Sistema y método para la orientación de una placa solar fotovoltaica instalada en una boya marina.

Sistema y método para la orientación de una placa solar fotovoltaica instalada en una boya marina.

La presente invención se refiere a un sistema y a un método de orientación hacia el sol de una placa solar instalada en una boya marina, donde dicho sistema comprende una estructura acoplable al mástil de dicha boya que comprende, asimismo, al menos una pala orientable configurada para rotar la boya respecto al eje determinado por su mástil; y un contenedor equipado con medios para hacer girar dicha pala orientable respecto a un eje; junto con un sistema electrónico de control de dicha pala orientable. La invención permite aprovechar eficazmente la energía proporcionada por el viento para estabilizar la boya, a través de la pala orientable, preferentemente para seguir de forma continua la posición solar.

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA ORIENTACIÓN DE UNA PLACA SOLAR FOTOVOLTAICA INSTALADA EN UNA BOYA MARINA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema y a un método para la orientación de una placa solar fotovoltaica instalada en una boya marina, anclada al fondo marino en una determinada localización, estando destinados dichos sistema y método a proporcionar una captación óptima de energía solar en dicha placa solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro del campo técnico correspondiente al estudio científico del medio marino, en numerosas ocasiones es necesario llevar a cabo experimentos de larga duración para los 15 cuales se instalan boyas sensoras ancladas al fondo marino, a las que se dota de instrumental necesario para la recolección y transmisión de datos relativos a los experimentos realizados. Los sistemas de sensorización costera basados en boyas son muy adecuados para monitorizar y controlar el estado de las aguas, ya que su instalación y mantenimiento puede realizarse de un modo sencillo y con coste limitado, y la tecnología 20 utilizada permite la automatización en la instrumentación y toma de muestras, así como en el ajuste variable de las frecuencias de muestreo. De este modo, es posible realizar despliegues de boyas sensoras de superficie, formando una red que permite obtener una representación espacial precisa de las variables marinas a analizar. Resultan especialmente interesantes las redes de boyas con comunicación inalámbrica, vía radio frecuencia, GPRS 25 o con combinación de ambas, debido a su flexibilidad para la obtención y el control de los datos, siendo además posible desplegar en ellas sistemas de medida lo suficientemente extendidos y densos como para poder abarcar una amplia cobertura espacial. Los sistemas de medida marinos implementados mediante redes inalámbricas de boyas sensoras tienen, como principal ventaja, la posibilidad de realizar un acceso remoto a la información registrada en la boya desde una estación base.

El suministro típico de energía a estos sistemas se realiza mediante acumuladores energéticos. En el caso de estancias prolongadas de las boyas en el medio marino, y para no tener que reponer los acumuladores periódicamente, se recurre habitualmente a la 35 instalación de placas solares fotovoltaicas para recargar los referidos acumuladores. De la óptima orientación de estas placas respecto al sol depende el rendimiento de las mismas y, por tanto, la cantidad de energía suministrada a los sistemas de sensores de las boyas.

Un aspecto crucial a la hora de realizar una plataforma de instrumentación con boyas sensoras es el coste que implica el acceso al mar, por lo que es necesario realizar un diseño que minimice el coste de despliegue, mantenimiento y repliegue de la red de boyas. Entre las tareas de mantenimiento más habituales destacan las de reposición de los acumuladores que proporcionan la energía a la boya. Para minimizar este mantenimiento, las boyas sensoras deben dotarse de sistemas de recuperación energética (normalmente solar o eólica) que permitan la recarga de baterías, y garanticen su independencia energética. Una alternativa muy usada para conferir independencia energética a boyas sensoras es el uso combinado de acumuladores recargables y paneles solares fotovoltaicos.

El óptimo rendimiento de un panel solar fotovoltaico depende en buena medida de una correcta orientación respecto al sol durante el mayor tiempo posible. El principal problema para conseguir esta orientación proviene de la propia constitución de las boyas (un flotador dotado de un mástil para la ubicación de los diferentes dispositivos y anclado al fondo) , la cual constituye una plataforma de naturaleza inestable: gira sobre sí misma por efecto de las corrientes marinas, las mareas y el viento. En estas condiciones, la correcta orientación respecto al sol de un panel solar fotovoltaico anclado a la boya es una tarea muy difícil.

