Sistema reflector de seguimiento solar para iluminar estructuras.

Sistema de seguimiento solar (100) que puede instalarse por encima de una claraboya de un edificio,

comprendiendo:

una caja de control (120); y

una estructura de soporte vertical (112) que se puede colocar por encima de una parte central de la claraboya,teniendo la estructura de soporte vertical una parte superior que recibe un árbol (122) que se extiende por debajo dela caja de control,

un motor eléctrico (124) dentro de la caja de control que acciona la caja de control alrededor del árbol que seextiende por debajo de la caja de control;

un circuito de control de movimiento (276) dentro de la caja de control que controla el motor para hacer que la cajade control gire alrededor del árbol que se extiende por debajo de la caja de control;

un circuito de alimentación de tensión (252) dentro de la caja de control para proporcionar energía eléctrica alcircuito de control de movimiento y al motor;

un conjunto de paneles solares (130) que produce energía eléctrica en respuesta a la luz solar y que proporciona laenergía eléctrica al circuito de alimentación de tensión dentro de la caja de control en cantidad suficiente para hacerfuncionar la caja de control sin ninguna otra fuente de alimentación eléctrica; y

una estructura de soporte de espejo (140) acoplada a la caja de control para girar con la caja de control, soportandola estructura de soporte de espejo una pluralidad de espejos (150, 152, 154) colocados en un ángulo para reflejar laluz solar a través de la claraboya en el edificio.

caracterizado por que cada uno del conjunto de paneles solares (130) y el circuito de alimentación de tensión estánacoplados mecánicamente a la caja de control para girar con la caja de control.

Sistema reflector de seguimiento solar para iluminar estructuras

Campo técnico

La presente invención está en el campo de la iluminación interior de edificios usando luz solar reflejada a través de una abertura en el techo (por ejemplo, una claraboya) .

Antecedentes de la técnica Las claraboyas proporcionan luz solar natural a lugares interiores de un edificio que recibe poca o ninguna luz a través de ventanas. Aunque las claraboyas pasivas son adecuadas en algunas situaciones, por lo general tales claraboyas sólo proporcionan una iluminación suficiente cuando el sol está en o cerca de su cenit. Durante los meses de invierno, el sol está tan bajo en el cielo del sur (suponiendo que el edificio se encuentre en el hemisferio norte) que la iluminación que proporciona una claraboya no es suficiente, incluso aunque el sol esté en el cenit.

Muchos mecanismos han sido desarrollados en respuesta al problema anterior. Por ejemplo, las patentes US

5.999.323 (Wood) , 6.433.932 (Aoki et al.) , 6.493.145 (Aoki et al.) , y 6.801.361 (Aoki et al.) ilustran una serie de mecanismos para reflejar la luz solar a través de una claraboya para iluminar el interior de un edificio. Los mecanismos incluyen uno o más espejos colocados en ángulo con respecto a la vertical, de manera que cuando el sol se coloca bajo en el cielo, la luz solar se refleje hacia abajo en el interior del edificio. Los mecanismos están motorizados para que cada espejo se oriente hacia el sol y siga el movimiento aparente del sol a través del cielo. Por tanto, la luz solar se refleja durante la mañana y la tarde, así como durante el mediodía.

La US 5.999.323 describe un reflector solar activo, montado preferiblemente en el interior de una cúpula transparente, que sigue el sol desde el amanecer hasta la puesta del sol para reflejar la radiación solar que incide en una habitación u otro espacio a iluminar. La US 2004/0050380 da a conocer un aparato de iluminación solar del tipo de seguimiento del sol para guiar la luz solar al interior de un edificio utilizando medios que reflejan la luz, comprendiendo el aparato medios para reflejar la luz solar, medios de accionamiento para accionar los medios que reflejan la luz, medios de control para controlar los medios de accionamiento para orientar los medios que reflejan la luz hacia la dirección del sol, y medios de fuente de alimentación para suministrar energía eléctrica a los medios de accionamiento y a los medios de control. La DE 102005042478 da a conocer un sistema para plantas solares con una superficie que puede ser alineada, la cual está montada en un soporte.

