Sistema basado en actuador para controlar la posición de rotación del concentrador de un colector solar que incluye un cilindro hidráulico que presenta un extremo de salida y un conjunto de conexión.

El conjunto incluye un elemento de conexión y dos brazos de pivote unidos a éste. El par de brazos está definido por un primer y un segundo brazos de pivote, estando unido pivotante cada uno a un elemento de conexión y al concentrador. Los brazos primero y segundo forman un primer y segundo ejes de pivote horizontales paralelos que permiten que el concentrador pueda moverse a lo largo de un intervalo que se extiende 180º basándose en el movimiento lineal del extremo de salida del cilindro y en el que un circuito de control de actuador controla el desplazamiento relativo del extremo de salida del cilindro.

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO BASADO EN ACTUADOR PARA COLECTOR SOLAR

REFERENCIA CRUZADA A UNA SOLICITUD RELACIONADA

La presente solicitud reivindica la prioridad en virtud de las partes pertinentes de 35 U.S.C. párrafo 119 de una solicitud provisional, USSN 61/181.065, presentada el 26 de mayo de 2009, cuyo contenido se incorpora en su totalidad a la presente memoria como referencia.

CAMPO DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere en general a un mecanismo para accionar un colector solar y en particular a un mecanismo que permite accionar un colector solar entre diversas posiciones de seguimiento del sol, así como posiciones de servicio y de almacenamiento utilizando un único actuador lineal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Se conocen una serie de técnicas para su utilización en fuentes de energía alternativas basadas en energía solar. Por ejemplo, a menudo, se utilizan células solares para convertir energía solar en electricidad. Ejemplos de estos dispositivos se encuentran en ubicaciones remotas para bombas de potencia, luces, dispositivos de telecomunicación y similares. También hay dispositivos que utilizan energía solar, tales como dispositivos de calentamiento de agua. Los sistemas colectores solares emplean reflectores grandes, o disposiciones de reflectores más pequeños soportados mediante un armazón adecuado. Los reflectores de dichos sistemas emplean paneles solares fotovoltaicos y más recientemente concentradores solares. Los concentradores contienen una pluralidad de espejos curvados para concentrar la luz solar en tubos receptores de acero y vidrio. El fluido que circula a través de los tubos puede alcanzar temperaturas de hasta 750 grados Fahrenheit y pueden utilizarse para generar vapor, que acciona una turbina y un generador para producir electricidad.

La eficacia de estos dispositivos se mejora generalmente si el dispositivo puede realizar un seguimiento de la posición del sol para que el dispositivo absorba la mayor energía posible. Por tanto, dichos dispositivos también incluyen generalmente algún tipo de aparato de seguimiento solar para realizar un seguimiento de la posición relativa del sol en los que el colector se mueve gradualmente conjuntamente con el sol para mantener la alineación.

Para concentrar la energía solar de manera eficaz en el funcionamiento de cualquiera de tales sistemas, el concentrador solar o concentrador debe rotar de manera acimutal cada día desde una dirección generalmente orientada hacia el Este al salir el sol hacia una dirección generalmente orientada hacia el Oeste al atardecer. También es ventajoso situar el concentrador solar o concentrador en una dirección dirigida hacia abajo cuando se pone el sistema de captación solar en reposo cuando el sistema no está funcionando (es decir, por la noche) y/o en una posición de servicio o reparación.

El coste una vez instalado del sistema impulsor/de accionamiento utilizado en conexión con los sistemas de captación solar desempeña un papel principal en cuanto a sus requisitos. Una clave del éxito de los sistemas de energía solar es reducir el desembolso de capital para los propietarios de la central de energía mientras se mantiene un funcionamiento eficaz y repetible. Tal como se ha indicado, los requisitos para colectores solares incluyen un intervalo de movimiento angular de 180 grados para el seguimiento del sol y 240 grados en total para permitir el almacenamiento y mantenimiento del concentrador colector, en caso de un concentrador. Además, el sistema de actuador debe configurarse para tolerar capacidades de par elevadas basándose en el funcionamiento normal incluyendo cargas del entorno y de viento normales así como cargas creadas durante la vida de funcionamiento prevista del sistema, al tiempo que también se garantiza una precisión de la posición (por ejemplo, 0, 1 grados) .

Se han considerado sistemas de accionamiento electromecánicos para su utilización en sistemas colectores solares en los que un motor permite el movimiento giratorio a través de una transmisión por engranaje, transmitiéndose este movimiento al concentrador o parte de concentrador del colector. Un beneficio funcional es que dichos sistemas permiten el movimiento continuo, aunque se ha determinado que los costes para conjuntos accionados por engranaje, se compren estos conjuntos como productos convencionales o se diseñen específicamente para su implementación, son prohibitivos y por tanto un impedimento principal para la implementación con éxito de tales sistemas de accionamiento.

