ES2230795T3 - Metodo de arranque de un sistema de multiples colectores solares. - Google Patents

Metodo de arranque de un sistema de multiples colectores solares.

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ES2230795T3 ES99201526T ES99201526T ES2230795T3 ES 2230795 T3 ES2230795 T3 ES 2230795T3 ES 99201526 T ES99201526 T ES 99201526T ES 99201526 T ES99201526 T ES 99201526T ES 2230795 T3 ES2230795 T3 ES 2230795T3
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Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA INICIAR UN SISTEMA (1) PARA GENERAR ENERGIA CON LA LUZ SOLAR, EL CUAL COMPRENDE UN DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (4) Y UN CIERTO NUMERO DE COLECTORES SOLARES (2) CONECTADOS MUTUAMENTE EN PARALELO Y CONECTADOS AL MISMO MEDIANTE TUBOS DE ALIMENTACION (6) Y DE DESCARGA (7) PARA FORMAR UN CIRCUITO CERRADO, EN EL CUAL FLUYE UN MEDIO DE TRANSPORTE Y QUE, DURANTE LA INICIACION SE REALIZA UNA CONEXION DE VENTILACION (7) ENTRE EL DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (4) Y AL MENOS LOS COLECTORES (2) SITUADOS MAS BAJOS.

Description

Método de arranque de un sistema de múltiples colectores solares.
La invención trata de un método de arranque de un sistema para generar energía a partir de la luz del sol, cuyo sistema comprende al menos un depósito de almacenamiento y varios colectores solares dispuestos todos sustancialmente a la misma altura y en unión mutuamente paralela, estando unidos dichos colectores a dicho depósito de almacenamiento mediante conductos de alimentación y descarga para formar un circuito cerrado, en el que los conductos de alimentación están unidos a los lados inferiores y los conductos de descarga están unidos a los lados superiores de los colectores, respectivamente, y un medio de transporte de calor fluye a través del circuito. Tal método se conoce, por ejemplo, a partir del documento US-A-4 122 830.
Un problema que ocurre en sistemas de colectores solares múltiples, es decir, sistemas para generar calor a partir de la luz del sol en los que se hace uso de una pluralidad de colectores solares que están unidos en paralelo y están unidos a un depósito de almacenamiento colectivo para formar un circuito cerrado, es que no resulta posible en la práctica arrancar todos los colectores solares de manera simultánea. Durante el arranque del sistema los colectores se llenan simultáneamente con un medio de transporte de calor, generalmente agua, que es bombeada desde el depósito de almacenamiento. Esta agua fluye desde el lado inferior hacia los colectores que están dispuestos habitualmente con un ángulo respecto a la horizontal. La abertura de salida de cada colector está situada aquí en la parte superior, en teoría a la misma altura precisamente que la de los otros colectores.
En la práctica pueden sin embargo ocurrir diferencias de altura, particularmenteen sistemas muy grandes con un gran número de colectores unidos en paralelo. Esto da entonces como resultado que el agua de uno de los colectores alcanza la abertura de salida antes que en los otros colectores. Un flujo es introducido por este medio dentro de este colector. El agua que deja el colector solar fluye hacia abajo a través de la abertura de salida en dirección al depósito de almacenamiento. Una subpresión se forma por este medio en el colector relevante en la posición de la abertura de salida, por lo que hay un "efecto de sifón" mientras era arrancado, y el agua es extraída hacia arriba a través del colector relevante. Como resultado de esta succión del primer colector arrancado, el nivel de agua en los otros colectores no subirá más, o apenas lo hará, por lo que finalmente en realidad el flujo sólo tendrá lugar por tanto a través de alguno de los colectores. Esto tiene el inconveniente de que sólo se utiliza una parte de la capacidad del sistema. Además, existe el peligro de que el agua estancada en alguno de los colectores pueda llegar a ser sobrecalentada por una exposición continua a la luz del sol y pueda empezar a bullir o de manera alternativa, a bajas temperaturas, se congelarán en los colectores.
El documento de la técnica anterior US-A-4 122 830 identificado más arriba describe un sistema que incluye una pluralidad de colectores de energía solar para calentar agua, en el que las aberturas de salida de los colectores están unidas a un conducto de descarga común inclinado hacia arriba que discurre a lo largo de los lados superiores de los colectores. El punto más alto de este conducto de descarga está unido a un conducto de retorno que se extiende en dirección descendente. De esta manera, el efecto de sifón descrito arriba no sucede en la abertura de salida de un colector individual, sino más bien en la parte superior del conducto de descarga común inclinado hacia arriba. Este efecto de sifón se utiliza de hecho para hacer funcionar este sistema de la técnica anterior con una bomba relativamente pequeña. Las tuberías de este sistema de la técnica anterior están dimensionadas de manera que la velocidad del agua que circula en el sistema sea suficiente para arrastrar cualquier aire que se acumule en los conductos en el punto alto y llevarlo hacia el depósito de almacenamiento. Este depósito de almacenamiento incluye un tubo de respiradero vertical a través del cual el aire puede ser extraído del sistema.
La invención tiene por objeto proveer un método de arranque de un sistema del tipo descrito más arriba, en el que no ocurre el problema de tener sifón en colectores individuales. Esto se consigue de acuerdo con la invención porque al menos algunos de los colectores están situados más bajos que los otros colectores, y porque al menos durante el arranque se realiza una unión de respiradero, uniendo el depósito de almacenamiento con al menos los colectores situados más bajos. Con tal unión de respiradero ya no habrá ningún caso de subpresión ni de efecto de sifón asociado sino que, cuando el agua de cada colector alcance el borde de la abertura de salida, simplemente fluirá por encima. En ausencia del efecto de sifón el llenado de un colector ya no tendrá ningún efecto sobre los otros colectores, de manera que todos los colectores se llenarán sucesivamente y el sistema puede así ser arrancado de manera uniforme.
El efecto de una unión de respiradero entre un depósito de almacenamiento y un colector en un sistema de una pluralidad de colectores solares se conoce per se del documento US-A-4 027 821, pero éste trata de un sistema de colectores unidos en serie, en el que sólo el más alto está unido al depósito de almacenamiento, y por tanto sólo para el vaciado del sistema.