La presente invención proporciona un sistema que permite usar la energía proporcionada por el viento para conseguir la correcta orientación de un panel solar fotovoltaico anclado a una boya sensora, proporcionando una solución a los problemas técnicos anteriormente mencionados.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es, pues, el aprovechamiento eficiente de la energía solar como fuente de alimentación de los sistemas de sensores de boyas marinas, mediante la utilización de la fuerza del viento para la orientación de los paneles solares instalados en dichas boyas.

Dicho objeto de la invención se consigue mediante un novedoso sistema que comprende una estructura acoplable al mástil de una boya, que comprende asimismo, al menos, una pala orientable configurada a modo de veleta para rotar la boya respecto al eje determinado por su mástil; y un contenedor que aloja un servomotor con un accionamiento conectado a la pala orientable, configurado para hacer girar dicha pala orientable respecto a un eje, junto con un sistema electrónico de control de dicho servomotor.

Se consigue con ello un sistema capaz de aprovechar la energía proporcionada por el viento para estabilizar la boya en una orientación determinada, a través de la pala orientable, preferentemente para que siga de forma continua el azimut solar. Para ello, el sistema electrónico de control de la invención se configura de forma que calcule, en todo momento, dicho azimut a partir de los datos proporcionados por un reloj y los compare con la orientación real de la boya, calculada por dicho sistema electrónico de control. El resultado de la comparación se envía como señal a un controlador que genera la señal para que el servomotor oriente la boya según el azimut solar. De este modo, la aplicación del accionamiento del servomotor sobre la pala orientable permite que el viento estabilice la boya en la dirección deseada.

En una realización preferente de la invención, la estructura acoplable al mástil de la boya comprende dos pletinas taladradas, unidas por un tubo de sección suficiente para hacer pasar por el mismo el mástil de la boya y donde, de forma excéntrica al taladrado principal de las pletinas, éstas comprenden un segundo taladrado en el que se sitúa un eje móvil, al

cual se acopla la pala orientable. Se consigue con ello un medio eficaz de instalación de la pala orientable, que permite tanto una fijación robusta del sistema de la invención al mástil de la boya, como una adecuada movilidad de la pala orientable en su movimiento de rotación.

En otra realización preferente de la invención, al menos un extremo del eje móvil acoplado a la pala orientable se conecta al accionamiento del servomotor alojado en el contenedor. De esta forma, se consigue una fijación estable de los elementos electrónicos de control de la invención en relación con sus elementos mecánicos de orientación. Preferentemente, el servomotor y/o su accionamiento (rotor) poseen medios configurados para posicionar la pala orientable en un rango angular comprendido entre 0º y 180º.

Preferentemente, el sistema electrónico de control del servomotor comprende al menos un compás electrónico configurado para determinar la orientación de la boya, y una placa microprocesadora encargada de calcular y controlar el accionamiento del servomotor, en 35 función de la información recibida por dicho compás electrónico. El compás permite el cálculo en tiempo real de la orientación de la boya, facilitando su comparación con la posición acorde al azimut solar. Más preferentemente, la placa microprocesadora está configurada con un programa para generar un ángulo de giro en la boya mediante el accionamiento del servomotor. Aún más preferentemente, el accionamiento del servomotor se realiza por medio de un regulador PID (del inglés, “proportional-integral-derivative”) .

En otra realización preferente de la invención, el servomotor está configurado para evitar el giro libre de la pala orientable sobre el eje en caso de ausencia de alimentación y/o de señales de control en el sistema. Se consigue con ello que la pala se quede fija y consiga orientar la boya según la dirección del viento.

En una realización preferente adicional de la invención, el sistema comprende medios configurados para calcular la posición del sol y la orientación del panel solar fotovoltaico, y para generar órdenes de control del servomotor para la orientación del panel fotovoltaico hacia el azimut solar, mediante el posicionamiento de la boya a la que dicho panel se encuentra solidariamente instalado. Más preferentemente, el sistema de la invención comprende uno o más de los siguientes medios: -Medios para enviar/recibir información al/del sistema...