Se requiere un sistema de accionamiento para un colector solar que permita accionar (un) colector (es) de manera eficaz, precisa y repetible al tiempo que sea eficaz en cuanto a su posibilidad de fabricación y coste global.

SUMARIO DE LA INVENCiÓN

Por tanto y según un primer aspecto, se da a conocer un sistema de seguimiento basado en actuador para variar de manera selectiva la poslclon de rotación del concentrador de un colector solar. El concentrador está soportado de manera giratoria para moverse a lo largo de un intervalo de movimiento angular basándose en la posición relativa del sol respecto al concentrador, en el que el sistema de seguimiento comprende un cilindro hidráulico que presenta un extremo de salida y un conjunto de conexión que interconecta el extremo de salida de dicho cilindro y el concentrador. El conjunto de conexión comprende por lo menos un elemento de conexión y un par de brazos de pivote unidos al, por lo menos un, elemento de conexión. El par de brazos de pivote incluye un primer brazo de pivote y un segundo brazo de pivote, estando unido de manera pivotante el primer brazo de pivote a una parte fija del concentrador en un extremo del brazo y unido de manera pivotante a dicho por lo menos un elemento de conexión en un extremo opuesto del mismo. El segundo brazo de pivote está unido de manera pivotante a una parte soportada de manera giratoria del concentrador en un extremo y está unido de manera pivotante a dicho por lo menos un elemento de conexión en un extremo opuesto. El elemento de conexión está unido de manera pivotante al extremo de salida del cilindro hidráulico en un extremo y unido de manera pivotante a cada uno de los brazos de pivote primero y segundo en el que el movimiento axial de dicho extremo de salida permite hacer rotar dicho concentrador a lo largo del intervalo de movimiento angular. El sistema incluye además un conjunto de control de actuador para controlar el desplazamiento del extremo de salida del cilindro.

El intervalo de movimiento angular del conjunto descrito en la presente memoria es de por lo menos 180 grados y preferentemente es de 240 grados.

Según un aspecto, el conjunto de control de actuador incluye por lo menos una bomba, un suministro de fluido hidráulico conectado a dicho cilindro y dicha bomba y medios de válvula para dirigir el flujo de fluido hidráulico desde dicho suministro de fluido hidráulico hacia y desde dicho cilindro.

Los medios de válvula según una forma de realización incluyen una válvula de control direccional conectada mediante fluido a dicho cilindro, en el que el accionamiento de dicha válvula de control direccional hará que el fluido hidráulico fluya desde dicho suministro de fluido hacia dicho cilindro, incluyendo además dichos medios de válvula direccional una válvula de control de flujo con compensación de presión para mantener un caudal fijo de flujo de fluido durante el periodo de tiempo en el que se acciona dicha válvula de control direccional.

Preferentemente, un controlador recibe la salida para accionar de manera selectiva el sistema de presurización hidráulico para colocar gradualmente el concentrador colector. Según una versión, el controlador recibe la salida desde medios de detección para determinar la posición relativa del sol. Alternativamente, el controlador puede programarse para mover el concentrador hacia posiciones predeterminadas, por ejemplo, para mantenimiento, almacenamiento y servicio.

La válvula de control direccional se acciona durante un intervalo de tiempo predeterminado en el que el suministro de fluido incluye un depósito hidráulico y un acumulador de fluido, estando conectado el acumulador a dicho depósito hidráulico y dicha bomba y sirviendo como suministro de fluido para dicho cilindro bajo dichos medios de válvula.

Según una versión, se conectan unos medios al controlador para determinar el estado del acumulador de fluido para rellenar el mismo con fluido hidráulico, según sea necesario. Estos medios de determinación pueden incluir...

1. Sistema basado en actuador para controlar la posición de rotación del concentrador de un colector solar, estando dicho concentrador soportado de manera giratoria para moverse a lo largo de un intervalo de movimiento angular basándose en la posición relativa del sol respecto al concentrador, estando dicho sistema de control de posición caracterizado porque:

un cilindro hidráulico que presenta un extremo de salida; un conjunto de conexión que interconecta el extremo de salida de dicho cilindro Y dicho concentrador, comprendiendo dicho conjunto de conexión: por lo menos un elemento de conexión; y un par de brazos de pivote unidos a dicho por lo menos un elemento de conexión, incluyendo dicho par de brazos de pivote un primer brazo de pivote y un segundo brazo de pivote, estando unido de manera pivotante dicho primer brazo de 15 pivote a una parte fija de dicho concentrador en un extremo de dicho brazo y unido de manera pivotante a dicho por lo menos un elemento de conexión en un extremo opuesto del mismo, estando unido de manera pivotante dicho segundo brazo de pivote a una parte soportada de manera giratoria de dicho concentrador en un extremo y estando unido de manera pivotante a dicho por lo menos un elemento de conexión en un extremo opuesto, estando unido de manera pivotante dicho elemento de conexión a dicho extremo de salida de dicho cilindro en un extremo y unido de manera pivotante a cada uno de dichos brazos de pivote primero y segundo en el que el movimiento axial de dicho extremo de salida permite hacer rotar dicho concentrador por dicho intervalo de movimiento angular; y un sistema de presurización hidráulico para controlar el desplazamiento de dicho extremo de salida de dicho cilindro.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer brazo de pivote está dispuesto de manera intermedia respecto al extremo de salida de dicho 30 cilindro y dicho segundo brazo de pivote.

