WO2019166672A1

WO2019166672A1 - Brazo de sustentación de colector solar

Info

Publication number: WO2019166672A1
Application number: PCT/ES2018/070147
Authority: WO
Inventors: David MARTÍN CASERO
Original assignee: Shouhang European SL
Current assignee: Shouhang European SL
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2020-08-28

Abstract

Brazo de sustentación de colector solar. Brazo (1) configurado para conectarse a un elemento de torsión (2) y al menos a un panel solar, conformado por una chapa estampada con una pluralidad de aberturas (3) intermedias. Comprende un primer lado (4) destinado a quedar unido al elemento de torsión (2); un segundo lado (5), opuesto al primer lado (4); un tercer lado (6) curvo con una curvatura configurada para sostener al menos un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7); y un cuarto lado (8), opuesto al tercer lado (6), que es recto y que parte desde el primer lado (4) con una inclinación tal que, cuando se disponen dos brazos (1) unidos al elemento de torsión (2) estando el colector orientado horizontalmente con respecto al terreno estando el cuarto lado orientado hacia arriba, los cuartos lados (8) de ambos brazos (1) quedan alineados.

Description

BRAZO DE SUSTENTACIÓN DE COLECTOR SOLAR

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el campo técnico de las energías renovables y más concretamente en los equipos y partes de equipos relacionados con la energía solar.

Se describe un brazo de sustentación de colector solar que puede emplearse en colectores termosolares de tipo cilindro parabólico, colectores fotovoltaicos y termosoiares de tipo piano.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los colectores termosolares de tipo cilindro parabólicos son elementos esenciales de algunas plantas de generación de energía tipo termosolar. En ellos, una pluralidad de paneles reflectantes de la luz solar están dispuestos conformando una parábola que permite que ios rayos de sol incidentes en ios paneles sean reflejados bacía un receptor colocado en el foco de la parábola que forman ios paneles. En el interior de un tubo central circuía un fluido que se calienta y transportar el calor absorbido de los rayos solares. En este tipo de colectores, giran los paneles alrededor de un eje para que según la posición del sol vaya variando a lo largo del día, el colector siempre focalice los rayos solares sobre el tubo central.

Se conocen también del estado de la técnica ios colectores fotovoltaicos, que comprenden paneles fotovoltaicos que no reflejan ios rayos del sol hacia un receptor sino que transforman directamente la energía solar en energía eléctrica. Los colectores cilindro parabólicos basan su funcionamiento en el seguimiento solar a un eje para tener una eficiencia aceptable comercialmente. Sin embargo, los seguidores fotovoltaicos pueden trabajar fijos, con un eje de movimiento o con dos ejes de movimiento, resultando en que cuantos más ángulos de giro mayor la eficiencia del sistema.

Los seguidores solares con un eje de giro, unen sus superficies de captación (ya sean con forma de parábola o con forma plana) a un elemento de torsión dispuesto a lo largo del eje alrededor del cual giran los paneles. Los paneles están soportados por entramados metálicos que van rígidamente unidas ai elemento de torsión. Generalmente ios entramados metálicos de estos colectores se conforman mediante estructuras con una pluralidad de barras unidas entre sí. Esto es debido a que los brazos deben ser suficientemente resistentes como para poder soportar el peso de los paneles, su propio peso y además las posibles cargas adicionales como por ejemplo las cargas por vientos, nieve, terremotos, etc. Los brazos deben deformarse lo mínimo posible para no mermar la eficiencia óptica del colector. Adicionalmente este conjunto de barras solo se soporta por su unión ai elemento de torsión, estando su extremo contrario en voladizo. El elemento de torsión aporta rigidez ai conjunto de brazos manteniéndolos en la posición adecuada además de que aporta resistencia a torsión.

Una solución actualmente empleada en el estado de la técnica es la descrita en el documento EP26G257Q que describe una estructura de soporte para colector solar cilindro parabólico que comprende un tubo de torsión, un primer y un segundo conjuntos de nervios arqueados cuyas superficies forman áreas cóncavas. Las nervaduras arqueadas se extienden de manera que un plano que pasa por un lado de una nervadura arqueada a través de su extremo próxima! y el extremo dista! de la misma nervadura arqueada forma con un piano perpendicular a! eje longitudinal de la torsión tubo un ángulo que está en el rango preferiblemente de 1 G^e a 30^e. Asimismo en el documento US546Q163 se describe un colector de captación de radiación solar para la generación de vapor. Comprende un espejo con forma de canal que se extiende en una dirección longitudinal y que recibe y refleja la radiación en una línea de absorción que encierra en su interior un tubo generador de vapor en el que el agua se calienta, vaporiza y sobrecalienta. El calor se transfiere transversalmente desde la línea de absorción a! tubo de! generador de vapor mediante segmentos de tubería de calor espaciados longitudinalmente a lo largo de la línea de absorción.

