando dicho sistema de enganche la rueda de ajuste de la primera superficie solar mientras el controlador robótico se mueve. El controlador robótico de la reivindicación 1, en donde la viga en la cual viaja el controlador robótico está sellada para impedir el ingreso sustancial de polvo o agua. El controlador robótico de la reivindicación 1, que comprende, además, ruedas de accionamiento para propulsar el controlador robótico a lo largo de la viga. El controlador robótico de la reivindicación 1 , que comprende, además, un sistema de almacenamiento de energía para almacenar energía en dicho controlador robótico. El controlador robótico de la reivindicación 9, en donde dicho sistema de almacenamiento de energía es un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica. El controlador robótico de la reivindicación 9, en donde dicho sistema de almacenamiento de energía se recarga de forma inalámbrica. El controlador robótico de la reivindicación 1, que comprende, además, un dispositivo receptor de energía para recibir energía desde la viga. El controlador robótico de la reivindicación 12, en donde dicho dispositivo receptor de energía recibe energía ya sea de manera inductiva desde la viga, o mediante el uso de una conexión directa con la viga. El controlador robótico de la reivindicación 1, en donde dicha unidad de determinación de ubicación utiliza una metodología de triangulación para identificar la ubicación del controlador robótico, la metodología de triangulación recibe señales desde al menos tres dispositivos externos al controlador robótico, ubicados en las inmediaciones del lugar. 15. El controlador robótico de la reivindicación 1 , en donde dicha unidad de determinación de ubicación incluye un receptor de satélite de ubicación global para identificar la ubicación del controlador robótico. 16. El controlador robótico de la reivindicación 1, que comprende, además, un sistema de control de clima colocado para recibir señales desde dicho procesador, para moderar las condiciones ambientales en las cuales funciona el controlador robótico. 17. El controlador robótico de la reivindicación 1 , que comprende, además, un sistema de comunicación, para comunicarse de manera inalámbrica con al menos uno de los siguientes: un servidor central, un segundo controlador robótico, y/o un controlador central. 18. El controlador robótico de la reivindicación 1 , que comprende, además, una cámara para detectar al menos una de las orientaciones de una o más de las superficies solares y/o anormalidades en la viga. 19. Un método para que un controlador robótico controle una posición de múltiples superficies solares en respuesta al movimiento de múltiples ruedas de ajuste de superficie solar, teniendo cada superficie solar una rueda de ajuste de superficie solar correspondiente, estando el controlador robótico ubicado en una viga, y comprendiendo el método los siguientes pasos: determinar una posición del controlador robótico; mover dicho controlador robótico a lo largo de la viga hasta una posición adyacente a una primera rueda de las múltiples ruedas de ajuste de superficie solar; determinar primeros parámetros de ajuste para dicha primera rueda de ajuste de superficie solar; y ajustar la primera rueda de ajuste de superficie solar en base a los primeros parámetros de ajuste. 20. El método de la reivindicación 19, que comprende, además: la comunicación inalámbrica con al menos uno de los siguientes: un servidor central, un segundo controlador robótico, y/o un controlador central.