BR112014030970B1 - Sistema de energia solar - Google Patents

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Abstract

sistema de energia solar; e método para aquecer ou arrefecer uma região com o uso de um sistema de energia solar. trata-se de sistema de energia solar que compreende um coletor solar para fornecer a energia gerada a partir da radiação solar incidente. o sistema de energia solar também compreende um primeiro sistema de troca de calor que tem um ejetor que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar. ademais, o sistema de energia solar compreende um segundo sistema de troca de calor disposto para operar com o uso de energia a partir de uma fonte de energia que não seja uma fonte de energia solar. o sistema de energia solar é disposto para transferir a energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região, e entre o segundo sistema de troca de calor e a região. o sistema de energia solar é disposto para controlar uma contribuição relativa do primeiro e do segundo sistemas de troca de calor à transferência de energia térmica.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um sistema de energia solar que inclui um ejetor e um coletor de energia solar.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A operação de sistemas de arrefecimento convencionais, como unidades de ar condicionado e refrigeração, necessita de uma quantidade considerável de energia elétrica. Muitas vezes, a energia elétrica é gerada com o uso de estações de potência que queimam combustível fóssil e, consequentemente, emitem poluentes indesejáveis e gases de efeito estufa.
[003] Os painéis solares fotovoltaicos podem ser usados para converter luz solar em energia elétrica que pode ser usada para operar um compressor de um sistema de arrefecimento. Isso pode reduzir a necessidade de combustíveis fósseis, mas a eficiência é relativamente baixa e o custo de capital é relativamente alto. Os sistemas de arrefecimento que são operados com o uso de energia solar térmica e têm ejetores em vez de componentes elétricos correspondentes convencionais são uma alternativa.
[004] No entanto, a energia solar não está disponível em um nível consistente e fornecer um sistema de energia solar que possa atender aos requisitos de aquecimento e/ou arrefecimento mesmo se a disponibilidade de energia solar estiver baixa se provou ser um desafio.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[005] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, obtém-se um sistema de energia solar que compreende:
[006] um coletor solar para fornecer energia gerada a partir de radiação solar incidente;
[007] um primeiro sistema de troca de calor que compreende um ejetor que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar; e
[008] um segundo sistema de troca de calor disposto para operar com o uso de energia a partir de uma fonte de energia diferente de uma fonte de energia solar;
[009] em que o sistema de energia solar é disposto para a transferência direta ou indireta de energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região e entre o segundo sistema de troca de calor e a região; e
[010] em que o sistema de energia solar é disposto para controlar uma contribuição relativa do primeiro e do segundo sistemas de troca de calor para a transferência da energia térmica.
[011] Tipicamente, o sistema de energia solar é disposto de modo que o segundo sistema de troca de calor suplemente a operação do primeiro sistema de troca de calor quando a contribuição do primeiro sistema de troca de calor para a transferência de energia térmica é insuficiente para uma condição de operação do sistema de energia solar.
[012] A energia térmica pode ser transferida para o primeiro sistema de troca de calor e o segundo sistema de troca de calor ou a partir dos mesmos, resultando no aquecimento ou arrefecimento da região, respectivamente.
[013] O primeiro sistema de troca de calor pode estar disposto de modo que um modo de operação do primeiro sistema de troca de calor seja selecionável entre um primeiro modo para aquecer a região e um segundo modo para arrefecer a região.
[014] Em um exemplo, o primeiro sistema de troca de calor compreende um circuito de ejeção e é disposto para desviar de pelo menos uma porção do circuito de ejeção no primeiro modo de operação e é disposto de modo que a porção do circuito de ejeção não seja desviada no segundo modo de operação.
[015] O segundo sistema de troca de calor é disposto tipicamente para a operação com o uso de energia elétrica e pode compreender um compressor elétrico.
[016] O segundo sistema de troca de calor também pode estar disposto de modo a selecionar entre um primeiro modo para aquecer a região e um segundo modo para arrefecer a região. Em um exemplo, o segundo sistema de troca de calor é um sistema de ciclo inverso de troca de calor e pode ser um sistema de troca de calor de sistema repartido.
[017] O sistema de energia solar também pode compreender um sistema de aquecimento de água para aquecer água e pode estar disposto para transferir calor para o sistema de aquecimento de água a partir da energia obtida pelo coletor solar.
[018] Em uma modalidade, o sistema de energia solar é disposto de modo que uma porção de energia térmica gerada a partir de radiação solar incidente seja fornecida para o primeiro sistema de troca de calor e pelo menos uma porção de energia térmica remanescente gerada a partir de radiação solar incidente seja fornecida para o sistema de aquecimento de água.
[019] O sistema de energia solar pode compreender adicionalmente uma disposição de armazenamento energia para armazenar energia que é fornecida pelo primeiro sistema de troca de calor e/ou pelo segundo sistema de troca de calor, e o sistema de energia solar pode estar disposto para usar pelo menos uma porção de energia armazenada no armazenamento de energia para arrefecer ou aquecer a região. O armazenamento de energia pode estar disposto para armazenar energia térmica transferindo-se a energia térmica para um sólido ou um fluido adequado.
[020] Em uma modalidade, o sistema de energia solar é disposto de modo que o primeiro sistema de troca de calor seja usado para aquecer ou arrefecer e apenas se uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor for insuficiente para alcançar uma condição de arrefecimento ou aquecimento pré-selecionada ou predeterminada (como uma temperatura selecionada a qual a região deveria ser aquecida ou arrefecida), o segundo sistema de troca de calor é usado para suplementar a operação do primeiro sistema de troca de calor. O sistema de troca de calor solar de sistema de energia solar pode ser controlado de modo que uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor seja substancialmente maximizada dependendo de condições de operação (como uma intensidade de luz solar que incide no coletor solar) antes do segundo sistema de troca de calor ser usado para suplementar a contribuição dos primeiros sistemas de troca de calor. Adicionalmente, o sistema de troca de calor solar de sistema de energia solar pode ser controlado de modo que uma contribuição do segundo sistema de troca de calor seja substancialmente limitada para possibilitar o aquecimento ou arrefecimento a fim de alcançar a condição de aquecimento ou arrefecimento pré-selecionada ou predeterminada.
[021] O primeiro sistema de troca de calor também pode estar disposto para usar energia térmica a partir do armazenamento de energia para aquecer ou arrefecer.
[022] O sistema de energia solar pode compreender um sistema de controle que é disposto para controlar uma contribuição de arrefecimento ou aquecimento do segundo sistema de troca de calor dependendo de uma condição de aquecimento ou arrefecimento predeterminada ou pré- selecionada e/ou dependendo de uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor que, em contrapartida, pode depender de parâmetros externos como condições de luz solar.
[023] Em uma modalidade, o sistema de controle é um software controlado e é programável, por exemplo, por um usuário. O sistema de controle pode estar disposto para programar um modo de operação do sistema de energia solar.
