Sistema de seguimiento para captación de energía solar

Se describe un sistema de seguimiento solar destinado a la generación de energía eléctrica mediante la utilización de un módulo de paneles fotovoltaicos,

especialmente concebido para un aprovechamiento optimizado de la radiación incidente. El sistema incluye una estructura mecánica de soporte y posicionamiento del módulo de paneles captadores, cuya estructura está sustentada por una base o losa de hormigón en la que también está anclado el extremo inferior de un husillo que por el extremo opuesto se une pivotablemente a un bastidor de soporte del módulo de paneles, siendo la posición del bastidor regulada por medio de un motor que acciona el husillo y que está controlado desde un circuito electrónico incluido por el sistema. El circuito incluye sensores de luminosidad que informan al circuito de control sobre el nivel de luminosidad externa, y que determinan el retorno del bastidor de soporte y módulo de paneles a la posicióninicial en cuanto se detecta un nivel de luminosidad por debajo de un umbral dado

Sistema de seguimiento para la captación de energía solar.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de seguimiento para captación de energía solar, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.

Más en particular, el sistema de seguimiento solar propuesto por la invención está integrado por una estructura de seguimiento asociada a un conjunto modular de paneles fotovoltaicos de captación de energía solar para su transformación en energía eléctrica, cuya estructura determina el posicionamiento óptimo del módulo de paneles en cada momento, junto con un circuito electrónico que se encarga de controlar el posicionamiento instantáneo del módulo de paneles y de devolverlo al punto inicial de partida al finalizar el día, es decir, en ausencia de luz diurna, de manera que está operativo desde el momento en que empieza a amanecer. Tanto la estructura de seguimiento como la electrónica de control han sido diseñados con criterios de simplicidad y bajo mantenimiento, lo que hace que el sistema en su conjunto resulte altamente atractivo tanto desde el punto de vista de la eficacia como desde el punto de vista de los costes de fabricación e instalación.

El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido, obviamente, dentro del sector industrial dedicado a la fabricación, montaje e instalación de dispositivos y aparatos relacionados con las energías alternativas, y más en especial con la producción de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos.

Antecedentes y sumario de la invención

Es conocido por todos en general la tendencia desde hace ya un cierto número de años, al incremento en el aprovechamiento de las energías ofrecidas por fuentes naturales e inagotables, tales como el sol o el viento. Este hecho es consecuencia de la necesidad de limitar el consumo de combustibles fósiles tales como el carbón o petróleo, cada vez más escasos a nivel mundial, junto con un mayor respeto al medio ambiente ante inconvenientes tan importantes como el calentamiento global u otros de naturaleza similar.

Las instalaciones solares a base de paneles fotovoltaicos, son cada día más numerosas en una amplia diversidad de zonas geográficas en las que se recibe una media diaria de horas sol por encima de un límite predeterminado. Estas instalaciones tienen la ventaja de que normalmente son relativamente fáciles de instalar, y realizan una transformación directa de la energía de los rayos solares incidentes en energía eléctrica que puede ser aprovechada de forma inmediata, ya sea in situ o ya sea para su inyección de una red cercana para su aprovechamiento en otro lugar remoto. Lógicamente, las instalaciones solares fotovoltaicas buscan siempre conseguir el mejor rendimiento posible en cuanto a la producción energética por unidad de potencia de pico de módulos fotovoltaicos se refiere. En este sentido, la utilización de seguidores solares que permiten un posicionamiento de los módulos de paneles solares con la mayor ortogonalidad posible respecto a la dirección de los rayos incidentes, ha permitido incrementar hasta en un 50% la producción energética respecto a los módulos montados sobre estructuras fijas.

En este incremento de producción energética ha jugado un papel fundamental la adecuación de la electrónica utilizada para controlar el posicionamiento de los paneles en cada momento. Así, según es habitual, se conocen en la actualidad dos tipos diferenciados de sistemas electrónicos de seguimiento solar.

