SISTEMA SOLAR Y EL MÉTODO PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL MISMO.

Una instalación solar con un panel solar (1) está compuesta de módulos (11-14) separados entre sí y orientados en una posición inclinada en dirección norte/sur.

Los módulos (11-14) están montados en un soporte (15), en el que actúa un accionamiento eléctrico (5) controlado por programa de forma adaptativa. Este y, por tanto, todo el panel se giran en dependencia del tiempo alrededor de un eje fijo (6) para obtener la máxima radiación solar. El accionamiento (5) se alimenta de manera autosuficiente mediante un módulo solar (11), prescindiéndose así de sensores solares, así como de energías auxiliares suministradas. Un procedimiento de funcionamiento está orientado a lograr un rendimiento solar máximo y tiene en cuenta la duración del día. La instalación se usa especialmente para suministrar corriente de emergencia a infraestructuras sensibles. Varias instalaciones se pueden unir entre sí de forma mecánica o eléctrica según el principio de "master and slave" para crear un parque solar y formar parte de un sistema más grande de suministro eléctrico de la red. Por tanto, se puede obtener, y suministrar energía de una manera muy segura y económica

Instalación solar y procedimiento de funcionamiento.

La presente invención se refiere a una instalación solar según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para su funcionamiento según la reivindicación 15.

En general es conocido que mediante la orientación de paneles solares en dos ejes respecto a paneles estacionarios, dispuestos sólo en dirección norte-sur, se puede obtener una energía adicional anual de hasta 40 por ciento. En caso de paneles, situados en dirección norte-sur a una elevación de 20º a 40º y giratorios en 60º grados a partir de la horizontal por ambos lados en el eje de elevación, se puede disponer de una energía adicional de aproximadamente 30 por ciento.

Del documento US-A5228924 se conoce un panel solar giratorio y resistente a tormentas. Entre soportes triangulares se encuentran apoyados de manera basculante al menos dos módulos en un árbol fijo, estando acoplados mecánicamente entre sí los módulos contiguos. Estos giran en 130º en total de este a oeste mediante un accionamiento de husillo, reversible, electromecánico y dispuesto dentro de los soportes, con barras telescópicas. El accionamiento se controla sobre la base de un programa dependiente del tiempo, ya sea de forma electromecánica o con un ordenador.

La desventaja de esta instalación radica en la demanda de energía relativamente alta del accionamiento y su control, por lo que para su alimentación se necesita una conexión a la red eléctrica. Por razones relativas a la técnica de accionamiento y la cinemática, la instalación está provista sólo de un eje de giro dispuesto en horizontal, de modo que no se tiene en cuenta la posición del sol (elevación) y esto provoca una producción solar muy reducida, sobre todo durante los meses de invierno en emplazamientos situados al norte o al sur del trópico sur.

El modelo de una instalación solar de dos ejes (documento JP2002061962A) prescinde asimismo de sensores convencionales en otros lugares. El control se alimenta con la propia instalación.

En este caso no se trata de una construcción idónea para todos los estados del tiempo. Los engranajes helicoidales, situados al aire libre, en cada módulo solar para el ajuste de la posición acimutal son extremadamente propensos a fallos. Incluso en el funcionamiento a intervalos previsto de los motores de accionamiento, estos afectan el balance general de energía y provocan durante el funcionamiento una caída de la tensión, desproporcionadamente alta, en los módulos solares y se producen también enormes pérdidas por fricción a consecuencia del gran número de engranajes helicoidales (disponibles 22).

En general, los paneles solares giratorios de uno y dos ejes han tenido sólo poca aceptación hasta el momento y se consideran costosos y muy propensos a fallos.