Se conoce además del documento US-A-3 799 145 formar una unión de respiradero entre cada uno de los colectores y el depósito de almacenamiento durante el llenado de un sistema que consiste en varios colectores solares unidos en paralelo. Este trata sin embargo de colectores que están provistos sólo en el lado inferior de aberturas de entrada y de salida y que por tanto no puede en absoluto ser rellenado sin ventilar. El problema de un efecto de sifón no ocurre por supuesto aquí.
Una unión de respiradero también se lleva a cabo preferiblemente entre el depósito de almacenamiento y al menos alguno de los colectores para vaciar el sistema. De esta manera el sistema puede ser vaciado rápidamente y de manera sencilla. Esto es importante entre otras cosas para evitar el congelamiento o, a la inversa, la ebullición del medio de transporte de calor en los colectores en el caso de que la velocidad del flujo del medio de transporte de calor a través del sistema sea baja debido a una demanda baja y a que las temperaturas exteriores sean muy bajas o muy altas, respectivamente. De esta forma se asegura que el agua habitual pueda utilizarse como medio de transporte de calor en el sistema en lugar de un medio con un punto de congelamiento bajo tal como el glicol. En consecuencia no tiene que hacerse uso de bombas de doble cuerpo ya que el medio de transporte de calor simplemente volverá de todas formas al depósito de almacenamiento cuando una bomba falle y no hay por lo tanto ningún peligro de que hierva el medio estancado en los colectores.
Aunque en principio sólo los colectores situados más bajos tienen que ser ventilados para el arranque, se recomienda en la práctica que una unión de respiradero se efectúe en cada colector, ya que a menudo no es posible determinar de antemano con ninguna certeza en qué colector empezará primero el flujo de líquido.
La invención trata también de un sistema de colector múltiple adecuado para realizar el método descrito más arriba. Tal sistema, que estará provisto de al menos un depósito de almacenamiento y varios colectores solares dispuestos sustancialmente a la misma altura y en unión mutuamente paralela, estando unidos dichos colectores a dicho depósito de almacenamiento mediante conductos de alimentación y descarga para formar un circuito cerrado, en el que los conductos de alimentación están unidos a los lados inferiores y los conductos de descarga están unidos a los lados superiores de los colectores, respectivamente, y el sistema está al menos parcialmente lleno de un medio de transporte de calor al que se hace circular en su interior por medio de al menos una bomba, se caracteriza de acuerdo con la invención porque al menos algunos de los colectores están situados más bajos que los otros colectores, y porque el sistema incluye medios para el arranque uniforme de los diferentes colectores, comprendiendo dichos medios de arranque al menos una unión de respiradero que une el depósito de almacenamiento con al menos los colectores que están situados más bajos.
La unión de respiradero está formada preferiblemente realizando un conducto de manera sobredimensionada para el medio de transporte de calor. Por tanto no necesita ser instalada ninguna línea de respiradero independiente. El conducto sobredimensionado es por tanto preferiblemente el conducto de descarga que sale del colector hacia el depósito de almacenamiento. Ventajosamente, para el dimensionado de este conducto puede hacerse uso, asumiendo que el flujo esperado y el conocido se reduzcan, de métodos de cálculo desarrollados para dimensionar las tuberías de aguas residuales.
La invención será ahora dilucidada sobre la base de una realización en la que se hace referencia al dibujo adjunto, en el que:
la figura 1 es una vista superior en perspectiva de un sistema de colector solar múltiple de acuerdo con la invención, en el que una parte del sistema se muestra de manera esquemática,
las figuras 2A y 2B muestran vistas laterales del principio y del final del conjunto de colector de la figura 1 respectivamente, y
las figuras 3A y 3B muestran secciones esquemáticas a través de varios colectores unidos en paralelo respectivamente sin y con los medios de arranque de acuerdo con la invención, en las que se muestra el efecto de la unión de respiradero en el arranque.
Un sistema 1 para generar calor a partir de radiación solar comprende un gran número de colectores 2 independientes dispuestos sobre una superficie 3, por ejemplo un tejado de una fábrica u otro edificio complejo. Cada colector 2 está situado con una inclinación ligera a fin de formar un ángulo óptimo con la luz solar incidente. A través de los colectores fluye un medio de transporte de calor al que se hace circular hacia y desde los colectores 2 desde un depósito 4 de almacenamiento por medio de una bomba 5 a través de conductos de alimentación y descarga 6,7 unidos respectivamente al lado inferior y al lado superior de los colectores 2. Colocados de manera convencional en la proximidad del depósito 4 de almacenamiento hay uno o más intercambiadores de calo (no mostrados aquí) a través de los que fluye un segundo medio, generalmente agua corriente o agua de la calefacción. Esta agua se calienta en el intercambiador (o intercambiadores) de calor, donde el calor es extraído del medio de transporte de calor.
El medio de transporte de calor fluye hacia dentro del colector en el lado inferior a través de una abertura 8 de entrada y deja el colector en el lado superior a través de una abertura 9 de salida. Esta última también funciona aquí como abertura de respiradero en la que se une al conducto 7 de descarga que está sobredimensionado. Esto trae consigo que el tamaño del conducto 7 de descarga sea elegido mayor del que sería necesario sobre la base del flujo anticipado, para que en cualquier caso durante el arranque del sistema, y preferiblemente bajo todas las condiciones, una unión de respiradero ininterrumpida se forme entre el colector 2 y el depósito 4 de almacenamiento. De este modo, la presencia de una subpresión, y por lo tanto un efecto de sifón, se evita durante el arranque (figura 3A), mientras por otra parte todos los colectores pueden ser vaciados de manera rápida y sencilla para evitar el peligro de congelación o, a la inversa, de ebullición del medio de transporte de calor.