Como se comprenderá, un objetivo principal en los seguidores solares consiste en optimizar la ganancia o maximizar el rendimiento reduciendo los costes a valores mínimos. Desde el punto de vista de la electrónica, la reducción de costes puede ser abordada desde varios puntos de vista:

- Reduciendo el coste inicial de los componentes;

- Reduciendo el consumo energético de los componentes durante su funcionamiento, y

- Mejorando la eficacia del seguidor, en base a la exposición de los módulos a la radiación incidente durante el mayor tiempo posible, y con la mayor perpendicularidad que se pueda lograr.

Tomando en consideración los comentarios que anteceden, la presente invención se ha propuesto como objetivo principal el hecho de desarrollar y proporcionar un sistema de seguimiento solar sustancialmente mejorado respecto a los sistemas actualmente conocidos, en base a una acción combinada de diseño simple y económico tanto de la electrónica incorporada en el sistema como de la propia estructura de cada módulo de soporte de los paneles fotovoltaicos y de seguimiento de la trayectoria solar. Este objetivo ha sido plenamente alcanzado mediante el sistema de seguimiento que va a ser objeto de descripción en lo que sigue, cuyas características principales se encuentran recogidas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1, y en las sub-reivindicaciones asociadas dependientes de la principal.

En esencia, el sistema de la invención incluye una electrónica de control que pertenece al grupo que se ha definido como "activo" en lo que antecede. El circuito incluye sensores de luminosidad que provocan el accionamiento del motor del seguidor para devolver el módulo de paneles a la posición de partida cuando se detecta la falta de luz (valor ajustable), es decir, cuando llega la noche, en vez de hacerlo cuando se detectan los primeros rayos solares de la mañana como ocurre básicamente en los seguidores conocidos, con lo que el seguidor de la invención proporciona un aprovechamiento incrementado de la energía solar. El circuito incluye un generador de energía eléctrica consistente preferentemente en un módulo fotovoltaico, un acumulador de energía consistente preferentemente. en una o más baterías acumuladoras, un circuito electrónico encargado de controlar las diversas funciones, uno o más sensores de luz conectados directamente al circuito electrónico para el envío hasta este último de las señales informativas del nivel de luminosidad, uno o más sensores de posición conectados asimismo al circuito electrónico e indicativos de que el basculamiento del módulo de paneles fotovoltaicos ha realizado su recorrido completo durante su vuelta al punto de partida, y un motor gestionado directamente desde el circuito electrónico y cuyo giro en ambos sentidos de rotación permite llevar el conjunto de paneles progresivamente en cada momento hasta la posición deseada.

Por su parte, la estructura prevista para el seguidor de la presente invención ha sido concebida, como se ha dicho, con unas características extremadamente simplificadas, lo que hace que resulte extraordinariamente eficaz, a unos costes de fabricación ventajosos respecto a las estructuras convencionales, y con unas necesidades de mantenimiento post-instalación sustancialmente reducidas respecto a las existentes. En esencia, cada uno de los módulos de paneles captadores de la instalación presenta un armazón con diseño ortogonal obtenido a partir de diversos perfiles que se extienden longitudinalmente, y en cuyos carriles respectivos se alojan los bordes de los distintos paneles fotovoltaicos. Este conjunto está solidarizado a un bastidor de soporte que en general adopta forma de doble "H", estando este bastidor sustentado por sendos grupos de soporte vertical mediante uniones...

1. Sistema de seguimiento para captación de energía solar, en particular un sistema destinado a realizar un seguimiento posicional del recorrido solar que garantice una incidencia de las radiaciones solares sobre los paneles solares fotovoltaicos generadores de energía eléctrica con la mayor ortogonalidad posible, cuyo sistema está implementado mediante una electrónica de control destinada a realizar de forma automática el posicionamiento instantáneo de los elementos captadores, y mediante una estructura mecánica de sustentación diseñada para resistir los esfuerzos derivados de los agentes externos presentes en el lugar de la instalación, que se caracteriza porque:

la electrónica de control incluye un conjunto de componentes principales tales como un circuito electrónico (3) de control, un dispositivo generador (1) de energía eléctrica, un grupo acumulador (2), medios (4) sensores de luz, medios (5) sensores de posición, y medios motrices materializados mediante un motor (6) y previstos para transmitir movimiento a los órganos correspondientes del sistema;