Por tanto, el objetivo de la invención es crear una instalación solar que tiene un funcionamiento seguro y un rendimiento considerablemente mayor respecto a instalaciones solares estacionarias mediante un gasto económicamente justificable. En especial se ha de aprovechar mejor la duración diaria de la luz solar. Por consiguiente, la instalación ha de suministrar energía eléctrica también en las primeras horas de la mañana y hasta la puesta del sol. Incluso, en caso de una radiación difusa se ha de poder obtener el máximo rendimiento correspondiente a los módulos solares. La instalación tiene que ser una construcción resistente a los agentes atmosféricos, es decir, debe ser capaz de funcionar, por ejemplo, en todas las temperaturas y condiciones extremas del viento (tormentas) que se producen en la cubierta de un edificio, así como resistir también, sin sufrir daños, fuertes ráfagas y cargas por nieve. Por consiguiente, en la instalación se han de tomar medidas para reducir las fuerzas que actúan sobre la construcción mecánica en el caso de un panel girado en contra de la dirección del viento. Asimismo, en el invierno se debe impedir la formación de una capa continua de hielo y/o nieve en la superficie del panel solar.

La construcción mecánica de la instalación ha de ser simple de modo que se pueda montar y manejar con los medios más simples en cualquier lugar, en el que exista la licencia oficial de obras. Ésta ha de poder alojar también módulos solares de instalaciones estacionarias ya existentes y se ha de poder usar en su lugar, lo que posibilita además un reequipamiento sin problemas desde el punto de vista ecológico y económico de las instalaciones actuales, manteniéndose toda la instalación eléctrica. Con el reequipamiento, la producción solar anual promedio aumenta en 30% aproximadamente, pero no así la potencia máxima en la posición más alta del sol, de modo que también los inversores viejos se pueden mantener sin cambios.

Este objetivo se consigue mediante las características de las reivindicaciones.

Según la reivindicación 1, la energía para accionar el servomotor se toma directamente de una celda de potencia (un módulo solar) y se eliminan así alimentaciones extrañas de todo tipo. De este modo se dispone en todo momento del día de energía suficiente para hacer bascular a intervalos todos los módulos en un eje de giro, sin afectar notablemente el balance de potencia del módulo solar conectado.

No se necesitan tampoco baterías acumuladoras, cuya potencia eléctrica depende, como ya se conoce, de la temperatura. El movimiento giratorio se realiza al girar a intervalos el accionamiento alrededor de la rueda dentada fija en un ángulo predeterminado y al arrastrar ("girar") con su placa base la estructura portante ("soporte"). El desarrollo de este movimiento reduce considerablemente el gasto técnico y el consumo de corriente respecto a una orientación continua.

Conforme al procedimiento según la reivindicación 15 se logra una activación óptima, con ahorro de energía, de un accionamiento para instalaciones solares. El consumo de energía necesario para esto es muy pequeño. Éste equivale aproximadamente a la sombra momentánea en un único módulo debido a una nube pasajera. El panel puede retroceder a la posición inicial de la mañana con un motor o de un modo puramente mecánico mediante un muelle tensado en el transcurso del día. El control caracterizado en la reivindicación permite prescindir de celdas solares y similares, así como de circuitos correspondientes de regulación y posibilita la construcción de instalaciones que funcionan de manera correcta. Independientemente de las condiciones atmosféricas imperantes en la actualidad se capta siempre una cantidad óptima de energía mediante los módulos solares. Incluso en caso de cielos cubiertos o nubes pasajeras, el control indica siempre hacia la posición, en la que se encuentra el sol. Por tanto, el panel se orienta hacia el máximo de radiación al existir también una radiación difusa.

Resulta especialmente eficiente el control discontinuo según las posiciones angulares prefijadas. Como resultado de la alta sensibilidad a la radiación y la insensibilidad relativa ante pequeñas variaciones angulares no se producen en los módulos solares pérdidas medibles de potencia respecto a una orientación continua en dependencia del sol.

En otras reivindicaciones dependientes se describen variantes técnicas del objeto de la invención que lo optimizan:

La configuración de espacios de aire mediante distanciadores elásticos entre módulos solares individuales impide un "efecto de ala" al someterse el panel a una corriente (viento, ráfagas). Un espacio superior a 15 mm permite una compensación suficiente de la presión (descarga) entre el lado inferior y el lado superior de todo el panel solar. En caso de nevada, los espacios evitan asimismo la formación de capas continuas de nieve sobre el panel, por lo que la reducción de la potencia eléctrica debido a acumulaciones de nieve es menor y/o sólo tiene una duración más corta en relación con módulos solares que chocan entre sí.