[024] Em uma modalidade, específica, o sistema de controle compreende:
[025] um seletor para selecionar um modo de operação ou uma condição de operação do sistema de energia solar, como uma temperatura à qual a região deve ser arrefecida ou aquecida;
[026] uma disposição de sensor que fornece informações indicativas de uma quantidade de energia térmica que é fornecida ou pode ser fornecida pelo coletor de energia solar;
[027] e um processador que é disposto para controlar a operação do segundo sistema de troca de calor para suplementar a operação do primeiro sistema de troca de calor com base em um modo selecionado de operação ou condição e com base em informações fornecidas pela disposição de sensor.
[028] A disposição de sensor pode estar disposta para fornecer as informações em intervalos de tempo predeterminados ou substancial e continuamente e o processador pode estar disposto para controlar a operação do segundo sistema de troca de calor em intervalos de tempo predeterminados ou em tempo real substancialmente.
[029] O sistema de energia solar também pode compreender uma disposição de sensor que fornece informações indicativas de uma quantidade de energia térmica que pode ser fornecida pelo armazenamento de energia solar. Adicionalmente, o processador pode estar disposto para controlar uso de energia térmica a partir do armazenamento de energia para a operação do primeiro sistema de troca de calor.
[030] Cada um dentre o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor pode estar disposto para transferir energia térmica indiretamente para a região ou a partir da mesma trocando-se calor com um circuito hidrônico. O primeiro e o segundo sistemas de troca de calor podem compreender trocadores de calor que estão dispostos para trocar calor com o circuito hidrônico e os trocadores de calor podem estar dispostos para funcionar como condensadores quando transferem energia térmica para o circuito hidrônico e para funcionar como evaporadores quando transferem energia térmica a partir do circuito hidrônico.
[031] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, obtém-se um método para aquecer ou arrefecer uma região com o uso de um sistema de energia solar, sendo que o método compreende as etapas de:
[032] obter energia a partir de uma fonte de energia solar;
[033] fornecer a energia obtida para um primeiro sistema de troca de calor, sendo que o primeiro sistema de troca de calor compreende um ejetor que é disposto para operar usando pelo menos uma porção da energia obtida;
[034] transferir energia térmica direta ou indiretamente entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região;
[035] determinar se há energia obtida suficiente para uso pelo primeiro sistema de troca de calor para atender aos requisitos de arrefecimento ou aquecimento da região; e
[036] se é determinado que há energia obtida suficiente para uso pelo primeiro sistema de troca de calor para atender aos requisitos de arrefecimento ou aquecimento da região:
[037] fornecer energia a partir de uma fonte de energia diferente de uma fonte de energia solar para um segundo sistema de troca de calor que é disposto para usar a energia fornecida para funcionar como um sistema de troca de calor; e
[038] transferir energia térmica entre o segundo sistema de troca de calor e a região.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[039] Para que a presente invenção possa ser mais claramente compreendida, as modalidades da presente invenção serão descritas agora a título de exemplo apenas com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[040] A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um sistema de energia solar, de acordo com uma modalidade da presente invenção, sendo que o sistema de energia solar é disposto para operar em modo de aquecimento;
[041] A Figura 2 é um fluxograma que mostra um esquema de controle para operar o sistema de energia solar da Figura 1 em modo de aquecimento;
[042] A Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra o sistema de energia solar da Figura 1 operando em modo de arrefecimento, sendo que o sistema de energia solar é disposto para operar em modo de aquecimento; e
[043] A Figura 4 é um fluxograma que mostra um esquema de controle para operar o sistema de energia solar da Figura 3 em modo de arrefecimento.
DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO
[044] A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema de energia solar 100 para uso em aquecimento ou arrefecimento de uma região, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema 100 pode operar no modo de aquecimento que é descrito em mais detalhes com referência às Figuras 1 e 2, e no modo de arrefecimento que é descrito em mais detalhes com referência às Figuras 3 e 4.
[045] De modo geral e independentemente do sistema 100 estar ou não operando no modo de aquecimento ou arrefecimento, o sistema 100 é disposto de modo que um primeiro sistema de troca de calor 102 do sistema 100 seja acionado por energia de calor obtida a partir de um coletor solar 104 e o primeiro sistema de troca de calor 102 esteja disposto para trocar calor de tal maneira a fim de aquecer ou arrefecer a região.
[046] Se o coletor solar 104 fornecer energia insuficiente para acionar o primeiro sistema de troca de calor 102 para atender as demandas de arrefecimento ou aquecimento, um segundo sistema de troca de calor 106 que é alimentado por uma fonte de energia convencional como eletricidade por rede será empregado para compensar o primeiro sistema de troca de calor 102. O segundo sistema de troca de calor 106 é disposto para trocar calor de tal maneira a fim de arrefecer ou aquecer a região para suplementar a operação do primeiro sistema de troca de calor 102 caso seja necessário.
[047] Nessa modalidade, o sistema 100 é disposto de modo que uma quantidade de arrefecimento ou aquecimento máxima da região seja fornecida pelo primeiro sistema de troca de calor 102 e em que o segundo sistema de aquecimento 106 é usado para suplementar o primeiro sistema de troca de calor 102 caso seja necessário.
[048] O sistema 100 pode compreender um sistema de controle (não mostrado) que é disposto para variar a contribuição que o segundo sistema de troca de calor 106 produz para arrefecer ou aquecer a região com temperatura e/ou uma quantidade de energia solar disponível. O sistema de controle é um software controlado e pode ser programado para aumentar uma contribuição do segundo sistema de troca de calor 106 para arrefecer ou aquecer a região quando, por exemplo, condições solares mudam ou uma demanda de aquecimento ou arrefecimento muda (por exemplo, conforme selecionado por um operador) e o primeiro sistema de troca de calor 102 não pode fornecer o arrefecimento ou aquecimento desejado. Adicional ou alternativamente, o sistema de controle pode estar disposto para usar energia térmica armazenada em um armazenamento de energia do sistema de energia solar (como um armazenamento de energia de energia térmica no qual a energia térmica é armazenada quando o coletor solar do primeiro sistema de troca de calor fornece um excesso de energia térmica) e apenas se a forma de energia do armazenamento de energia for insuficiente ou abaixo de um limite de limiar, então, o sistema de controle poderá ativar o segundo sistema de troca de calor para suplementar a operação do sistema 100.
[049] No exemplo particular ilustrado na Figura 1, o primeiro sistema de troca de calor 102 compreende um ejetor 108. O ejetor 108 funciona como um compressor quando abastecido com energia térmica do coletor solar 104 ou calor recuperado a partir do segundo sistema de troca de calor 106. O ejetor 108 usa predominantemente energia de calor obtida a partir da energia solar. Isso é em contraste a um compressor convencional, como um compressor eletricamente alimentado 110 usado no segundo sistema de troca de calor 106, em que o compressor é acionado por uma fonte convencional de energia como eletricidade por rede.
