ES3048686A1 - Torre movil o fija con paneles solares orientables o fijos - Google Patents

Abstract

Torre con paneles solares fotovoltaicos que se disponen simétricamente a ambos lados de la torre, que gira alrededor de un eje vertical o es fija. Los paneles pueden girar alrededor de un eje horizontal o ser fijos. Con torre y paneles giratorios se logra una orientación total de éstos hacia el sol. Con uno de los dos elementos, torre o paneles, giratorio y el otro fijo, se logra una eficiencia energética intermedia pero superior a la de paneles fijos; con torre y paneles fijos la eficiencia energética es similar a la de paneles fijos en el suelo, pero con menor ocupación de terreno. El lado frontal de la torre dirigido hacia el sol puede estar inclinado para mejorar la incidencia de los rayos solares. Con la inclinación del lado posterior se puede aumentar la inclinación del frontal.

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] TORRE MÓVIL O FIJA CON PANELES SOLARES ORIENTABLES O FIJOS

[0005] SECTOR DE LA TÉCNICA

[0007] De acuerdo con la IPC el sector de la técnica es: H02S 20/32.

[0009] ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0011] Los antecedentes de la invención son, por una parte, los paneles solares dispuestos en estructuras generalmente fijas sobre el suelo y, por otra, los dispuestos individualmente sobre postes o mástiles que permiten la orientación del panel, al menos parcial, hacia el sol.

[0013] EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

[0015] Se trata de una torre que sostiene paneles solares fotovoltaicos, evitando la ocupación excesiva de suelo. Los paneles solares se disponen simétricamente a ambos lados del cuerpo de la torre, para hacer la estructura lo más sencilla posible, con las ventajas estructurales, de construcción y de mantenimiento que ello conlleva. Cada panel solar se sostiene por una subestructura sujeta a la torre en voladizo, de forma que la carga de peso propio de los paneles sobre la torre sea simétrica, evitando al máximo momentos flectores descompensados. La torre o gira alrededor de un eje vertical en su base o es fija. Los paneles solares pueden o girar alrededor del eje horizontal que los sostiene, para así optimizar el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre el panel, o ser fijos. Con torre y paneles giratorios se logra una orientación total de éstos últimos hacia el sol, optimizando la eficiencia energética. Con uno de los dos elementos, torre o paneles, giratorio y el otro fijo, se logra una eficiencia energética intermedia pero aún superior a la disposición tradicional de paneles fijos en el suelo; con torre y paneles ambos fijos la eficiencia energética es similar a la de los paneles fijos en el suelo, siendo la ventaja del sistema propuesto la menor ocupación de terreno y no depender de la topografía de éste.

[0016] La torre propuesta supone una gran superficie de paneles expuestos al sol, las ventajas de dividir esa superficie total en varios paneles en vez de concentrarla en uno sólo son las siguientes: (1) Dividir los mecanismos de movimiento en varios, de manera que una avería afecta, como máximo a dos paneles y no al único panel completo. (2) Los mecanismos soportan esfuerzos menores, son más baratos y menos propensos a averías y (3) Facilitan el escape de aves por los múltiples espacios intermedios entre paneles.

[0018] En lo que sigue no se entra en el detalle de las subestructuras de sostenimiento de los paneles, que pueden ser de tipo muy variado y que hay que adaptarlas a su diseño y disposición concretos. Sí se establece el método general de giro de los paneles cuando estos no sean fijos. Los paneles, si son móviles, estarán algo separados de la torre para permitir su giro.

[0020] La torre puede tener diversas formas, por ejemplo, siendo de sección transversal redondeada (circular, o incluso con perfil aerodinámico, en localizaciones en donde la carga de viento dominante tenga importancia), o poligonal con aristas rectas o ligeramente redondeadas. La torre puede estar dividida en dos o más cuerpos principales en aras de mejorar la resistencia como estructura, pero ocupando, posiblemente, mayor espacio en planta que si está constituida por un solo cuerpo; en adelante se consideran torres de un solo cuerpo.

[0022] Se pueden disponer paneles fotovoltaicos en el lado opuesto al sol (en adelante lado posterior) para aprovechar la luz difusa, que puede ser importante en ciertas localizaciones; en su defecto los paneles pueden pintarse, en este lado, con pintura reflectante, de forma que se aumente la incidencia de luz en el panel inferior. Pueden pintarse los lados laterales de la torre, a los que van sujetos los paneles, con pintura reflectante con el mismo fin de aumentar la incidencia de luz en los paneles.

[0024] El lado de la torre que está dirigido al sol (en adelante lado frontal) puede tener una ligera inclinación para mejorar la incidencia de los rayos solares en los paneles fotovoltaicos, aumentando el rendimiento de éstos. La inclinación de la torre complica, por otra parte, ciertas instalaciones internas, como puede ser un ascensor de servicio.