El documento US8256413 propone un colector parabólico que incluye una estructura de soporte de espejo parabólico con una superficie de espejo parabólico, y una estructura de soporte que soporta un tubo absorbente. La estructura de soporte del espejo parabólico y la estructura de soporte de! absorbente están fijadas mecánicamente en una posición fija entre sí en un tubo de torsión que está dispuesto debajo de la superficie del espejo parabólico, y montados junto con la superficie del espejo parabólico de manera capaz de girar alrededor de un eje de rotación longitudinal del colector cilindro parabólico. El tubo de torsión está dispuesto de modo que ei eje de rotación longitudinal del colector cilindroparabólico coincida con el eje longitudinal central del tubo de torsión.

Otra solución conocida para colectores cilindro parabólicos es la recogida en la patente ES2403164. En ella se describe un brazo para colector solar cilindro parabólico que una configuración en forma de cuña y que comprende una chapa estampada con una pluralidad de nervaduras entre las que se encuentra una pluralidad de porciones laminares. La presencia de porciones laminares entre las nervaduras es esencial para el brazo descrito ya que aportan la rigidez y capacidad portante que se busca en dicha invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Como se ha descrito previamente, los colectores solares se pueden dividir en colectores solares cilindro parabólicos y en colectores solares pianos. Los elementos básicos de cualquier colector solar son una pluralidad de apoyos al terreno, dispuestos longitudinales a lo largo de un eje de giro del colector, un elemento de torsión, unos paneles solares, un entramado metálico de sustentación de los paneles solares y, en los colectores de tipo cilindro parabólico, al menos un elemento receptor termosolar.

El eje de giro del colector se corresponde con el eje central del elemento de torsión. Dicho eje de giro del colector es la línea sobre la que gira ei colector y generalmente está orientado de norte a sur (de forma que ei colector va girando siguiendo la dirección del sol de este, por donde sale, a oeste, por donde se pone).

Es importante destacar que cada colector solar, sea del tipo que sea, comprende un elevado número de barras que conforman su entramado metálico de sustentación. En la presente invención se describe un elemento de entramado metálico de sustentación que es, más concretamente, un brazo. Este brazo está configurado para instalarse en voladizo, unido solo por uno de sus extremos al elemento de torsión del colector.

Así pues, el brazo de sustentación propuesto se une al elemento de torsión y es, en conjunto con una pluralidad de elementos de entramado metálico de sustentación adicionales (preterentemente otros brazos de sustentación), el encargado de soportar el peso de los paneles solares y las posibles cargas adicionales debidas por ejemplo a las condiciones ambientales como podrían ser las cargas producidas por el viento.

Así pues, debido a la gran cantidad de brazos de sustentación que se encuentran en cada colector solar y por tanto la gran cantidad de brazos de sustentación que se encuentran en cada planta de energía solar, es necesario reducir ai máximo ios costes de producción de dichos brazos.

En un ejemplo de realización, un colector solar puede tener 360 brazos. Cada 36 brazos se disponen en cada módulo de colector solar y cada pareja de brazos soporta uno o más paneles solares de colector cilindro parabólico o uno o más paneles solares de colector de colector solar plano. En una planta solar de 50MW serían necesarios más de 200.000 brazos. Es por esto que es tan importante reducir costes y desarrollar un brazo de sustentación que sea fácil de fabricar, cuya producción sea escaladle y que sea de fácil instalación.

La presente invención describe un brazo de sustentación de colector solar que puede ser empleado en colectores solares de tipo cilindrico parabólico y de tipo plano. Se trata de un brazo reversible tai que, en función de cómo se oriente, permite su conexión a un elemento de torsión de un colector solar y al menos a un panel solar de colector cilindro parabólico o a un elemento de torsión de colector solar y al menos a un panel solar de colector plano.

Así pues, solo es necesario fabricar un brazo y éste puede ser empleado en los dos tipos de tecnologías. Esto permite el empleo de un troquel único para obtener los brazos que se instalan en colectores solares cilindro parabólicos o en colectores solares planos.

Una característica esencial del brazo propuesto es que se trata de una chapa estampada. En un ejemplo de realización la configuración del brazo es de cercha equilateral. El brazo comprende una pluralidad de aberturas intermedias que pueden adoptar cualquier forma geométrica y que están diseñadas para que el brazo sufra una mínima deformación y disponga de una máxima capacidad portante. Esto permite que el brazo sea ligero, lo cual contribuye además a reducir las cargas por peso propio. Asimismo, la configuración de chapa estampada con una pluralidad de aberturas permite soportar grandes cargas en voladizo con un mínimo espesor de material.