[050] Dispor o sistema 100 a fim de maximizar a quantidade de arrefecimento ou aquecimento da região pelo primeiro sistema de troca de calor 102 proporciona a vantagem de maximizar uma quantidade de energia renovável usada no arrefecimento ou aquecimento da região. Nas situações nas quais há uma quantidade insuficiente de energia solar para fornecer o arrefecimento ou aquecimento desejado, o segundo sistema de troca de calor convencionalmente alimentado 106 é usado para contribuir de duas maneiras. Em primeiro lugar, o sistema 106 fornece arrefecimento ou aquecimento adicional para a região e, em segundo lugar, o sistema 106 fornece calor para o sistema 102 através de trocadores de calor 144 e 132 para suplementar o calor solar. O segundo sistema de troca de calor pode fornecer o arrefecimento ou aquecimento necessário total caso seja necessário.
[051] A operação do sistema 100 no modo de aquecimento será descrita agora em mais detalhes com referência às Figuras 1 e 2.
[052] Além do primeiro e do segundo sistemas de troca de calor 102, 106, o sistema 100 também compreende um circuito hidrônico 112 que é disposto para trocar calor com o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106 para uso no provimento de arrefecimento ou aquecimento para a região. O sistema 100 também compreende um circuito solar 114 e um sistema de água quente solar 116, sendo que o circuito solar 114 é disposto para fornecer energia de calor obtida a partir do coletor solar 104 para o primeiro sistema de troca de calor 102 e para o sistema de água quente solar 116.
[053] O sistema 100 é disposto para transferir energia de calor através de fluidos apropriados. Por exemplo, o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106 utilizam refrigerantes para transferência de calor e o circuito hidrônico 112, o circuito solar 114 e o sistema de água quente solar 116 utilizam água para transferência de calor (e a água quente no caso do sistema de água quente solar 116).
[054] No modo de aquecimento, o circuito solar 114 irá transferir energia de calor a partir do coletor solar 104 para o primeiro sistema de troca de calor 102 através de um gerador de vapor (trocador de calor) 118. A energia de calor adicional do coletor solar 104 é fornecida para o sistema de água quente solar 116 através do gerador de vapor 118. Tipicamente, o coletor solar 104 é de tamanho suficiente, de modo que a energia de calor possa ser fornecida para o sistema de água quente solar 116 independentemente de se o ejetor 108 estiver operando ou não.
[055] Será observado que o coletor solar 104 é grande demais para uma aplicação de tipo água solar convencional por um fator de quatro, nesse exemplo, a fim de permitir que o coletor solar 104 obtenha energia suficiente para operar o ejetor 108. Como tal, o coletor solar 104 poderá fornecer uma proporção relativamente alta de uma carga de água quente. Tipicamente, o coletor solar 104 é disposto para fornecer água quente em aproximadamente 100 °C para troca de calor com o primeiro sistema de troca de calor 102. A água estará tipicamente a uma temperatura de aproximadamente 70 °C após transferir calor para o primeiro sistema de troca de calor 102 através do gerador 118. A temperatura de aproximadamente 70 °C é adequada para troca de calor com o sistema de água quente solar 116 também através do gerador 118.
[056] A água do circuito solar 114 é bombeada ao redor do circuito solar 114 por uma bomba de circulação de coletor solar 115, também marcada coma bomba P1 na Figura 1.
[057] Um sistema de válvula de desvio V1 que compreende as válvulas 120a, 120b e 120c, conforme mostrado na Figura 1, é disposto (isto é, o sistema de válvula de desvio V1 é ativado) de modo que a energia de calor fornecida pelo circuito solar 114 desvie do ejetor 108 e de um condensador 122 de um circuito de ejeção 124. A energia de calor flui através de um trocador de calor 126 que, quando o sistema 100 está operando no modo de aquecimento, funcionacomo um trocador de calor de líquido para líquido a fim detransferir calor a partir do primeiro sistema de troca decalor 102 para o circuito hidrônico 112.
[058] Tendo fornecido pelo menos alguma energia de calor para o circuito hidrônico 112, o refrigerante resfriado fluirá através de uma válvula de expansão aberta 128 do circuito de ejeção 124 e através da válvula 120c que será bombeada por uma bomba de pressão ejetora 130, também marcada coma bomba P3 na Figura 1.
[059] Em seguida, o refrigerante fluirá através de um preaquecedor 132 que é disposto para aquecer o refrigerante usando calor do sistema de reservatório de água quente 116 em certas circunstâncias, como quando o calor produzido pelo segundo sistema de troca de calor 106 é recuperado pelo sistema de reservatório de água quente 116 através de um dessuperaquecedor. O refrigerante, então, retorna para o gerador 118 no qual é mais aquecido pelo circuito solar 114 e o ciclo do calor de transferência de refrigerante através do primeiro sistema de troca de calor 102 começa novamente.
[060] Conforme mencionado anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 102 transfere calor para o circuito hidrônico 112 através do trocador de calor 126, funcionando neste caso como um trocador de calor líquido para líquido convencional que transfere calor a partir do primeiro sistema de troca de calor 102 para o circuito hidrônico 112. O calor transferido aquecerá a água no circuito hidrônico 112 que fluirá, em seguida, através de uma válvula de desvio de trocador de calor de circuito hidrônico 134, também marcada como válvula V2 na Figura 1, que está disposta (isto é, a válvula de desvio 134 é desativa) para direcionar a água aquecida para um trocador de calor 136 para uso no provimento de calor para a região. Nesse exemplo, o trocador de calor 136 é uma unidade de troca de calor interna que é usada para fornecer calor para a região.
[061] A água que forneceu pelo menos algum calor para o trocador de calor 136 para aquecer a região, em seguida, flui através de um armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 e depois flui tanto diretamente para o trocador de calor 126 como, se a válvula de desvio 135 estiver ativada, como para o armazenamento 138 no qual o calor adicional pode ser armazenado. Em cada caso, a água pode fluir para uma bomba de circuito hidrônico 140, também marcada coma bomba P5 na Figura 1, e a água é bombeada através do trocador de calor 126 no qual o calor é transferido a partir do primeiro sistema de troca de calor 102 para o circuito hidrônico 112 e o ciclo de transferência de calor através do circuito hidrônico 112 começa novamente.
[062] Se o sistema 100 não estiver fornecendo calor suficiente para o circuito hidrônico 112 para uso pelo trocador de calor 136 para aquecer a região, em seguida, o sistema 100 estará disposto de modo a fornecer potência para o segundo sistema de troca de calor 106. Nesse exemplo, o segundo sistema de troca de calor 106 é um sistema repartido de ciclo inverso que pode operar em um modo de aquecimento ou em um modo de arrefecimento e compreende um trocador de calor 142 que é disposto para transferir calor entre o segundo sistema de troca de calor 106 e o circuito hidrônico 112. Nesse exemplo, o segundo sistema de troca de calor 106 está operando em modo de aquecimento e o trocador de calor 142 funciona como um condensador a fim de transferir calor do segundo sistema de troca de calor 106 para o circuito hidrônico 112.
[063] O compressor 110 do segundo sistema de troca de calor 106 é disposto para receber potência de uma fonte diferente do coletor solar 104. Nesse exemplo particular, o compressor 110 é um compressor elétrico que é disposto para receber potência a partir da eletricidade por rede. O compressor 110 comprime o refrigerante que será um vapor nesse estágio. O refrigerante pressurizado, então, flui através de um dessuperaquecedor 144 em que o calor em excesso pode ser transferido a partir do refrigerante para o sistema de reservatório de água quente 116 e, em seguida, para o trocador de calor 142 através de uma válvula de inversão 146.