[0025] También se puede dar una ligera inclinación (desplome) al lado posterior de la torre, con lo que se puede aumentar la inclinación del lado frontal.

[0027] La torre permite llevar una serie de instalaciones en su interior, principalmente el cableado para transmitir la electricidad generada en los paneles fotovoltaicos y los motores de accionamiento del giro de los paneles. Tal como se ha dicho, para torres de cierta altura en adelante puede ser conveniente tener un ascensor de servicio. Puede añadirse, por ejemplo, una grúa en coronación para facilitar las labores de mantenimiento de la torre y los paneles. En torres con paneles fijos la necesidad de mantenimiento de instalaciones interiores disminuye significativamente, al no existir motores que muevan los paneles.

[0029] El movimiento de los paneles puede hacerse por un único eje por cada par de paneles en la misma horizontal, con un único motor, o con un eje para cada panel. La primera solución implica que los paneles de la misma horizontal han de tener la misma inclinación. La segunda solución implica un eje de giro para cada panel de mayores dimensiones, con rodamientos similares a los de las palas de los aerogeneradores, así como una estructura de torre posiblemente más pesada; permite tener un motor por cada panel en lugar del único motor común para el par de paneles de la misma horizontal. Otra solución posible es hacer girar todos los paneles con un único motor, situado en la base de la torre, disponiendo un eje a lo largo de la altura de la torre que mueva los paneles, mediante una transmisión perpendicular en cada piso (par) de paneles; esta solución se hace más problemática al aumentar la altura de la torre y el número de paneles, por lo que no se considera de aquí en adelante.

[0031] La torre puede tener su lado frontal recubierto de paneles fotovoltaicos adicionales fijos ya que, normalmente, este plano estará orientado sensiblemente hacia el Sol. La inclinación del lado frontal, además de mejorar la incidencia de los rayos solares en los paneles dispuestos en él, contribuye a la disminución del peso total de la torre sin afectar a la resistencia estructural, ya que aumenta la sección y la resistencia desde arriba a abajo, de acuerdo con el aumento de peso propio y de los empujes exteriores (viento principalmente).

[0033] La torre puede tener todas sus instalaciones al exterior: sujeción de los paneles solares, cables de transmisión de la energía eléctrica generada hacia el suelo e, incluso, ascensor de servicio para acceso a los paneles, a los motores que los mueven y al cableado. Sin embargo, la torre representada ha sido una en la que el cableado, el ascensor y los demás elementos de servicio necesarios se suponen situados en su interior, debido a que se considera que, para torres de altura considerable, que acabarán siendo las más eficientes debido a su mayor capacidad de superficie expuesta al sol en sus paneles, la sección más económica es una sección exterior resistente (aumento de su inercia) con las instalaciones en su interior. Adicionalmente las instalaciones eléctricas estarán más protegidas de la intemperie estando situadas en el interior de la torre, con las ventajas económicas que suponen la disminución de averías y la facilidad de inspección y mantenimiento.

[0035] En el caso de que la torre tenga los paneles fijos, independientemente de que sea giratoria o fija, conviene disponerlos delante de su lado frontal, aunque se eliminen (al menos en parte) los paneles fotovoltaicos del lado frontal de la propia torre, pues éstos últimos tendrán una peor incidencia de los rayos solares que si se disponen paneles continuos.

[0037] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0039] Se muestra a continuación un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

[0041] Figura 1.- Torre troncocónica circular recta. Alzado frontal.

[0043] Se muestra el alzado de la torre (1) con la disposición de los paneles laterales (2). Los paneles están unidos a la torre por un eje que, con su giro, los orienta hacia el sol. El alzado se ve desde la dirección del sol.

[0045] Figura 2.- Torre troncocónica circular recta. Alzado lateral.

[0047] Se representa el alzado lateral correspondiente al alzado frontal anterior. Torre (1), paneles laterales (2).

[0049] Figura 3.- Torre de sección rectangular con paramento inclinado. Alzado frontal.

[0050] Se muestra el alzado de la torre (1) con la disposición de los paneles laterales (2). Los lados perpendiculares a la dirección del sol son verticales. El lado frontal (3), dirigido al sol, es inclinado.

[0052] Figura 4.- Torre de sección rectangular con paramento inclinado. Alzado lateral. Torre (1), paneles laterales (2), lado frontal (3).