El apoyo de los módulos solares en el lado ancho de un perfil en U permite su sujeción simple y segura y deja a la vez espacio para el montaje de bloques de apoyo que alojan el eje de giro de la instalación. Esto permite además aprovechar la superficie que se extiende por el eje central, a diferencia de un accionamiento con un motor tubular y celdas contiguas a éste en el centro. Un momento polar de inercia de masa menor, así como pequeños desequilibrios por asimetrías constituyen otras ventajas.

Especialmente en caso de módulos más grandes se recomienda también un apoyo lateral y, por tanto, un centrado...

1. Instalación solar con al menos un módulo solar fotovoltaico que puede girar mediante un accionamiento eléctrico de forma intermitente y controlada por programa alrededor de un árbol estacionario, así como orientarse según la radiación solar máxima en el transcurso del día, alimentándose el movimiento giratorio del accionamiento eléctrico del control mediante un módulo solar determinado para la obtención de energía, caracterizada porque el árbol (6, 6') soporta en un extremo una rueda dentada fija (21), alrededor de la que está guiado de forma sectorial y en dependencia de la hora del día un accionamiento (5) que se encuentra unido por arrastre de fuerza con el soporte (15) de los módulos solares (11-14) y que orienta, por tanto, el módulo solar hacia el sol.

2. Instalación solar según la reivindicación 1 con varios módulos solares (11-14), caracterizada porque los módulos (11-14), vistos en dirección axial, están separados entre sí en el lado frontal mediante distanciadores (16) y espacios (17) de aire y porque los distanciadores (16) están hechos de un elastómero y presentan una anchura de 15-50 mm, preferentemente 20 mm.

3. Instalación solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los módulos solares (11-14) se extienden por encima de un soporte (15) en forma de U que presenta cojinetes (6a) para un árbol (6, 6') que constituye un eje de giro.

4. Instalación solar según la reivindicación 3, caracterizada porque los módulos solares (11-14) están sujetados y centrados lateralmente en un bastidor en forma de U.

5. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque en el árbol (6) está fijada al menos una barra elástica (19, 19') que engrana periféricamente en un bastidor (10) que agrupa los módulos solares (11-14).

6. Instalación solar según la reivindicación 5, caracterizada porque la barra elástica (19) es un muelle de ballesta, porque éste se encuentra apoyado centralmente en el árbol (6) en un soporte ajustable (18'') y frontalmente en el bastidor (10) de un módulo solar (11-14) en su lado, que se extiende hacia el este (O), entre dos rodillos (69), así como porque está previsto un único rodillo (69) en el bastidor (10), en el lado que se extiende hacia el oeste (W).

7. Instalación solar según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el árbol (6) es un árbol hueco y porque sobre éste, al menos en el cojinete inferior (6a), se encuentra previsto un casquillo deslizante (6') montado por arrastre de fuerza.

8. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque el accionamiento eléctrico (5) está sujetado por brida en un lado frontal del panel solar (1, 11), porque la rueda dentada (21) está configurada en el árbol fijo (6) como segmento de rueda dentada, porque una rueda dentada (32') de un engranaje (32'; 32, 34) engrana en la rueda dentada (21) y porque el motor reductor (33) en la marcha (+?) de avance y en la marcha (-?) de retroceso hace girar gradualmente todo el accionamiento (5) alrededor del árbol (6) en un ángulo central de al menos 90º.

9. Instalación solar según la reivindicación 8, caracterizada porque el engranaje (32'; 32, 34) y el motor reductor (33) están montados sobre un balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, se pueden desacoplar del segmento (21) de rueda dentada.