[064] Será observado que, embora o dessuperaquecedor 144 possa ser usado para transferir calor em excesso a partir do refrigerante para o sistema de reservatório de água quente 116, em modo de aquecimento, é preferencial direcionar o calor do compressor através do dessuperaquecimento 144 para o trocador de calor 142. Tipicamente, o calor em excesso é transferido para o sistema de reservatório de água quente 116 através do dessuperaquecedor 144 quando o sistema está operando em modo de arrefecimento que é descrito posteriormente com referência às Figuras 3 e 4.
[065] O refrigerante se condensa em um líquido no trocador de calor 142 e o calor é transferido a partir do trocador de calor 142 para a água que flui através do circuito hidrônico 112 para uso pelo trocador de calor 136 a fim de fornecer calor para a região.
[066] O refrigerante que transferiu pelo menos algum calor para o circuito hidrônico 112, em seguida, flui através de uma válvula de expansão 148 que abaixa uma pressão do refrigerante. O refrigerante, então, flui através de trocador de calor 150, funcionando como um evaporador nesse modo que transfere calor para o refrigerante a fim de vaporizar e aquecer o refrigerante usando calor de fora da região. Em seguida, o refrigerante flui de volta para o compressor 110 para comprimir e o ciclo para transferir calor para o circuito hidrônico 112 começa novamente.
[067] O sistema 100 também é disposto, caso seja necessário, (por exemplo, se as demandas de aquecimento não forem satisfeitas pelo primeiro sistema de troca de calor 102), para transferir calor a partir do armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 para uso no circuito hidrônico a fim de fornecer calor para o trocador de calor 136.
[068] O sistema 100 também é disposto para fornecer água quente solar através do sistema de água quente solar 116. O sistema de água quente solar 116 recebe água de um provimento de água fria 152. A água flui através de um preaquecedor 154 que é disposto para transferir calor a partir do circuito solar 114 para preaquecer a água. A água, então, entrega pelo menos algum calor para um armazenamento de água quente 156 que, nesse exemplo, é um tanque de água disposto para armazenar água quente. Em seguida, a água é bombeada por uma bomba de circulação de água quente 158, também marcada coma bomba P2 na Figura 1, através do dessuperaquecedor 144, no qual, se disponível, o calor em excesso do segundo sistema de troca de calor 106 será transferido para a água. Em seguida, a água flui através do preaquecedor 132 no qual o calor é transferido a partir da água para o refrigerante do primeiro sistema de troca de calor 102 a fim de preaquecer o refrigerante. A água, então, passa através do gerador 118 no qual o calor é transferido a partir do circuito solar 114 para a água. Em seguida, a água aquecida flui para o armazenamento de água quente 156 no qual a água quente é armazenada para uso por um provimento de água quente 160.
[069] O sistema 100 é disposto para controlar, por exemplo, através de um módulo de controle (não mostrado), uma quantidade de transferência de aquecimento do primeiro sistema de troca de calor 102, do segundo sistema de troca de calor 106 e do armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 para uso no aquecimento da região. Um esquema exemplificativo de controle é ilustrado na Figura 2 e será descrito agora em mais detalhes.
[070] A Figura 2 mostra um esquema de controle 200 para controlar o sistema 100 em modo de aquecimento. Em uma primeira etapa 202, o sistema 100 é iniciado, por exemplo, por um usuário pressionando um comutador ou semelhante e selecionando que o sistema 100 opere em “modo de aquecimento”.
[071] O sistema 100 determina na etapa 204 se uma solicitação para aquecer a região precisar ser realizada. A solicitação de aquecimento pode ser realizada, por exemplo, por um usuário que interage com um painel de controle ou controle remoto associado ao sistema 100.
[072] Se o sistema 100 determinar que uma solicitação de aquecimento não foi realizada, o sistema 100 determinará (etapa 206) se o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 exige calor. Determinar se o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 exige calor pode compreender verificar as informações a partir de um termostato ou um sensor de perfil de temperatura (não mostrado) associado ao armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138.
[073] Por exemplo, um material usado como um reservatório térmico no armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 pode armazenar calor através de aquecimento sensível de água. Se uma temperatura de 40 °C do material usado no armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 for adequada para o aquecimento hidrônico, em seguida, o sistema 100 determinará 206 que o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 exige calor se as informações do termostato ou do sensor de perfil de temperatura indicarem que a temperatura do armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 está abaixo de 40 °C. De forma semelhante, se uma temperatura de 70 °C do material usado no armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 for adequada para fornecer energia de calor suficiente para radiadores ou unidades de ventilador/bobina, então, o sistema 100 determinará 206 que o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 exige calor se as informações do termostato ou do sensor de perfil de temperatura indicarem que a temperatura do armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 está abaixo de 70 °C.
[074] Será observado que o material usado como um reservatório térmico no armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 pode ser um material de mudança de fase, no caso em que o calor é armazenado e liberado a temperatura constante e, por conseguinte, medidas alternativas para determinar um conteúdo de calor do armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 podem ser usadas.
[075] Se o sistema determinar na etapa 206 que o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 não exige calor, o sistema 100 realizará a etapa 208 para desativar a bomba de pressão ejetora 130 (bomba P3), a bomba de circuito hidrônico 140 (bomba P5) e o compressor 110 (sistema repartido SS4) e a válvula de desvio 135 (V3). Na etapa 208, o sistema 100 ativa as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvula de desvio V1) a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2).
[076] Na etapa 210, o sistema 100 comuta a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) para um modo ΔT, isto é, um modo no qual a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) é ligada quando uma temperatura de uma emissão do coletor solar 104 excede uma temperatura de água em um fundo do tanque do armazenamento de água quente 156 por uma primeira quantidade predefinida, como 7 °C e que desliga quando a diferença entre a temperatura da emissão do coletor solar 104 e a temperatura de água na parte inferior do tanque do armazenamento de água quente 156 é reduzida a uma segunda quantidade predefinida, como 2 °C. Dessa maneira, o calor é transferido a partir do circuito solar 114 para o sistema de reservatório de água quente 116 a fim de maximizar o aquecimento solar da água do sistema de reservatório de água quente 116.
[077] Portanto, as etapas 208 e 210 desativam de maneira eficiente o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106, desviam o trocador de calor 136, e resultam na transferência de calor a partir do circuito solar 114 para o sistema de reservatório de água quente 116.
[078] Após realizar as etapas 208 e 210, o sistema 100 sai 212 da trajetória de controle de corrente e retorna para a etapa 204 a fim de determinar se uma solicitação de aquecimento foi realizada.
