ES2257973A1 - "dispositivo de aprovechamieno energetico y uso correspondiente". - Google Patents

Abstract

Dispositivo de aprovechamiento energético y uso correspondiente. El dispositivo de aprovechamiento energético comprende: [a] unos paneles solares (1) que definen una primera superficie (3) recolectora de radiación directa de energía solar, y [b] un armazón apto para soportar los paneles solares (1) en posición vertical o casi vertical. Los paneles comprenden una segunda superficie (17) recolectora de radiación directa de energía solar, paralela a la primera superficie (3) y opuesta a la primera superficie (3), de manera que la primera superficie (3) recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la primera superficie (3) respecto del panel y de manera que la segunda superficie (17) recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la segunda superficie (17) respecto del panel. El dispositivo puede ser usado simultáneamente como barandilla.

Description

Dispositivo de aprovechamiento energético y uso correspondiente.

Campo de la invención

La invención se refiere a un dispositivo de aprovechamiento energético que comprende: [a] por lo menos un panel solar que define una primera superficie recolectora de radiación directa de energía solar, y [b] un armazón apto para soportar el panel solar formando un ángulo mayor o igual de 70º con la horizontal, de manera que el armazón presenta una primera traviesa superior y el panel presenta un borde superior y un borde inferior. La invención también se refiere a un uso preferente de un dispositivo de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención.

Estado de la técnica

Son conocidos los dispositivos de aprovechamiento energético anteriormente indicados. Suelen tener una pluralidad de paneles solares interconectados entre sí. Cada panel solar recoge la energía radiada por el sol y la aprovecha para calentar un fluido (usualmente un líquido) que circula a lo largo del dispo-
sitivo.

Existen diversos tipos de paneles solares, como los colectores no vidriados (constituidos básicamente por unos tubos de metal o plástico recubiertos de pigmentos ennegrecidos por los que circula el agua), los colectores planos (que son unas cajas planas recubiertas interiormente con un aislamiento salvo en una de las caras que es transparente y que tiene en su interior una placa negra que absorbe la energía solar y que transmite el calor al fluido), los colectores solares de tubo de vacío (que aprovechan el efecto aislante del vacío para reducir las pérdidas de calor), los colectores de vacío con tubo de calor, etc. Todos ellos tienen mecanismos de absorción de la radiación solar y de transmisión de la energía absorbida al fluido diferentes entre sí, y más o menos complejos. Sin embargo todos ellos parten de un mismo principio básico, que consiste en presentar una superficie recolectora de radiación directa de energía solar. Esta superficie del panel suele ser plana o substancialmente plana, aunque los elementos captadores de energía en el interior del panel puedan tener otras geometrías, como en el caso de los tubos de vacío.

Como se verá a continuación la presente invención es independiente del tipo de panel solar empleado, por lo que debe entenderse que la presente invención puede emplearse con cualquier tipo de panel solar que cumpla con los requisitos especificados en las reivindicaciones.

Los dispositivos de aprovechamiento energético han experimentado diversas mejoras que permitan un óptimo aprovechamiento de la energía solar recibida. Sin embargo estos dispositivos suelen ser caros y requieren un espacio relativamente importante para ser montados, lo cual limita su uso generalizado.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante un dispositivo de aprovechamiento energético del tipo indicado al principio caracterizado porque el panel comprende una segunda superficie recolectora de radiación directa de energía solar, paralela a la primera superficie y opuesta a la primera superficie, de manera que la primera superficie recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la primera superficie respecto del panel y de manera que la segunda superficie recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la segunda superficie respecto del
panel.

Efectivamente, los paneles solares convencionales suelen posicionarse inclinados para ofrecer su superficie recolectora lo más perpendicular posible al sol. En este sentido se recomienda la instalación de los paneles con una inclinación respecto de la horizontal más o menos equivalente a la latitud local del lugar donde se va a instalar el dispositivo. Por ejemplo en un entorno correspondiente al mar Mediterráneo, con una latitud de aproximadamente de unos 35º a 45º, se instalarían los paneles con aproximadamente la misma inclinación respecto de la horizontal. En algunos casos se le añaden unos grados más de inclinación para favorecer la captación de energía en los meses de invierno en detrimento de la captación de energía en los meses de verano. Ello quiere decir que se requiere una gran superficie libre para la instalación de los paneles.