Aunque los mecanismos conocidos proporcionan ventajas con respecto a las claraboyas pasivas, los mecanismos incluyen estructuras y mecanismos de control complicados y, por tanto, tienden a ser poco fiables y costosos de adquirir, instalar y mantener. Continúa existiendo la necesidad de un dispositivo de seguimiento solar instalado en el interior que sea fiable y de bajo costo y que sea fácil de instalar, y que requiera poco o ningún mantenimiento.

Descripción de la invención La presente invención proporciona un dispositivo de seguimiento solar de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas. El dispositivo de seguimiento solar se puede montar sobre una claraboya de un edificio e incluye una estructura de soporte vertical que recibe el árbol de un cabezal de control motorizado (o caja de control) . El cabezal de control encierra circuitería de control y un motor. Un árbol que se extiende desde el cabezal de control se mantiene en una posición fija mediante la estructura de soporte vertical, de manera que cuando funciona el motor, el bastidor del motor gira alrededor del árbol junto con la caja de control. La rotación de la caja de control se controla de manera que la caja de control siga generalmente el movimiento aparente del sol durante las horas de luz del día.

Una estructura de soporte de espejo soporta una pluralidad de espejos que se colocan en ángulo para reflejar la luz solar a través de la claraboya. La estructura de soporte de espejo se acopla mecánicamente a la caja de control y gira con la caja de control.

Un conjunto de paneles solares también se acopla mecánicamente a la caja de control y se coloca orientado hacia el sol cuando los espejos se colocan orientados hacia el sol. El conjunto de paneles solares produce energía eléctrica a partir de energía solar. La energía eléctrica se comunica a un sistema de almacenamiento dentro de la caja de control. El sistema de almacenamiento proporciona energía eléctrica a la circuitería de control y, por tanto, al motor. No se proporciona alimentación eléctrica externa al dispositivo de seguimiento solar. El sistema de almacenamiento almacena una cantidad suficiente de energía para mantener el funcionamiento del dispositivo de seguimiento solar incluso aunque el sol esté ocluido durante varios días sucesivos. El sistema de almacenamiento se reabastece rápidamente cuando el conjunto de paneles solares se expone al sol.

De acuerdo con una primera realización preferida, un sistema de seguimiento solar que se puede instalar sobre una claraboya de un edificio incluye una caja de control. Un motor eléctrico dentro de la caja de control acciona la caja de control alrededor de un árbol que se extiende por debajo de la caja de control. Una estructura de soporte vertical se puede colocar por encima de una parte central de la claraboya. La estructura de soporte vertical tiene una parte superior que recibe el árbol que se extiende desde la caja de control. Un circuito de control de movimiento dentro de la caja de control controla el motor para hacer que la caja de control gire alrededor del árbol extendido. Un circuito de alimentación de tensión dentro de la caja de control proporciona energía eléctrica al circuito de control de 5 movimiento y al motor. Un conjunto de paneles solares acoplado mecánica y eléctricamente a la caja de control produce energía eléctrica en respuesta a la luz solar y proporciona energía eléctrica al circuito de alimentación de tensión dentro de la caja de control, suficiente para hacer funcionar la caja de control sin ninguna otra fuente de alimentación eléctrica. Al menos un espejo se acopla a la caja de control para girar con la caja de control. El espejo se coloca en ángulo para reflejar la luz solar a través de la claraboya, en el edificio. En la realización ilustrada del sistema de seguimiento solar, el circuito de control de movimiento hace girar intermitentemente la caja de control durante las horas diurnas para colocar el espejo hacia posiciones calculadas del sol. El circuito de control de movimiento hace girar la caja de control al final de un día a una posición calculada del sol al amanecer del siguiente día siguiente. El circuito de control de movimiento calcula la posición de la posición azimutal del sol en base a la fecha y la hora del día y en base a al menos la posición de latitud y longitud del sistema de seguimiento solar. En determinadas realizaciones, la posición de latitud y longitud se almacenan de forma permanente en una memoria no volátil dentro de la circuitería de control de movimiento. En otras realizaciones, la posición de la latitud y longitud y la fecha y la hora del día se obtienen mediante el acceso a un receptor de posicionamiento global incorporado en la circuitería de control de movimiento.