[079] Se o sistema determinar na etapa 206 que o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 exige calor, o sistema 100 realizará a etapa 214 para ativar a bomba de pressão ejetora 130 (bomba P3), a bomba de circuito hidrônico 140 (bomba P5), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvula de desvio V1), a válvula de desvio 134 (V2) e a válvula de desvio 135 (V3). Na etapa 214, o sistema 100 também desativa o compressor 110 (sistema repartido SS4)). Na etapa 216, o sistema 100 comuta a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) para um modo de temperatura de coletor constante, isto é, um modo no qual uma velocidade da bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) é ajustada de modo que o circuito solar 114 tente produzir uma temperatura de emissão de coletor solar constante 104 para transferir definitivamente para a região através do trocador de calor 136. Para propósitos de aquecimento, essa temperatura pode ser 40 °C ou mais. Será observado que o sistema de reservatório de água quente 116 pode ou não estar operando e, por conseguinte, a bomba de circulação de água quente 158 (bomba p2) pode estar operando ou não.
[080] As etapas 214 e 216 têm o efeito de transferir calor a partir do circuito solar 114 para o primeiro sistema de troca de calor 102 e, em seguida, a partir do primeiro sistema de troca de calor para a fonte de arrefecimento/aquecimento 138 para uso posterior. O segundo sistema de troca de calor 106 é desativado de maneira eficiente, o que reduzirá o uso de eletricidade por rede. Adicionalmente, o trocador de calor 136 é desviado e a quantidade de calor essencialmente transferida a partir do circuito solar 114 para o armazenamento de arrefecimento/aquecimento 138 é maximizada, à medida que a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) está operando no modo de temperatura de coletor constante, juntamente com a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2), se aplicável.
[081] Após realizar as etapas 214 e 216, osistema 100 sai (etapa 218) da trajetória de controle de corrente e pode retornar para a etapa 204 a fim de determinar se uma solicitação de aquecimento foi realizada.
[082] Se o sistema 100 determinar que uma solicitação de aquecimento foi realizada, o sistema 100 determinará na etapa 220 se há calor solar suficiente para cumprir a solicitação de aquecimento. Determinar se há calor solar suficiente para cumprir a solicitação de aquecimento pode compreender verificar informações sobre temperatura de operações associadas ao circuito solar 114. Por exemplo, a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) pode ser ativada e uma temperatura do fluido que sai do coletor solar 104 pode ser verificada (após um pequeno atraso) de modo que a potência do coletor solar 104 possa ser medida pelo sistema 100. Se for determinado que há temperatura insuficiente disponível, em seguida, a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) será desativada e o sistema 100 seguirá para a etapa 228 (descrita depois).
[083] Se o sistema determinar na etapa 220 que há calor solar suficiente para cumprir a solicitação de aquecimento, o sistema 100 realizará a etapa 222 para ativar a bomba de pressão ejetora 130 (bomba P3), a bomba de circuito hidrônico 140 (bomba P5), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvula de desvio V1). Na etapa 222, o sistema também desativa a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2), a válvula de desvio 135 (V3) e o compressor 110 (sistema repartido SS4). Na etapa 224, o sistema 100 comuta a bomba de circulação de coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) para o modo de temperatura de coletor constante. Novamente, será observado que a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) pode não estar operando se o sistema de reservatório de água quente 116 não estiver operando.
[084] As etapas 222 e 224 têm o efeito de transferir calor a partir do circuito solar 114 ao primeiro sistema de troca de calor 102, e então a partir do primeiro sistema de troca de calor ao trocador de calor 136 para uso no aquecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é efetivamente desabilitado, o que reduz ainda mais a utilização de eletricidade. Ademais, o trocador de calor 136 não é desviado, e a quantidade de calor transferida finalmente a partir do circuito solar 114 para o trocador de calor 136 para uso no aquecimento da região é maximizada, visto que o coletor solar e as bombas de circulação de água quente 115, 158 (as bombas P1 e P2) estão em operação no modo de temperatura constante do coletor.
[085] Após a realização das etapas 222 e 224, o sistema 100 sai 218 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 204 para determinar se uma solicitação de aquecimento foi feita ou não.
[086] Se o sistema determinar na etapa 220 que há calor solar insuficiente para cumprir com a solicitação de aquecimento, o sistema 100 realiza a etapa 228 para determinar se o calor armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 foi descarregado ou não. A etapa 228 pode compreender verificar uma temperatura associada ao reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 para determinar se há qualquer quantia de calor que possa ser descarregada a partir do mesmo.
[087] Se for determinado 228 que o calor armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 não foi descarregado, então o sistema 100 realiza a etapa 230 de habilitar as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (do sistema de válvulas de desvio V1) e desabilitar o compressor 110 (sistema repartido SS4), a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1), a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2), a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2) e a válvula de desvio 135 (V3). Na etapa 232, o sistema 100 habilita a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3) e a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5) para funcionar em um modo de temperatura de suprimento constante, isto é, um modo no qual o primeiro sistema de troca de calor 102 provê certa quantia de calor para atender à carga, e em que o déficit de calor provido pelo primeiro sistema de troca de calor 102 é compensado pelo calor provido a partir do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138. Se for desejado que o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 proveja todo o calor para atender à carga, então a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3) pode ser desativada.
[088] As etapas 230 e 232 têm o efeito de transferir calor a partir do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 ao trocador de calor 136 para o uso no aquecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é efetivamente desabilitado, o que reduz ainda mais a utilização de eletricidade.
[089] Após a realização das etapas 230 e 232, o sistema 100 sai 234 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 204 para determinar se uma solicitação de aquecimento foi feita ou não.
[090] Se for determinado na etapa 228 que o calor armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 foi descarregado, então o sistema 100 determina (na etapa 236) se o sistema 100 foi instruído, por exemplo, por um usuário do sistema 100, para operar em modo “somente solar”, o que significa que o sistema 100 não obtém qualquer potência adicional a partir da eletricidade da rede ou de outras fontes de energia não solar. Se for determinado na etapa 236 que o sistema 100 está operando no modo “somente solar”, então o sistema 100 não atenderá aos requisitos de aquecimento e o sistema 100 sai (na etapa 238) do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 204 para determinar se uma solicitação de aquecimento foi feita ou não.
[091] Se for determinado na etapa 236 que o sistema 100 não está operando no modo “somente solar”, então o sistema 100 realiza a etapa 240 para habilitar a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3), a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5), o compressor 110 (sistema repartido SS4), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1) e para desabilitar a válvula de desvio 135 (V3). Na etapa 240, o sistema 100 também desabilita a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2).
[092] Na etapa 242, o sistema 100 comuta a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) ao modo de temperatura constante do coletor, embora se constate que a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) pode não estar operando se o sistema de suprimento de água quente 116 não estiver operando.
[093] As etapas 240 e 242 têm o efeito de transferir calor a partir do circuito solar 114 ao primeiro sistema de troca de calor 102, e então a partir do primeiro sistema de troca de calor ao trocador de calor 136 para uso no aquecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é habilitado de forma que um calor adicional seja transferido a partir do segundo sistema de troca de calor 106 ao trocador de calor 136. A quantidade de calor transferida finalmente a partir do circuito solar 114 ao trocador de calor 136 para uso no aquecimento da região é maximizada, visto que o coletor solar e as bombas de circulação de água quente 115, 158 (as bombas P1 e P2) estão em operação no modo de temperatura constante do coletor. Entretanto, visto que essa quantidade não atende à demanda, o segundo sistema de troca de calor 106, que é alimentado pela eletricidade da rede, provê calor adicional ao trocador de calor 136 para compensar o primeiro sistema de troca de calor 102.