Los inventores han observado que colocando los paneles en posición vertical, o casi vertical (con una inclinación mayor o igual a 70º respecto de la horizontal), se gana una gran cantidad de espacio pero los paneles absorben una cantidad de energía mucho menor. Sin embargo, si el panel presenta una segunda superficie recolectora de radiación directa de energía solar tal como se ha especificado antes, entonces el conjunto del panel absorbe una cantidad de energía muy superior. De esta manera, si bien por una parte el panel no absorbe tanta energía como podría absorber si estuviese inclinado los grados que le corresponden en función de la latitud local, por otra parte el panel ocupa un espacio mucho menor. Es decir la relación entre energía absorbida y superficie horizontal ocupada es mayor. Ello permite instalar los dispositivos de acuerdo con la invención en sitios en los que no había espacio suficiente para insta-
larlos.

También permite instalar los dispositivos de manera que cumplan una función adicional: la función de barandilla. Efectivamente las barandillas son unos dispositivos fundamentales que cumplen principalmente unas funciones de seguridad y, como tales elementos de seguridad, son imprescindibles en diversas ubicaciones. Por lo tanto son un coste inevitable. Al colocar los paneles de los dispositivos de aprovechamiento energético en posición vertical o casi vertical (con una inclinación mayor o igual a 70º respecto de la horizontal) se pueden emplear para que, simultáneamente, hagan la función de barandilla. De esta manera se consigue un ahorro directo ya que ya no es necesario incurrir en el coste de la barandilla y, como se verá a continuación, la eficiencia de los paneles solares queda muy poco perjudicada. El conjunto es claramente rentable.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relatan unos modos preferentes de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:

Fig. 1, una tabla que muestra la energía mensual absorbida para diversos tipos de paneles y de orientaciones.

Figs. 2 a 6, unos gráficos basados en los datos de la tabla de la figura 1, mostrando la energía mensual acumulada recibida a lo largo de un año para diversos tipos de paneles solares y de orientaciones.

Fig. 7, una vista frontal de un dispositivo de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención.

Fig. 8, una vista en alzado lateral del dispositivo de la Fig. 7.

Fig. 9, una vista en perspectiva del dispositivo de la Fig. 7, con dos segundas traviesas.

Fig. 10, una vista en alzado lateral de una segunda traviesa.

Fig. 11, una vista en perspectiva de la segunda traviesa de la Fig. 10.

Fig. 12, una vista en perspectiva parcial de unos medios de sujeción y unos medios basculantes.

Fig. 13, una vista en perspectiva de un edificio con unos dispositivos de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de unas formas de realización de la invención

La tabla de la figura 1 muestra la energía recibida (en kJ *10^{6}) por una placa con 16 tubos de vacío. La placa simulada tiene un paso entre tubos de 125 mm. Los tubos de vacío son de diámetro 47 mm y una longitud de 850 mm. La simulación tiene en cuenta la sombra propia de los tubos y de los elementos estructurales del marco y patas de soporte. La latitud de simulación ha sido 42º Norte Sin embargo, lo realmente importante de esta tabla no son los valores absolutos de energía recibida sino las diferencias en función de la orientación, el tipo de panel y del mes. Cada columna representa un caso concreto, donde la letra M indica que se trata de un panel con una única superficie recolectora (es decir, que se trata de un panel convencional), mientras que la letra B indica que tiene dos superficies recolectoras (es decir, que se trata de un panel de acuerdo con la invención). La letra S indica que el panel (específicamente la primera superficie recolectora) está orientado hacia el sur, que es la orientación especificada para los paneles convencionales, mientras que la letra E indica que el panel está orientado hacia el este. Los números indicados a continuación de las letras indican la inclinación respecto de la horizontal. Así, por ejemplo, MS90 quiere decir un panel con una única superficie recolectora, orientada hacia el sur y en posición vertical. Finalmente las tres últimas columnas indican unos casos híbridos, en los que el panel tiene la mitad de su superficie orientada hacia el sur y la otra mitad orientada hacia el este.