En una realización particularmente preferida, el circuito de alimentación de tensión comprende unos circuitos generadores de tensión primero, segundo, tercero y cuarto. El primer circuito generador de tensión comprende componentes pasivos acoplados a la salida eléctrica del conjunto de paneles solares para cargar al menos un primer condensador de almacenamiento a una tensión variable. La tensión variable a través del condensador de almacenamiento se limita a un valor máximo mediante un primer dispositivo limitador de tensión. El segundo circuito generador de tensión comprende también componentes pasivos acoplados a la salida eléctrica del conjunto de 25 paneles solares. El segundo circuito generador de tensión comprende un segundo dispositivo limitador de tensión para proporcionar una tensión de salida limitada. La tensión de salida limitada se proporciona a un nodo de tensión común, que está acoplado a los terminales de entrada de energía de los dispositivos digitales en el circuito de control de movimiento. El tercer circuito generador de tensión comprende un reductor de tensión acoplado para recibir la tensión variable procedente del primer circuito de tensión. El reductor de tensión produce una primera tensión constante cuando es activado por el circuito de control de movimiento. La primera tensión constante se proporciona como una fuente de alimentación al motor... [Seguir leyendo]

1. Sistema de seguimiento solar (100) que puede instalarse por encima de una claraboya de un edificio,

comprendiendo:

una caja de control (120) ; y

una estructura de soporte vertical (112) que se puede colocar por encima de una parte central de la claraboya, teniendo la estructura de soporte vertical una parte superior que recibe un árbol (122) que se extiende por debajo de la caja de control,

un motor eléctrico (124) dentro de la caja de control que acciona la caja de control alrededor del árbol que se extiende por debajo de la caja de control;

un circuito de control de movimiento (276) dentro de la caja de control que controla el motor para hacer que la caja de control gire alrededor del árbol que se extiende por debajo de la caja de control;

un circuito de alimentación de tensión (252) dentro de la caja de control para proporcionar energía eléctrica al circuito de control de movimiento y al motor;

un conjunto de paneles solares (130) que produce energía eléctrica en respuesta a la luz solar y que proporciona la 15 energía eléctrica al circuito de alimentación de tensión dentro de la caja de control en cantidad suficiente para hacer funcionar la caja de control sin ninguna otra fuente de alimentación eléctrica; y

una estructura de soporte de espejo (140) acoplada a la caja de control para girar con la caja de control, soportando la estructura de soporte de espejo una pluralidad de espejos (150, 152, 154) colocados en un ángulo para reflejar la luz solar a través de la claraboya en el edificio.

caracterizado por que cada uno del conjunto de paneles solares (130) y el circuito de alimentación de tensión están acoplados mecánicamente a la caja de control para girar con la caja de control.

2. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de control de movimiento (276) está configurado para hacer girar intermitentemente la caja de control (120) durante las horas diurnas para colocar el al menos un espejo (150, 152, 154) hacia posiciones calculadas del sol, y en el que el circuito de control de movimiento está configurado para hacer girar la caja de control al final de un día a una posición calculada del sol al amanecer del siguiente día siguiente.

3. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el circuito de control de movimiento (276) está configurado para calcular la posición de la posición azimutal del sol en base a la fecha y a la hora del día, y en base a al menos la posición de latitud y longitud del sistema de seguimiento solar.

4. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la posición de latitud y longitud se almacenan de forma permanente en una memoria no volátil dentro de la circuitería de control de movimiento (276) .

5. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la posición de latitud y longitud y

la fecha y la hora del día se obtienen mediante el acceso a un receptor de posicionamiento global incorporado en la 35 circuitería de control de movimiento (276) .

6. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de alimentación de tensión comprende:

un primer circuito generador de tensión que comprende componentes pasivos acoplados a la salida eléctrica del conjunto de paneles solares (130) , cargando el primer circuito generador de tensión al menos un primer 40 condensador de almacenamiento a una tensión variable, limitándose la tensión variable a través del condensador de almacenamiento a un valor máximo mediante el primer dispositivo limitador de tensión;

un segundo circuito generador de tensión que comprende componentes pasivos acoplados a la salida eléctrica del conjunto de paneles solares, comprendiendo el segundo circuito generador de tensión un segundo dispositivo limitador de tensión para proporcionar una tensión de salida limitada, proporcionándose la tensión de salida limitada 45 a un nodo de tensión común, estando el nodo común acoplado a los terminales de entrada de energía de dispositivos digitales en el circuito de control de movimiento;