Además el brazo propuesto comprende un lado curvo y otro lado recto, opuestos entre sí. Esto supone una gran ventaja frente a los entramados metálicos de sustentación del estado de la técnica que están diseñados para trabajar en un sentido principal, perdiendo propiedades portantes en el caso de que las cargas principales a soportar estén orientadas al revés. Gracias a la configuración del brazo éste es reversible y puede emplearse con el lado curvo o el lado recto actuando como soporte de los paneles Teniendo capacidad portante suficiente en ambos casos. Es decir, el mismo brazo es orientable para ser utilizado como colector cilindro parabólico o como colector plano.

En la orientación de cilindro parabólico, el lado curvo se orienta hacia arriba, es decir, mirando hacia el sol. El brazo comprende preferentemente asientos que fijan la posición de todos los paneles solares y los sostiene a una determinada distancia del foco de la parábola que forman. En este caso el lado recto queda orientado hacia el terreno.

Sin embargo, cuando se instala el brazo en un colector fotovoltaico, el lado recto del brazo queda orientado hacia arriba, es decir, mirando hacia el sol En este caso el lado curvo está orientado hacia el terreno. Por lo tanto, cuando se emplea una pluralidad de brazos en un colector plano, los lados planos de ios brazos quedan orientados hacia el sol y soportan una pluralidad de paneles solares formando una única superficie. Así pues, en este caso, ios brazos a ambos lados del elemento de torsión están dispuestos de forma que sus cuartos lados forman una línea recta.

Cuando se quiere emplear el brazo en un colector solar cilindro parabólico, ios lados curvo de los brazos se disponen orientados hacia arriba, para recibir los paneles solares curvos correspondientes a este tipo de colector solar. Cuando se quiere emplear el brazo en un colector solar plano, los lados rectos se disponen orientados hacia arriba para recibir los paneles solares planos correspondientes a este tipo de colector solar. Los brazos se disponen en el colector solar en dirección perpendicular al eje longitudinal del tubo de torsión.

Gracias a que se emplea un troquel único para la fabricación de ios brazos de los dos tipos de colectores solares, las plantas de producción pueden estar continuamente produciendo dichos brazos. Hasta ahora, las plantas de producción de este tipo de piezas funcionaban por proyectos de forma que se estampaban o se fabrican únicamente solo ios brazos o estructuras portantes necesarias para un determinado pedido de colector solar. Posteriormente, ios troqueles se mantenían sin uso hasta el siguiente encargo. Gracias a la presente invención el uso de los troqueles es mucho mayor y se puede conseguir una producción continua o casi continua en las plantas de producción (se fabrican los brazos y se pueden usar indistintamente en colectores cilindro parabólicos o en colectores íotovoltaicos o termosoiares de tipo piano).

Asimismo el diseño del brazo propuesto permite continuar la fabricación de brazos incluso en ios periodos en los que no hay proyectos concretos precisamente gracias a que van a poder ser empleados en cualquier tipo de colector solar (y por tanto cualquier tipo de proyecto). De esta forma también se reducen tiempos en cada proyecto pues parte de los brazos pueden estar ya hechos cuando se comienza dicho proyecto.

Por lo tanto el brazo propuesto asegura un buen comportamiento mecánico con el mínimo peso y espesor posible. Asimismo el diseño del brazo descrito permite minimizar el error de la parábola o de la inclinación de los paneles solares una vez instalados en el brazo porque hay pocos puntos de unión entre el brazo y dichos paneles solares.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1 .· Muestra una vista del brazo de sustentación de colector solar.

Figura 2.- Muestra una comparativa entre ¡os brazos de sustentación de colector solar dispuestos en un colector solar cilindro parabólico y los brazos de sustentación de colector solar dispuestos en un colector solar plano.

Figura 3.- Muestra una vista de dos brazos de sustentación de la presente invención en un colector solar de tipo cilindro parabólico.

Figura 4.- Muestra una vista de ¡os dos brazos de sustentación de la presente invención en un colector solar de tipo plano.

Figura 5.- Muestra una vista del brazo de sustentación del colector solar con un zoom en el que se observan unos rebordes que forman parte de ¡a chapa del brazo y que están orientados perpendicuiarmente a la dirección longitudinal del brazo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A continuación se describe, con ayuda de las figuras 1 a 5, un ejemplo de realización de la presente invención.