1. Sistema para la orientación de una placa solar fotovoltaica (11) instalada en una boya (3) marina, que comprende una estructura (1) acoplable al mástil (2) de dicha boya (3) , y caracterizado porque dicha estructura (1) comprende, asimismo, al menos:

- una pala orientable (4) configurada a modo de veleta para rotar la boya (3) respecto al eje determinado por su mástil (2) ,

- un contenedor (5) que aloja un servomotor (6) con un accionamiento conectado a la pala orientable (4) , configurado para hacer girar dicha pala orientable (4) respecto a un eje (10) ; y un sistema electrónico de control (7) de dicho servomotor (6) que comprende, al menos, un compás electrónico configurado para determinar la orientación de la boya (3) y una placa microprocesadora encargada de calcular y controlar el accionamiento del servomotor (6) , en función de la información recibida por dicho compás electrónico.

2. Sistema según la reivindicación anterior, donde la estructura (1) acoplable al mástil (2) de la boya (3) comprende dos pletinas (8, 8’) taladradas, unidas por un tubo (9) de sección suficiente para hacer pasar por el mismo el mástil (2) de la boya (3) y donde, de forma excéntrica al taladrado principal de las pletinas (8, 8’) , éstas comprenden un segundo taladrado en el que se sitúa un eje (10) móvil, al cual se acopla la pala orientable (4) .

3. Sistema según la reivindicación anterior, donde al menos un extremo del eje (10) móvil se conecta al accionamiento del servomotor (6) alojado en el contenedor (5) .

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el servomotor (6) y/o su accionamiento comprenden medios para posicionar la pala orientable (4) en un rango angular comprendido entre 0º y 180º.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa microprocesadora está configurada con un programa para generar un ángulo de giro en la boya (3) mediante el accionamiento del servomotor (6) .

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el accionamiento del servomotor (6) se realiza por medio de un regulador PID.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el servomotor (6) está configurado para evitar el giro libre de la pala orientable (4) sobre el eje (10) en caso de ausencia de alimentación y/o de señales de control en el sistema.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura (1) acoplable al mástil (2) es una estructura metálica.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el contenedor (5) y/o la pala orientable (4) están hechos de material plástico rígido.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios configurados para calcular la posición del sol y la orientación del panel solar fotovoltaico (11) , y para generar órdenes de control del servomotor (6) para la orientación del panel solar fotovoltaico (11) hacia el azimut solar, mediante el posicionamiento de la boya (3) a la que el panel solar (11) es solidario.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más de los siguientes medios:

- medios para enviar/recibir información al/del sistema electrónico de control (7) ;

- medios para configurar el sistema electrónico de control (7) ;

- medios para visualizar información correspondiente a la posición de la boya (3) , y/o al movimiento de la pala orientable (4) ;

- medios de control para el arranque, la parada y/o la escritura de datos del sistema electrónico de control (7) .

12. Método para la orientación de una placa solar fotovoltaica (11) instalada en una boya (3) marina, que comprende el uso de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-11, y uno o más de los siguientes pasos: a) medición de la orientación de la boya (3) mediante el sistema electrónico de control (7) ;

b) comparación de la orientación de la boya (3) medida en el paso a) con un valor de orientación de referencia almacenado o calculado por el sistema electrónico de control (7) ;

c) orientación de la pala orientable (4) mediante la activación del accionamiento servomotor (6) por medio del sistema electrónico de control (7) .

13. Método según la reivindicación anterior, donde la orientación de la pala orientable (4) se realiza cuando la diferencia entre la orientación de la boya (3) medida en el paso a) y el valor de orientación de referencia almacenado o calculado por el sistema electrónico de control (7) supera un valor umbral almacenado o calculado por el sistema electrónico de control (7) .

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-13, donde la velocidad de giro del accionamiento del servomotor (6) se encuentra configurada para hacer que el par resistente creado por el viento sobre la pala orientable (4) sea mayor que el par ofrecido por la rotación de la boya (3) en el agua.

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3

FIG. 4