un tercer circuito generador de tensión que comprende un reductor de tensión (1540) acoplado para recibir la tensión variable del primer circuito de tensión, produciendo el reductor de tensión una primera tensión constante cuando es activado por el circuito de control de movimiento, siendo la primera tensión constante proporcionada como una fuente de alimentación para el motor eléctrico (124) ;

un cuarto circuito generador de tensión que comprende un elevador de tensión (1550) acoplado para recibir la primera tensión constante, produciendo el elevador de tensión una segunda tensión constante cuando es activado por la unidad de control de movimiento (276) , proporcionándose la segunda tensión constante al nodo de tensión común de manera que la tensión en el nodo de tensión común es la tensión más alta entre la tensión de salida limitada del segundo circuito generador de tensión o la segunda tensión constante; y

un segundo condensador de almacenamiento acoplado al nodo de tensión común para ser cargado por la tensión más alta entre la tensión de salida limitada del segundo circuito generador de tensión o la segunda tensión constante del cuarto circuito generador de tensión, y para suministrar energía eléctrica al nodo de tensión común cuando la tensión de salida limitada y la segunda tensión constante son ambas menores que la tensión a través del segundo condensador de almacenamiento.

7. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el reductor de tensión (1540) es activado de manera selectiva por una señal de activación proveniente del circuito de control de movimiento (276) , y

en el que la señal de activación se mantiene en un estado inactivo hasta que el circuito de control de movimiento recibe una tensión suficiente del primer circuito generador de tensión para ser totalmente operativo.

8. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el primer condensador de almacenamiento es un supercondensador.

9. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el primer condensador de 20 almacenamiento tiene una capacidad de al menos 1 faradio.

10. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el segundo condensador de almacenamiento es un supercondensador.

11. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

la caja de control (120) tiene una pared exterior que está atravesada por al menos unas aberturas primera y segunda (300, 302) situadas en posiciones angulares primera y segunda correspondientes con respecto a un eje de rotación del árbol de motor (122) , admitiendo cada abertura un haz correspondiente de luz solar en la caja de control cuando la abertura correspondiente está orientada en una dirección generalmente hacia el sol;

la caja de control incluye al menos un fotodetector (310) , estando el fotodetector situado en la caja de control en una posición angular entre las posiciones angulares primera y segunda de las aberturas primera y segunda, de modo 30 que el fotodetector esté en una posición con sombra entre los haces de luz solar admitidos a través de las aberturas primera y segunda a menos que la caja de control gire a una posición para permitir que el haz de luz solar admitido a través de una de las aberturas primera y segunda incida sobre el fotodetector; y la circuitería de control es sensible a la señal eléctrica proveniente del fotodetector para ajustar la posición angular de la caja de control para hacer que el fotodetector se encuentre protegido del sol entre los haces de luz solar provenientes de las aberturas primera y

segunda.

12. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el conjunto de paneles solares (130) y el al menos un espejo (150, 152, 154) están configurados para quedar orientados hacia el sol cuando el fotodetector (310) está protegido de la luz solar que pasa a través de cualquiera de las dos aberturas (300, 302) .

13. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el fotodetector (310) está

configurado para ser inactivo cuando el fotodetector se encuentra protegido de los haces de luz solar que pasan a través de las dos aberturas (300, 302) .

14. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la circuitería de control es sensible a una señal activa procedente del fotodetector (310) y está configurada para determinar automáticamente qué abertura (300, 302) está admitiendo la luz solar que incide sobre el fotodetector y está configurada además para 45 colocar la caja de control (210) de manera que el fotodetector quede situado en la sombra entre los haces de luz solar provenientes las aberturas primera y segunda.

15. Sistema de seguimiento solar (100) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la circuitería de control está configurada para adaptarse automáticamente a una nueva instalación para hacer girar la caja de control (120) hasta que el fotodetector (310) detecte la luz solar a través de una de las aberturas (300, 302) y para hacer girar a 50 continuación la caja de control hasta que el fotodetector detecte la luz solar a través de la otra abertura, en el que la circuitería de control está configurada para ser sensible a la dirección de rotación de manera que, cuando el fotodetector detecte la luz solar a través de la otra abertura, la circuitería de control determine si el sistema de seguimiento solar se encuentra situado en el hemisferio norte o el hemisferio sur, y en el que la circuitería de control está configurada para establecer la dirección de rotación de la caja de control de acuerdo con la posición del sistema de seguimiento solar.