10. Instalación solar según la reivindicación 9, caracterizada porque el balancín (25, 25') de conexión está sometido a la presión de muelles (28, 28') en la dirección del segmento (21) de rueda dentada y porque en la dirección contraria está previsto un imán (30) de conexión que al activarse desacopla el balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, la rueda dentada (32') de accionamiento del segmento (21) de rueda dentada.

11. Instalación solar según la reivindicación 10, caracterizada porque en el balancín (25, 25') de conexión está dispuesto un imán de bloqueo que engrana con su inducido en el balancín (25, 25').

12. Instalación solar según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizada porque están previstos al menos dos módulos solares (11, 12), alimentando un módulo (11) de forma intermitente el motor reductor (33) del accionamiento (5) y el otro módulo (12), el suministro de corriente del control y/o al menos un elemento de conexión para desacoplar un engranaje (32'; 32, 34) de un árbol fijo (6).

13. Instalación solar según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizada porque el engranaje (32'; 32, 34) es un engranaje recto.

14. Instalación solar según la reivindicación 1, caracterizada porque en varios paneles solares contiguos (1, 1') está previsto un accionamiento eléctrico central (5) que sincroniza mecánicamente entre sí los movimientos giratorios de los paneles solares (1, 1') mediante elementos (56) de arrastre o mediante una conexión vía radio (50, 51).

15. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación solar con al menos un módulo solar fotovoltaico que puede girar mediante un accionamiento eléctrico de forma intermitente y controlada por programa alrededor de un árbol estacionario, así como orientarse según la radiación solar máxima en el transcurso del día, alimentándose el movimiento giratorio del accionamiento eléctrico del control mediante un módulo solar determinado para la obtención de energía, caracterizado porque mediante un microprocesador (64) se registra un valor umbral eléctrico (US) en un módulo solar (11-14) que corresponde a la salida y la puesta del sol, porque a partir de esto se registra la duración de la luz del día mediante un proceso de conteo, porque este valor se almacena en el microprocesador (64), porque a partir de los valores almacenados de varios días se obtiene un valor promedio, porque este valor promedio se distribuye en pasos individuales iguales (P1-Pn), porque los intervalos resultantes (P1, P2-Pn) activan el motor reductor (33) con una señal (S1) de tal modo que los pasos individuales del movimiento giratorio del panel (1) de este (O) a oeste (W) se distribuyen al menos casi de manera uniforme en el transcurso del día y porque durante o después de la puesta del sol se hace retroceder el panel (1) hacia el este (O).

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el motor reductor activado (33) se desconecta temporalmente mediante indicadores (48) de posición y al menos un sensor (49) de posición.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque en el transcurso del día se carga un condensador (40) mediante un módulo solar (11-14), porque el microprocesador (64) emite durante la puesta del sol o en la noche una señal (S2) de control a un interruptor (68) de potencia al ser inferior la tensión (US) del valor umbral y porque éste conecta la carga, almacenada en el condensador (40), a un solenoide de al menos un imán (30) de conexión que debido al impulso mecánico resultante (J) desacopla temporalmente un balancín (25, 25') de conexión y, por tanto, un engranaje (32'; 32', 34) de un segmento (21) de rueda dentada, y porque de este modo se desconecta la pretensión mecánica del movimiento giratorio del panel (1), produciéndose así su retroceso a la posición este (O).

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (40) se solicita continuamente durante el día con la tensión de un módulo solar (11) y porque delante del condensador (40) se conecta un diodo (67) de bloqueo que compensa regularmente su corriente de fuga.

19. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (40) se descarga mediante un segundo imán, que engrana en el balancín (25, 25') de conexión, y se activa 100 a 300 ms antes que el primer imán (30) de conexión, desbloqueando el balancín (25, 25') de conexión.

20. Uso de una instalación solar según al menos una de las reivindicaciones 1 a 14 para alimentar grupos electrógenos de emergencia con batería de compensación y un convertidor de corriente continua/corriente alterna, especialmente en combinación con inversores para la alimentación de la red.