[0054] Se representa el alzado lateral correspondiente al alzado frontal anterior. El lado frontal (3), dirigido hacia el sol e inclinado permite decalar en horizontal los paneles (2), teniendo mayor exposición al sol. Se muestran los paneles desplazados hacia el lado frontal, lo que ayuda a la mayor exposición de su superficie al sol, al equilibrio estructural de la torre y a facilitar la disposición de instalaciones interiores en el lado posterior, opuesto al sol.

[0056] La cara frontal de la torre (3) puede cubrirse con paneles que, aunque no tengan una inclinación óptima respecto de los rayos solares, pueden contribuir significativamente a la generación de energía eléctrica y a al rendimiento económico general de la instalación. El trasdós de los paneles solares (4) puede cubrirse también con paneles fotovoltaicos que aprovechen la energía de la luz difusa, o pintarse con pintura reflectante para mejorar el rendimiento del panel inmediatamente inferior.

[0058] Figura 5.- Torre de sección rectangular con paramento inclinado. Planta.

[0060] Se muestra la planta correspondiente a los alzados mostrados en las figuras 3 y 4. Se puede observar la mayor exposición superficial de los paneles (2) respecto del caso de paramento vertical, en cuyo caso se vería exclusivamente el panel superior, así como la exposición en horizontal del lado frontal (3) de la torre.

[0062] Figura 6.- Torre de sección rectangular con dos paramentos inclinados. Alzado lateral.

[0064] En esta torre (1), además del lado frontal (3), dirigido al sol, se inclina el lado posterior, opuesto al sol (4). Se aumenta todavía más la exposición de los paneles (2) al sol. El alzado frontal de esta torre es el mismo que el de la torre con sólo el paramento frontal inclinado (Figura 3).

[0065] Figura 7.- Torre de sección rectangular con dos paramentos inclinados. Planta.

[0067] La mayor exposición de los paneles al sol respecto a la torre con sólo el paramento frontal inclinado puede apreciarse por comparación con la Figura 5.

[0069] Figura 8.- Torre giratoria o no con paneles fijos. Alzado frontal.

[0071] Al ser los paneles fijos conviene disponerlos por delante del lado frontal de la torre y unir el par de paneles laterales en un único panel.

[0073] Figura 9.- Torre giratoria o no con paneles fijos. Alzado lateral.

[0075] Alzado lateral del alzado frontal anterior.

[0077] Figura 10.- Torre giratoria o no con paneles fijos. Planta.

[0079] Planta de los alzados frontal y lateral anteriores. Puede apreciarse el aumento de superficie expuesta al sol por comparación con las figuras 5 y 7, al desplazar los paneles hacia el lado frontal de la torre.

[0081] REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

[0083] La torre con paneles solares tiene como objeto disminuir al máximo la enorme ocupación de suelo que supone el actual sistema de parques solares fotovoltaicos que, en amplias zonas del territorio en el que están situados, impiden los normales usos que han tenido hasta ahora (agrícola, recreativo, etc.) o que puedan tener en el futuro; también limita el coste de los terrenos que es necesario adquirir.

[0085] Las torres pueden constituir parques cercanos a los lugares de consumo (ciudades, parques industriales ...) minimizando los costes e ineficiencias de transporte y almacenamiento de la energía eléctrica generada.

[0087] Las torres pueden disponerse en las márgenes de los embalses, no constriñendo el uso de éstos a las necesidades de los actuales paneles fotovoltaicos flotantes, que obligan a un mantenimiento muy controlado del nivel de embalse y a limitar otros usos como pueden ser la natación, pesca y navegación.

[0088] Las torres permiten también su instalación offshore, ya sea en aguas someras que permitan que la torre se cimente en el suelo, o en aguas más profundas con torres flotantes.

[0090] Los parques de torres pueden disponerse en filas sensiblemente paralelas, con distancia adecuada entre las filas, con la ventaja respecto de los parques actuales de paneles fotovoltaicos de dejar libre para otros usos el espacio intermedio entre filas.

[0092] La construcción de las torres no presenta hoy día problemas que no estén resueltos técnicamente. La industria de aerogeneradores ha permitido que la construcción e instalación de torres altas de acero sea una tarea normal en todo el mundo. Las cargas que suponen los paneles fotovoltaicos son del orden de magnitud de las que soportan las citadas torres de aerogeneradores, que sostienen en su extremo unas grandes palas (aunque sean de construcción ligera para su tamaño, lo que se logra fundamentalmente por el uso de materiales compuestos), un sistema multiplicador de engranajes pesado, salvo en los aerogeneradores que emplean alternadores de acción directa, en cuyo caso lo que aumenta de peso es el generador, que hoy día es bastante potente y, en consecuencia, pesado.