Claims (7)

1. Método de arranque de un sistema (1) para generar energía a partir de la luz solar, cuyo sistema (1) comprende al menos un depósito (4) de almacenamiento y varios colectores (2) solares todos dispuestos sustancialmente a la misma altura y en unión mutuamente paralela, estando dichos colectores (2) unidos a dicho depósito (4) de almacenamiento mediante conductos de alimentación y descarga (6, 7) para formar un circuito cerrado, en el que los conductos (6) de alimentación están unidos a lados inferiores y los conductos (7) de descarga están unidos a lados superiores de los colectores (2), respectivamente, y un medio de transporte de calor fluye a través del circuito, caracterizado porque al menos algunos de los colectores (2) están situados más bajos que los otros colectores (2), y porque al menos durante el arranque se realiza una unión de respiradero, uniendo el depósito (4) de almacenamiento con al menos los colectores (2) situados más abajo.
2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque una unión de respiradero se efectúa también entre el depósito (4) de almacenamiento y al menos algunos de los colectores (2) para vaciar el sistema (1).
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se efectúa una unión de respiradero para cada colector (2).
4. Sistema (1) para generar energía a partir de la luz solar, provisto de al menos un depósito (4) de almacenamiento y varios colectores (2) solares dispuestos sustancialmente a la misma altura y en unión mutuamente paralela, estando dichos colectores (2) unidos a dicho depósito (4) de almacenamiento mediante conductos de alimentación y descarga (6, 7) para formar un circuito cerrado, en el que los conductos (6) de alimentación están unidos a lados inferiores y los conductos (7) de descarga están unidos a lados superiores de los colectores (2), respectivamente, y el sistema (1) está al menos parcialmente lleno de un medio de transporte de calor al que se hace circular en su interior por medio de al menos una bomba (5), caracterizado porque al menos algunos de los colectores (2) están situados más bajos que los otros colectores (2), y porque el sistema (1) incluye medios para el arranque uniforme de los diferentes colectores (2), comprendiendo dichos medios de arranque al menos una unión de respiradero que une el depósito (4) de almacenamiento con al menos los colectores (2) situados más abajo.
5. Sistema (1) según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de arranque comprenden uniones de respiradero que unen el depósito (4) de almacenamiento con cada uno de los colectores (2).
6. Sistema (1) según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la unión de respiradero está formada por la realización de un conducto (7) para el medio de transporte de calor de manera sobredimensionada.
7. Sistema (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque el conducto sobredimensionado es el conducto (7) de descarga que sale del colector (2) hacia el depósito (4) de almacenamiento.
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