[094] Após a realização das etapas 240 e 242, o sistema 100 sai 244 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 204 para determinar se uma solicitação de aquecimento foi feita ou não.
[095] A operação do sistema 100 no modo de arrefecimento será agora descrita em maiores detalhes com referência às Figuras 3 e 4.
[096] No modo de arrefecimento, o circuito solar 114 transfere a energia de calor a partir do coletor solar 104 ao primeiro sistema de troca de calor 102 através do gerador 118. As válvulas de desvio 120a, 120b e 120c (sistema de válvulas de desvio V1) são dispostas (isto é, o sistema de válvulas de desvio V1 é desabilitado) de forma que a energia de calor obtida a partir do circuito solar 114 seja suprida ao ejetor 108. O ejetor 108, com o uso da energia de calor, funciona como um compressor para pressurizar o refrigerante (o qual é um vapor nesse estágio). O refrigerante então flui ao condensador 122 em que o refrigerante é arrefecido a um líquido de temperatura moderada e alta pressão. O refrigerante é direcionado então pela válvula 120c até a válvula de expansão 128, na qual a pressão do refrigerante é reduzida. O refrigerante então flui através do trocador de calor 126, que funciona como um evaporador, de forma a absorver o calor do circuito hidrônico 112 (a válvula de desvio 135 (V3) é desabilitada), arrefecendo-se efetivamente a água no circuito hidrônico 112 e aquecendo-se o refrigerante do circuito de ejeção 124 a um vapor aquecido. O refrigerante então retorna ao ejetor 108 no qual o vapor aquecido é comprimido e o ciclo se reinicia.
[097] Dessa maneira, o primeiro sistema de troca de calor extrai calor do circuito hidrônico 112 transferindo, portanto, o arrefecimento ao circuito hidrônico 112 que pode ser usado pelo trocador de calor 136 para arrefecer a região.
[098] Pelo menos uma porção do refrigerante é bombeada pela bomba de pressão do ejetor 130 através do preaquecedor 132 para obter calor do segundo sistema de troca de calor 106 ou do sistema de suprimento de água quente 116, e então para o gerador 118 em que o refrigerante é aquecido pelo circuito solar 114 novamente e o ciclo do refrigerante que transfere calor através do primeiro sistema de troca de calor 102 se inicia novamente.
[099] Conforme mencionado anteriormente, o primeiro sistema de troca de calor 102 transfere arrefecimento ao circuito hidrônico 112 através do trocador de calor 126, ao funcionar nessa instância como um evaporador de forma a transferir calor do circuito hidrônico 112 ao primeiro sistema de troca de calor 102. A transferência de calor arrefece a água no circuito hidrônico 112 (a válvula de desvio 135 (V3) é desabilitada), a qual então flui através da válvula de desvio do trocador de calor do circuito hidrônico 134 (válvula V2) que é disposta (isto é, a válvula de desvio 134 é desabilitada) para direcionar a água arrefecida ao trocador de calor 136 para o uso no arrefecimento da região.
[100] A água, tendo fornecido pelo menos algum arrefecimento à unidade de espaço interno 136, então flui através de um reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 no qual um arrefecimento adicional pode ser armazenado se a válvula de desvio 135 (V3) for habilitada. A água então fluir pode até a bomba do circuito hidrônico 140 e a água é bombeada através do trocador de calor 126, em que o calor é transferido do circuito hidrônico 112 ao primeiro sistema de troca de calor 102 e o ciclo para transferir o arrefecimento através do circuito hidrônico 112 se inicia novamente.
[101] Se o sistema 100 não estiver suprindo arrefecimento suficiente ao circuito hidrônico 112 para o uso pelo trocador de calor 136 para arrefecer a região, o sistema 100 é disposto para fornecer potência ao segundo sistema de troca de calor 106 quando opera no modo de arrefecimento, em que o trocador de calor 142 funciona como um evaporador de forma a transferir calor do circuito hidrônico 112 ao refrigerante do segundo sistema de troca de calor 106.
[102] O compressor 110 do segundo sistema de troca de calor 106 recebe a potência a partir da eletricidade da rede e comprime o refrigerante. O refrigerante aquecido e comprimido então flui através de um dessuperaquecedor 144 no qual o calor excedente é transferido do refrigerante ao sistema de suprimento de água quente 116 e, então, ao trocador de calor 150, que funciona nesse modo como um condensador, através da válvula de reversão 146. O refrigerante é condensado no trocador de calor 150 em um líquido de arrefecimento.
[103] O refrigerante, arrefecido pela ação condensadora do trocador de calor 150, então flui através da válvula de expansão 148, o que diminui a pressão do refrigerante. O refrigerante então flui através do trocador de calor 142, que funciona como um evaporador nesse modo, o qual vaporiza o refrigerante transferindo-se o calor do circuito hidrônico 112 ao refrigerante. A vaporização do refrigerante arrefece a água do circuito hidrônico 112, e o refrigerante aquecido e vaporizado flui de volta ao compressor 110 e o ciclo para transferir o arrefecimento ao circuito hidrônico 112 se inicia novamente.
[104] O sistema 100 também é disposto, caso necessário (por exemplo, caso as demandas do arrefecimento não sejam atendidas pelo primeiro sistema de troca de calor 102), para transferir calor a partir do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 para uso no circuito hidrônico 112, para o uso no arrefecimento da região pelo trocador de calor 136.
[105] O sistema 100 também é disposto para fornecer água quente solar através do sistema de água quente 116 quando o sistema 100 está operando no modo de arrefecimento da mesma maneira que quando o sistema 100 opera no modo de aquecimento.
[106] Similar à quando opera no modo de aquecimento, o sistema 100 é disposto para controlar uma quantidade de arrefecimento transferida do primeiro sistema de troca de calor 102, do segundo sistema de troca de calor 106 e do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 para o uso no arrefecimento da região. Um esquema de controle exemplificativo é ilustrado na Figura 4 e será descrito agora em maiores detalhes.
[107] A Figura 4 mostra um esquema de controle 400 para controlar o sistema 100 no modo de arrefecimento. Em uma primeira etapa 402, o sistema 100 é iniciado, por exemplo, por um usuário que pressiona o comutador “ligado” e seleciona que o sistema 100 opere no “modo de arrefecimento”.
[108] O sistema 100 determina 404 se uma solicitação para arrefecer a região foi feita. A solicitação de arrefecimento pode ser feita de maneira similar à de uma solicitação de aquecimento, isto é, interagindo-se com um painel de controle ou controle remoto associado ao sistema 100.