[0094] La erección de las torres necesitará de equipos pesados, pero más ligeros de los necesarios para erigir los actuales aerogeneradores, ya que el tipo de torre que se propone puede realizarse perfectamente con secciones ensambladas in situ, incluso montando los paneles solares en cada sección, sin necesidad de tener la torre totalmente construida para, en ese momento, montar todos los paneles solares. Para torres de relativa baja altura puede montarse la torre en una sola pieza; también puede realizarse el montaje de la torre in situ, en horizontal, poniéndola en posición vertical posteriormente.

[0096] El eje de giro de los paneles puede ser único para cada par de paneles en horizontal, atravesando el eje la torre y siendo movido por un único motor (o transmisión), o dos ejes, uno para cada panel; en este caso puede disponerse un único motor con transmisiones a cada eje, o un motor para cada eje lateral. Si el eje es único puede ser de diámetro más pequeño y ligero que en el caso de un eje para cada panel lateral, que acabará semejándose más a las coronas de giro de los aerogeneradores.

[0097] El giro de la torre supone la existencia de una corona con algún tipo de rodamiento en su base, capaz de aguantar y transmitir una serie de esfuerzos; esto no es problema hoy día, puesto que coronas que soportan esfuerzos importantes se utilizan en máquinas muy variadas, como son los aerogeneradores (coronas que sujetan las palas al bulbo central, que sujetan el bulbo al recinto del generador y que sujetan éste a la torre); excavadoras de grandes dimensiones, especialmente de minas a cielo abierto: domos que cubren diversas instalaciones, etc. La torre no es necesario que tenga sección circular, siempre que exista una transición de la sección de la torre a la circular de giro.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

1. Torre que sostiene paneles solares fotovolta icos en vertical, d ispuestos sim étricam ente respecto del cuerpo de la torre.

2. Los paneles solares pueden ser fijos o g ira r a lrededor de un eje horizontal para optim izar el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre el panel, teniendo en cuenta la capacidad de generación de los propios paneles, las interferencias entre los paneles dependiendo de la altura del sol, la capacidad de a lm acenam iento con que se puede contar o establecer, y las características del m ercado eléctrico en lo que se refiere a los precios pagados por la energía a diversas horas del día, principalmente.

3. La torre puede estar ligeram ente inclinada para m ejorar la incidencia de los rayos solares en los paneles en las horas de m ayor altura del sol. Los lím ites de inclinación estarán m arcados por consideraciones estructurales, incluyendo la cimentación.

4. La torre puede girar en su base perm itiendo, junto con el giro de los paneles solares en su eje horizontal, la orientación com pleta de éstos hacia el sol.

5. La torre puede tener en su interior las instalaciones necesarias, com o los m otores de accionam iento de los paneles, el cableado eléctrico, un ascensor, etc. Tam bién en su exterior puede d isponer de escaleras para facilita r el m antenim iento de los paneles solares y d isponer una grúa en su coronación para facilita r las tareas de m antenim iento y m ontaje/ desm ontaje de paneles. En torres de altura relativa escasa se puede disponer los elem entos anteriores en el exterior.

6. La torre puede tener sección de diferentes tipos, adecuándose a las exigencias funcionales y estructurales.

7. La torre, que tendrá su lado frontal sensib lem ente orientado hacia el Sur, si está fija en su base, o exactam ente hacia el sol si gira, puede tener d ispuestos en dicho lado paneles fotovolta icos adicionales fijos, aunque no puedan ser orientados hacia al Sol com o los paneles laterales.

8. Los paneles laterales de la torre pueden tener paneles fo tovolta icos en su trasdós (lado opuesto al sol) para aprovechar la energía de la luz difusa; en su defecto, pueden estar pintados con pintura reflectante para favorecer la reflexión de la luz hacia el panel inferior. Los lados laterales de la torre tam bién pueden hacerse reflectantes para favorecer la absorción de energía so lar por parte de los paneles.

9. La torre puede erig irse de diferentes maneras, básicam ente de dos: com o una sola pieza, lo que puede ser conveniente para torres de escasa altura, o por secciones sucesivas, que pueden o no llevar incorporados los paneles solares

de esa sección.

10. Si los paneles no son giratorios, conviene desplazarlos hacia el lado frontal de la torre y hacerlos continuos de lado a lado, para aum entar la superficie expuesta al sol.

11. El giro de los paneles se puede hacer (1) por un solo m otor en la base de la torre, con transm isión del m ovim iento a todos los pisos de paneles; (2) por un m otor en cada piso, que mueve el eje com ún de los dos paneles de ese piso; y (3) por un m otor por cada panel. La solución (2) parece la más adecuada para torres de gran altura.

12. El giro de la torre en su base puede hacerse por técnicas hoy de uso común, utilizadas principalm ente en la industria de aerogeneradores y de grandes excavadoras, garantizando la rigidez estructural de la torre.