El brazo (1 ) de sustentación de colector solar que se describe está configurado para conectarse a un elemento de torsión (2) y al menos a un panel solar. El brazo (1 ) está conformado por una chapa estampada con una superficie principal con una pluralidad de aberturas (3) intermedias en ella, distribuidas a lo largo de su longitud.

El brazo (1 ) dispone, como se observa en la figura 1 , de primer lado (4) con primeros medios de unión y destinado a quedar unido al elemento de torsión (2) y de un segundo lado (5), opuesto al primer lado (4) configurado para quedar en voladizo.

La clave del brazo (1 ) propuesto es que comprende un tercer lado (6) curvo destinado a quedar unido a paneles solares de colector cilindro parabólico (7) y un cuarto lado (8) recto destinado a quedar unido a paneles solares de colector solar plano (9). En el ejemplo que se ha representado en la figura 1 , el brazo (1 ) está orientado de forma que pueda ser usado en un colector cilindro parabólico. Como se puede observar en dicha figura, el tercer lado (6) está unido a un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7).

El tercer lado (6) tiene una curvatura configurada para sostener ai menos un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7) y dispone de segundos medios de unión configurados para permitir la unión al menos a un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7).

El cuarto lado (8), es opuesto ai tercer lado (6). Dicho cuarto lado (8) es recto y parte desde el primer lado (4) con una inclinación tai que, cuando se disponen dos brazos (1 ) unidos ai elemento de torsión (2) estando el colector orientado horizontalmente con respecto al terreno y estando el cuarto lado orientado hacia arriba, los cuartos lados (8) de ambos brazos (1 ) quedan alineados. Además el cuarto lado (8) comprende terceros medios de unión configurados para permitir la unión con al menos un panel solar de colector solar plano (9). La configuración concreta del brazo (1 ) con el tercer lado (6) y el cuarto lado (8) permite que pueda ser empleado indistintamente con cualquier tipo de colector (cilindro parabólico o plano) tal y como se muestra en la figura 2 Simplemente es necesario cambiar la orientación del brazo y unir los paneles solares al lado correspondiente (6, 8).

En la figura 3 se puede observar un ejemplo de realización en el que dos brazos (1 ) están dispuestos con el tercer lado (6) hacia arriba. Dichos brazos (1 ) están unidos en esta realización a tres paneles de colector cilindro parabólico (7). El primer lado (4) de ios brazos (1 ) es el que está destinado a quedar unido ai elemento de torsión (2) del colector solar en el que se instalan.

En la figura 4 se ha representado un ejemplo de realización en el que dos brazos (1 ) están dispuestos con el cuarto lado (8) hacia arriba. En esta figura se puede ver cómo esta disposición de los brazos (1 ) está destinada a la unión de ios brazos (1 ) con paneles de colectores planos (9). En este caso se han unido cuatro paneles solares de colector plano (9) a dos brazos (1 ). El primer lado (4) del brazo (1 ) es el destinado a la unión con el elemento de torsión (2).

En un ejemplo de realización, como el mostrado en la figura 5, el brazo (1 ) comprende adicionalmente un saliente (10) en el perímetro de cada abertura (3) y/o en el perímetro del brazo (1 ) para reforzar su resistencia. En dicha figura se ha representado un zoom en el que se pueden observar los salientes (10). En este caso se puede ver cómo hay salientes (10) en el perímetro de las aberturas (3) y también en el perímetro de la superficie principal del brazo (1 ).

En un ejemplo de realización ios salientes (10) están dispuestos a entre 45 y135^® con respecto a la superficie principal del brazo (1 ). Más preferentemente están dispuestos a 90^e de dicha superficie principal.

Asimismo, en un ejemplo de realización, los salientes (10) tienen una longitud comprendida entre 5mm y 50mm. Más preferentemente la longitud está comprendida entre los 10mm y los 3Gmm. Esta longitud es la altura del saliente (10) medida respecto a la superficie principal del brazo (1 ).

Preferentemente la chapa estampada que conforma el brazo (1 ) es de acero ai carbono galvanizada. También preferentemente la chapa tiene un espesor único de entre 1 3mm y 2mm.