[109] Se o sistema 100 determina que uma solicitação de arrefecimento não foi feita, o sistema 100 determina 406 se o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 exige arrefecimento. Determinar 406 se o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 exige arrefecimento pode compreender verificar as informações do termostato associado ao reservatório de arrefecimento e aquecimento 138. Por exemplo, se o material usado como um reservatório térmico no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 armazena o arrefecimento através de um arrefecimento paulatino da água, então, o sistema 100 determina 406 que o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 exige arrefecimento se as informações do termostato ou do sensor de perfil de temperatura indicarem que a temperatura do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 está acima, por exemplo, de 12 °C. Mais uma vez, constata-se que o material usado como um reservatório térmico no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 pode ser um material de mudança de fase, caso no qual o arrefecimento é armazenado e liberado a uma temperatura constante e, então, um método alternativo para determinar os conteúdos de arrefecimento do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 pode ser usado.
[110] Se o sistema determinar na etapa 406 que o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 não exige arrefecimento, o sistema 100 realiza a etapa 408 de desabilitar a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3), a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5), o compressor 110 (sistema repartido SS4), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1) e a válvula de desvio 135 (V3). A válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2) é habilitada. Na etapa 410, o sistema 100 comuta a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) ao modo ΔT.
[111] As etapas 408 e 410, portanto, efetivamente desabilitam o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106, desviam do trocador de calor 136, e resultam na transferência do calor a partir do circuito solar 114 ao sistema de suprimento de água quente 116.
[112] Após a realização das etapas 408 e 410, o sistema 100 sai 412 do percurso de controle de corrente e retorna à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[113] Se o sistema determinar na etapa 406 que o reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 exige arrefecimento, o sistema 100 realiza a etapa 414 de habilitar a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3), a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5) e a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2). Na etapa 414, o sistema 100 também desabilita o compressor 110 (sistema repartido SS4), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1) e habilita a válvula de desvio V3. Na etapa 416, o sistema 100 comuta a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) ao modo de temperatura constante do coletor. Assim como com o modo de aquecimento, constata-se que a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) pode não operar se o sistema de água quente 116 não estiver operando.
[114] As etapas 414 e 416 têm o efeito de transferir o calor do circuito solar 114 ao primeiro sistema de troca de calor 102, e então de transferir o arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor à fonte de arrefecimento/aquecimento 138 para uso posterior. O segundo sistema de troca de calor 106 é efetivamente desabilitado, o que reduz ainda mais a utilização de eletricidade. Ademais, desvia-se do trocador de calor 136 e a quantidade de arrefecimento transferida finalmente do circuito solar 114 ao reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 é maximizada visto que o coletor solar e as bombas de circulação de água quente 115, 158 (bombas P1 e P2) operam no modo de temperatura constante do coletor.
[115] Após a realização das etapas 414 e 416, o sistema 100 sai 418 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[116] Se o sistema 100 determinar que uma solicitação de arrefecimento foi feita, o sistema 100 determina 420 se há calor solar suficiente para cumprir com a solicitação de arrefecimento. Determinar 420 se há calor solar suficiente para cumprir com a solicitação de arrefecimento pode compreender verificar as informações de temperatura operacional associadas ao circuito solar 114.
[117] Se o sistema determinar na etapa 420 que há calor solar suficiente para cumprir com a solicitação de arrefecimento, o sistema 100 realiza a etapa 422 de habilitar a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3) e a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5). Na etapa 422, o sistema também desabilita as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1), a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2) o compressor 110 (sistema repartido SS4) e a válvula de desvio 135 (V3). Na etapa 424, o sistema 100 comuta a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) ao modo de temperatura constante do coletor, embora se constate que a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) pode não operar se o sistema de água quente 116 não estiver operando.
[118] As etapas 422 e 424 têm o efeito de transferir calor a partir do circuito solar 114 ao primeiro sistema de troca de calor 102, e então transferir arrefecimento a partir do primeiro sistema de troca de calor ao trocador de calor 136 para o uso no arrefecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é efetivamente desabilitado, o que reduz ainda mais a utilização de eletricidade. Ademais, o trocador de calor 136 não é desviado, e a quantidade de arrefecimento transferida finalmente do circuito solar 114 ao trocador de calor 136 é maximizada visto que o coletor solar e as bombas de circulação de água quente 115, 158 (bombas P1 e P2) operam no modo de temperatura constante do coletor.
[119] Após a realização das etapas 422 e 424, o sistema 100 sai 418 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[120] Se o sistema determinar na etapa 420 que há calor solar insuficiente para cumprir com a solicitação de arrefecimento, o sistema 100 realiza a etapa 428 de determinar se o arrefecimento armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 foi descarregado. A etapa 428 pode compreender verificar uma temperatura associada ao reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 para determinar se há qualquer quantia de arrefecimento que possa ser descarregada a partir do mesmo. Por exemplo, a etapa 428 pode compreender verificar um perfil de temperatura do tanque, ou pelo menos uma temperatura de um topo do tanque, do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 e, se o perfil de temperatura estiver uniformemente abaixo de uma temperatura predeterminada tal como 12 °C, o sistema 100 determina que o arrefecimento armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 não foi descarregado.
[121] Se for determinado na etapa 428 que o arrefecimento armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 não foi descarregado, então o sistema 100 realiza a etapa 430 de desabilitar o compressor 110 (sistema repartido SS4), a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2), as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1) e a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2). Ademais, o sistema habilita a válvula de desvio 135 (V3). A bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) pode ser desabilitada, entretanto, conforme explicado abaixo, há circunstâncias sob as quais a bomba de circulação do coletor solar 115 pode operar. Na etapa 432, o sistema 100 habilita a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3) para operar no modo de temperatura de suprimento constante, e a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5) para operar em um modo de temperatura constante do gerador. Constata-se que o primeiro sistema de troca de calor 102 ainda pode funcionar para suprir parte da carga de arrefecimento através do trocador de calor 126. Portanto, as bombas 115, 130 e 140 (isto é, as bombas P1, P3 e P5) podem ser ativadas a menos que o coletor solar 104 tenha uma temperatura ou potência insuficiente para acionar o primeiro sistema de troca de calor 102.
[122] As etapas 430 e 432 têm o efeito de transferir arrefecimento a partir do reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 ao trocador de calor 136 para o uso no arrefecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é efetivamente desabilitado, o que reduz ainda mais a utilização de eletricidade.
[123] Após a realização das etapas 430 e 432, o sistema 100 sai 434 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[124] Se for determinado na etapa 428 que o arrefecimento armazenado no reservatório de arrefecimento e aquecimento 138 foi descarregado, então o sistema 100 determina 436 se o sistema 100 foi instruído, por exemplo, por um usuário do sistema 100, para operar em modo “somente solar”, o que significa que o sistema 100 não obtém qualquer potência adicional a partir da eletricidade da rede ou de outras fontes de energia não solar. Se for determinado 436 que o sistema 100 está operando no modo “somente solar”, então o sistema 100 não atenderá aos requisitos de arrefecimento e o sistema 100 sai 438 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[125] Se for determinado na etapa 436 que o sistema 100 não está operando no modo “somente solar”, então o sistema 100 realiza a etapa 440 para habilitar a bomba de pressão do ejetor 130 (bomba P3), a bomba do circuito hidrônico 140 (bomba P5) e o compressor 110 (sistema repartido SS4). Na etapa 440, o sistema 11 também desabilita as válvulas de desvio 120a, 120b, 120c (sistema de válvulas de desvio V1), a válvula de desvio 134 (válvula de desvio V2 e a válvula de desvio 135 (V3)).