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho intervalo de movimiento angular es de por lo menos 180 grados.

4. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho intervalo de movimiento angular es de por lo menos 240 grados.

5. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema de presurización hidráulico incluye por lo menos una bomba, un suministro de fluido hidráulico conectado a dicho cilindro y dicha bomba y unos medios de válvula para dirigir el flujo de fluido hidráulico desde dicho suministro de fluido hidráulico hacia y desde dicho cilindro.

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque dichos medios de válvula incluyen una válvula de control direccional conectada mediante fluido a dicho cilindro, en el que el accionamiento de dicha válvula direccional hará que el fluido hidráulico fluya desde dicho suministro de fluido hacia dicho cilindro, incluyendo además dichos medios de válvula una válvula de control de flujo con compensación de presión para mantener un caudal fijo de flujo de fluido durante el periodo de tiempo en el que se acciona dicha válvula direccional.

7. Sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho sistema de presurización hidráulico incluye un controlador que recibe la salida para accionar de manera selectiva dicho sistema de presurización hidráulico para colocar gradualmente dicho concentrador.

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho controlador recibe la salida desde unos medios de detección para determinar la posición relativa del sol.

9. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha válvula de control direccional se acciona durante un intervalo de tiempo predeterminado. 30

10. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho suministro de fluido incluye un depósito hidráulico y un acumulador de fluido, estando conectado dicho acumulador a dicho depósito hidráulico y a dicha bomba y sirviendo como suministro de fluido para dicho cilindro bajo dichos medios de válvula.

11. Sistema según la reivindicación 10, caracterizado porque incluye unos medios conectados a dicho controlador para determinar el estado de dicho acumulador 5 para rellenar el mismo con fluido hidráulico.

12. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque dichos medios de determinación incluyen unos medios de detección de presión dispuestos en relación con dicho acumulador para determinar la presión del mismo.

13. Sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios de detección de presión incluyen unos conmutadores de alta y baja presión.

14. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el movimiento de dicho concentrador es posible gradualmente para realizar un seguimiento de la posición del sol así como del movimiento continuo por el intervalo de movimiento angular a cada una de entre una posición de reposo y de mantenimiento según sea necesario.

15. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de válvula incluyen además un par de válvulas de compensación dispuestas en paralelo entre dicha válvula direccional y dicho cilindro.

16. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha válvula 25 direccional es una válvula direccional de solenoide.

17. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha válvula direccional es una válvula de solenoide direccional de cuatro vías.

18. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho por lo menos un elemento de conexión está unido de manera pivotante a dicho extremo de salida a través de una junta prismática.

19. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de dichos brazos de pivote está unido a dicho por lo menos un elemento de conexión y dicho concentrador mediante juntas articuladas.

20. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la unión de dicho primer brazo de pivote a la parte fija de dicho concentrador forma un primer eje de pivote y la unión de dicho segundo brazo de pivote a la parte móvil de manera giratoria de dicho concentrador forma un segundo eje de pivote paralelo a dicho primer eje de pivote y que permite que dicho concentrador pueda moverse por completo por dicho intervalo de movimiento basándose en el movimiento lineal del extremo de salida de dicho cilindro hidráulico.

21. Sistema para controlar la posición de rotación del concentrador de un colector solar, estando dicho concentrador soportado de manera giratoria para moverse a lo largo de un intervalo de movimiento angular basándose en la posición relativa del sol respecto al concentrador, estando dicho sistema de control de posición caracterizado porque comprende:

un cilindro hidráulico que presenta un extremo de salida; un conjunto de conexión que interconecta el extremo de salida de dicho cilindro y dicho concentrador, comprendiendo dicho conjunto de conexión: por lo menos un elemento de conexión; y un par de brazos de pivote unidos a dicho por lo menos un elemento de conexión, incluyendo dicho par de brazos de pivote un primer brazo de pivote y un segundo brazo de pivote, estando unido de manera pivotante cada uno a dicho por lo 25 menos un elemento de conexión y dicho concentrador, en el que la unión de dicho primer brazo de pivote y dicho segundo brazo de pivote forman unos ejes de pivote primero y segundo horizontales paralelos respectivos que permiten que dicho concentrador pueda moverse por completo a lo largo de dicho intervalo de movimiento basándose totalmente en el movimiento lineal del extremo de salida de dicho cilindro hidráulico; y un sistema de presurización hidráulico para controlar el desplazamiento de dicho extremo de salida respecto a dicho cilindro.