la estructura de sustentación está destinada a soportar el módulo (12) de paneles captadores en las diferentes posiciones operativas de dicho módulo, y consiste en dos grupos de soporte, uno delantero y uno trasero, de alturas diferentes, entre los que se define un eje inclinado de giro y pivotamiento en ambos sentidos, hasta un ángulo límite predeterminado, para el armazón del módulo (12) de paneles captadores sustentado por un bastidor en doble "H" que incluye dos largueros (10) principales, paralelos y distanciados entre sí, y travesaños (11) extendidos entre dichos largueros.

2. Sistema según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el dispositivo generador (1) de energía eléctrica mencionado consiste preferentemente en un módulo solar de diseño específico.

3. Sistema según las reivindicaciones 1 y 2, que se caracteriza porque los medios (4) sensores de luz generan señales que informan al circuito (3) electrónico de control sobre el nivel de luminosidad ambiental, de tal modo que cuando dicho nivel de luminosidad cae por debajo de un valor de umbral dado, el circuito electrónico (3) determina el retorno del modulo (12) de paneles hasta la posición inicial de partida, mediante la actuación controlada del motor (6), siendo el sensor (5) el encargado de informar al circuito electrónico (3) de que se ha alcanzado la mencionada posición inicial.

4. Sistema según las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, que se caracteriza porque los medios (4) sensores de luz se eligen entre resistencias fotosensibles, células solares, fotodiodos de tipo LED, u otros convencionales de naturaleza similar, y porque los medios (5) detectores de posición consisten esencialmente en un sensor óptico o en un dispositivo interruptor.

5. Sistema según la reivindicación 1, que se caracteriza porque cada uno de los grupos de soporte delantero y trasero de la estructura mecánica está constituido por dos o más patas (8, 9) respectivas que están ancladas por sus extremos inferiores en una base o losa (7) común de hormigón, y que convergen mutuamente en dirección ascendente para unirse en el punto más alto donde se ha asociado solidariamente a cada grupo de soporte una pieza (15) respectiva que adopta forma de "U", mediante la que se sujeta cada uno respectivo de los travesaños (11) del bastidor de soporte del módulo de paneles captadores con la ayuda de un bulón (16) respectivo, y con posibilidad de basculamiento en ambos sentidos de giro.

6. Sistema según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el basculamiento del módulo de paneles captadores está determinado por la acción de un elemento de empuje tal como un husillo (13) que por el extremo inferior está enclavado pivotablemente en la misma base o losa (7) de hormigón, y que por el extremo superior presenta su vástago vinculado pivotablemente a uno (11) de los travesaños del bastidor en doble "H", a través de una pieza (14) en "U" solidaria con dicho travesaño, y situada a un lado cualquiera del eje de basculamiento del módulo de paneles, guardando una distancia con dicho eje.

7. Sistema según la reivindicación 6, que se caracteriza porque la distancia entre la pieza (14) en "U" de sujeción pivotante del extremo superior del husillo (13) y el eje de giro, es tal que el radio del arco (C) seguido por dicha pieza (14) durante el basculamiento en ambos sentidos del bastidor y del módulo de paneles soportado por este último, determina sobre la losa (7) de hormigón una proyección delimitada entre los puntos (A y B), estando el extremo inferior del husillo (13) anclado en la base (7) en una posición intermedia entre los mencionados puntos límite (A y B).

8. Sistema según la reivindicación 7, que se caracteriza porque en una forma de realización preferente, el ángulo de basculamiento del bastidor de soporte en doble "H" y del módulo (12) de paneles captadores que sustenta, se extiende a una amplitud de 70º a cada lado por debajo de la horizontal.

9. Sistema según las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el módulo de paneles captadores consiste sustancialmente en un armazón (12) ortogonal con perfilería longitudinal, cuyos perfiles presentan carriles que permiten la introducción de los bordes de los paneles captadores en su interior, y facilitan la sujeción de dichos paneles con la utilización de una cantidad mínima de elementos de tornillería.