[126] Na etapa 442, o sistema 100 comuta a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) a um modo de temperatura constante do coletor, e a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) opera quando o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106 operam juntos. Dessa maneira, o sistema de suprimento de água quente 116 pode entregar calor ao reservatório de água quente 156 através do gerador 118, caso desejado.
[127] As etapas 440 e 442 têm o efeito de transferir calor a partir do circuito solar 114 ao primeiro sistema de troca de calor 102, e então de transferir arrefecimento a partir do primeiro sistema de troca de calor ao trocador de calor 136 para o uso no arrefecimento da região. O segundo sistema de troca de calor 106 é habilitado de forma que um arrefecimento adicional seja transferido a partir do segundo sistema de troca de calor 106 ao trocador de calor 136. A quantidade de arrefecimento transferida finalmente do circuito solar 114 ao trocador de calor 136 é maximizada visto que a bomba de circulação do coletor solar 115 (bomba P1) está operando no modo de temperatura constante do coletor. Entretanto, visto que essa quantidade não atende à demanda, o segundo sistema de troca de calor 106, que é alimentado pela eletricidade da rede, provê arrefecimento adicional para compensar o primeiro sistema de troca de calor 102, sendo que a bomba de circulação de água quente 158 (bomba P2) opera quando o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor 102, 106 são trabalham juntos.
[128] Após a realização das etapas 440 e 442, o sistema 100 sai 444 do percurso de controle de corrente e pode retornar à etapa 404 para determinar se uma solicitação de arrefecimento foi feita ou não.
[129] Determina-se que modificações e variações, conforme evidente a um indivíduo versado, são determinadas como abrangidas pelo escopo da presente invenção.
[130] Nas reivindicações a seguir e na descrição anterior da invenção, exceto quando o contexto exige de outro modo devido à linguagem expressa ou implicação necessária, a palavra “compreender” ou variações, tais como “compreende” ou “caracterizado pelo fato de que compreende”, é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos recursos afirmados, mas sem excluir a presença ou a adição de recursos adicionais nas várias modalidades da invenção.

Claims (12)

1. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR que compreende:um coletor solar para fornecer energia gerada a partir de radiação solar incidente;um primeiro sistema de troca de calor que compreende um ejetor que é disposto para operar com o uso de pelo menos uma porção da energia fornecida pelo coletor de energia solar; eum segundo sistema de troca de calor disposto para operar com o uso da energia a partir de uma fonte de energia que não seja uma fonte de energia solar;em que o sistema de energia solar é disposto para transferir de maneira direta ou indireta a energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e uma região, e entre o segundo sistema de troca de calor e a região;um sistema de controle que compreende:um seletor para selecionar um modo de operação ouuma condição de operação do sistema de energia solar;uma disposição de sensor que fornece informações indicativas de uma quantidade de energia térmica que é fornecida ou fornecível pelo coletor de energia solar; eum processador que é disposto para controlar a operação do segundo sistema de troca de calor para suplementar a operação do primeiro sistema de troca de calor com base em um modo ou condição de operação selecionada e com base em informações fornecidas pela disposição de sensor;em que o sistema de energia solar é disposto de forma que o segundo sistema de troca de calor suplemente a operação do primeiro sistema de troca de calor quando a contribuição do primeiro sistema de troca de calor à transferência de energia térmica for insuficiente para uma condição de operação do sistema de energia solar;caracterizado pelo sistema de energia solar compreender ainda um circuito hidrônico disposto para trocar energia térmica com o primeiro e segundo sistemas de troca de calor para uso no fornecimento de refrigeração ou aquecimento a uma região;o primeiro e o segundo sistemas de troca de calor são dispostos para transferir a energia térmica indiretamente de ou para a região trocando-se calor com o circuito hidrônico;o sistema de energia solar compreende ainda um primeiro trocador de calor que é disposto para transferir diretamente energia térmica entre o primeiro sistema de troca de calor e o circuito hidrônico, e um segundo trocador de calor disposto para transferir diretamente energia térmica entre o segundo sistema de troca de calor e o circuito hidrônico;o sistema de energia solar é disposto para controlar uma contribuição relativa de energia térmica para ou do primeiro e segundo sistemas de troca de calor ao circuito hidrônico e à região; eos trocadores de calor são dispostos para funcionar como condensadores ao transferir energia térmica ao circuito hidrônico e para funcionar como evaporadores ao transferir energia térmica a partir do circuito hidrônico.
2. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro sistema de troca de calor ser disposto de forma que um modo de operação do primeiro sistema de troca de calor seja selecionável entre um primeiro modo para aquecer a região e um segundo modo para arrefecer a região.
3. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo primeiro sistema de troca de calor compreender um circuito de ejeção e que é disposto para contornar pelo menos uma porção do circuito de ejeção em um primeiro modo de operação e que é disposto de forma que a porção do circuito de ejeção não seja contornada no segundo modo de operação.
4. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo segundo sistema de troca de calor ser disposto para operar com o uso de energia elétrica e compreender um compressor elétrico.
5. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um sistema de aquecimento de água para aquecer a água, sendo que o mesmo é disposto para transferir calor ao sistema de aquecimento de água a partir da energia obtida pelo coletor solar.
6. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo sistema de energia solar ser disposto de forma que uma porção de energia térmica gerada a partir da radiação solar incidente seja fornecida ao primeiro sistema de troca de calor, e pelo menos uma porção da energia térmica restante gerada a partir da radiação solar incidente seja fornecida ao sistema de aquecimento de água.
7. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo por compreender adicionalmente uma disposição de armazenamento de energia para armazenar a energia que é fornecida pelo primeiro sistema de troca de calor e/ou pelo segundo sistema de troca de calor, e em que o sistema de energia solar é disposto para usar pelo menos uma porção da energia armazenada no armazenamento de energia para arrefecer ou aquecer a região.
8. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo sistema de energia solar ser disposto de forma que o primeiro sistema de troca de calor seja usado para aquecer ou arrefecer e, somente caso uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor seja insuficiente para alcançar a condição de arrefecimento ou aquecimento pré-selecionada ou predeterminada, o segundo sistema de troca de calor é usado para suplementar a operação do primeiro sistema de troca de calor.
9. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo sistema de troca de calor solar ser controlado de forma que uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do primeiro sistema de troca de calor seja substancialmente maximizada dependendo das condições de operação antes de o segundo sistema de troca de calor ser usado para suplementar a contribuição do primeiro sistema de troca de calor.
10. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por uma contribuição de aquecimento ou arrefecimento do segundo sistema de troca de calor ser substancialmente limitada para possibilitar que o aquecimento ou o arrefecimento alcance a condição pré- selecionada ou predeterminada de aquecimento ou arrefecimento.
11. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo primeiro sistema de troca de calor também ser disposto para usar a energia térmica a partir do armazenamento de energia para aquecer ou arrefecer.
12. SISTEMA DE ENERGIA SOLAR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo processador ser disposto para controlar a utilização da energia térmica a partir do armazenamento de energia para a operação do primeiro sistema de troca de calor.
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