En una realización de la invención, el brazo (1 ) puede comprender adicionalmente puntos de apoyo y fijación de ios paneles (7, 9) en forma de asientos. Dichos asientos están configurados para soportar ai menos un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7) o ai menos un panel solar de colector solar plano (9). Es decir, la finalidad de los asientos es facilitar la unión entre ios paneles solares (7,9) y el brazo (1 ). Los asientos son perforaciones circulares en los salientes (10) de la chapa estampada del brazo (1 ), preferiblemente de entre 3 y 15mm de diámetro a través de ios cuales se atornilla el panel para unirlo rígidamente. Cada panel (7, 9) es apoyado en al menos dos brazos (1 ) y en dos asientos en cada brazo (1 ). En las realizaciones en las que el brazo (1 ) comprende unos asientos, adicionalmente comprender unos refuerzos en los asientos por piezas de espesor de entre 5 y 2Qmm. Los asientos permiten la unión rígida de los brazos (1 ) con los paneles {7, 9} preferentemente mediante tornillos adheridos a la parte trasera de los paneles (7, 9) y tuercas para proporcionar el apriete requerido.

Preferentemente el brazo (1 ) queda unido ai elemento de torsión (2) mediante uniones atornilladas y pasadores para el tácil desmontaje del brazo (1 ) del colector solar en el que se instala para realizar labores de mantenimiento. En otro ejemplo de realización los brazos (1 ) pueden comprender adicionalmente medios de unión a un conjunto de barras rigidizadoras en vez del elemento de torsión (2) tal que cuando se disponen dos brazos (1 ) contiguos, quedan unidos entre sí mediante estas barras rigidizadoras. Esta realización es especialmente adecuada en ios casos en ios que se prevé que el colector solar, y por tanto ios brazos (1 ), tengan una gran distancia entre el primer lado (4) y el segundo lado (5), siendo necesario modificar el centro de gravedad del colector y así acercarlo más al vértice de la parábola, para permitir al conjunto rotar aplicándole un menor par de giro.

Como se ha descrito previamente, los brazos (1 ) están conformados con una chapa estampada. Para la fabricación de dichos brazos (1 ) se sigue un procedimiento que comprende las etapas de corte del desarrollo, estampación y punzunado.

Claims

1 .- Brazo (1 ) de sustentación de colector solar configurado para conectarse a un elemento de torsión (2) y al menos a un panel solar caracterizado por que:

-está conformado por una chapa estampada con una superficie principal con una pluralidad de aberturas (3) intermedias en ella, distribuidas a lo largo de su longitud, y comprende:

-un primer lado (4) con primeros medios de unión y destinado a quedar unido a! elemento de torsión (2);

-un segundo lado (5), opuesto al primer lado (4) configurado para quedar en voladizo; -un tercer lado (6) curvo con una curvatura configurada para sostener al menos un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7) y con segundos medios de unión configurados para permitir la unión al menos a un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7);

-un cuarto lado (8), opuesto ai tercer lado (8), que es recto y que parte desde el primer lado (4) con una inclinación tal que, cuando se disponen dos brazos (1 ) unidos ai elemento de torsión (2) estando el colector orientado horizontalmente con respecto ai terreno estando el cuarto lado orientado hacia arriba, ios cuartos lados (8) de ambos brazos (1 ) quedan alineados, y comprende terceros medios de unión configurados para permitir la unión con al menos un panel solar de colector solar plano (9).

2.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende un saliente (10) en el perímetro de cada abertura (3) y/o en ei perímetro del brazo (1 ) para reforzar su resistencia.

3.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 2 caracterizado por que ios salientes (10) están dispuestos a entre 45^e y135^e con respecto a la superficie principal.

4.- Brazo de sustentación de colector solar según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3 caracterizado por que la longitud de los salientes (10) está comprendida entre 5mm y 50mm.

5.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 4 caracterizado por que la longitud de los salientes (10) está comprendida entre 10mm y 30mm.

6.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado por que la chapa estampada es de acero al carbono galvanizada.

7.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado por espesor único de la chapa entre 1 .3mm y 2mm.

8.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado que adicionalmente comprende puntos de apoyo y fijación de los paneles (7, 9) en forma de asientos configurados para soportar al menos un panel solar de colector solar cilindro parabólico (7) o al menos un panel solar de colector solar plano (9).

9.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación (8) caracterizado por que comprende adicionalmente unos refuerzos unidos rígidamente al brazo (1 ) para mejorar la capacidad portante en los asientos y comprenden piezas adaptadas a la geometría del brazo (1 ) en dichos asientos, y tienen un espesor de entre 5 y 20mm.

10.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado por quedar fijado al elemento de torsión (2) mediante uniones atornilladas y pasadores para el fácil desmontaje para mantenimiento.

1 1.- Brazo de sustentación de colector solar según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende adicionalmente medios de unión a un conjunto de barras rigidizadoras tal que cuando se disponen dos brazos contiguos, quedan unidos entre sí mediante dichas barras rigidizadoras.