En la figura 2 se muestra, con un trazo discontinuo, la energía recibida por un panel con una única superficie recolectora de radiación solar, orientada hacia el sur e inclinada 45º respecto de la horizontal. Corresponde a una situación típica para una instalación en una latitud local de 35º - 45º. En el caso que se posicione ese mismo panel formando 90º con la horizontal (es decir, en posición vertical), se observa un marcado descenso en la cantidad de energía recibida, en particular durante los meses de verano. Por lo tanto la simple colocación del panel solar en posición vertical comporta una pérdida de eficiencia elevada. Sin embargo, al añadirle al panel solar una segunda superficie recolectora de energía solar, paralela a la primera superficie y opuesta a ella, entonces se incrementa notablemente la energía solar recibida, tal como se observa en la figura 3. Efectivamente durante los meses de invierno la energía solar recibida en ambos casos es muy similar, sin embargo en verano el panel con dos superficies recolectoras de energía solar opuestas entre sí recibe mucha más energía solar. Ello es debido a que el sol describe un arco mayor de 180º, por lo que ilumina al panel "por detrás". Esta es una situación atípica en los paneles solares convencionales, ya que los paneles solares convencionales tienen la cara opuesta a la superficie recolectora de energía solar más o menos enfrentada al suelo, por lo que no se espera que reciba ninguna radiación. De hecho la segunda cara suele ser opaca y suele incluir un espejo que refleja la energía solar que ha atravesado la superficie recolectora y que no ha sido absorbida por ningún elemento recolector (como los tubos de vacío) de manera que la energía solar reflejada retroceda hacia los elementos recolectores. En este sentido debe considerarse inventivo el hecho de permitir que la radiación solar entre por dos superficies recolectoras opuestas entre sí (es decir por "delante" y por "detrás" del panel solar) ya que ello permite aumentar la eficiencia del panel solar vertical.

Adicionalmente los inventores han observado que el panel solar vertical incrementa aún más su eficiencia si es orientado hacia el este en vez de ser orientado hacia el sur. Como puede verse en la figura 4, el panel solar vertical orientado hacia el este recibe mucha más energía solar en los meses de verano a cambio de una cierta disminución durante el invierno. El balance global (ver tabla de la figura 1) es positivo, es decir orientando la placa hacia el este se tiene un incremento de la energía total recibida.

Otra ventaja con los dispositivos de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención es la posibilidad de reducir las diferencias de energía recibida a lo largo de los meses del año. Efectivamente, el mayor consumo suele tener lugar en invierno (en particular en el caso de viviendas y/o oficinas), sin embargo las placas solares convencionales presentan un máximo de energía recibida en verano y un mínimo en invierno. Por lo tanto es interesante disponer de unos dispositivos de aprovechamiento energético que uniformicen la energía recibida a lo largo del año. En este sentido es interesante en panel solar con dos superficies recolectoras de energía solar orientado hacia el sur (Fig.3) ya que recibe una cantidad de energía bastante uniforme a lo largo del año. Sin embargo se obtiene un resultado aún mejor con un dispositivo de aprovechamiento energético que combina un panel solar con dos superficies recolectoras orientado al sur con otro panel solar con dos superficies recolectoras orientado al este. Ello se muestra en la Figura 5. Este dispositivo de aprovechamiento energético combina los efectos de los dos paneles de manera que se tiene una distribución de energía recibida bastante uniforme conjuntamente con una energía total recibida bastante elevada. Es decir, dicho de una forma general, es ventajoso que el dispositivo de acuerdo con la invención tenga por lo menos un segundo panel que esté girado, alrededor de un eje vertical, un ángulo no nulo respecto del primer panel, donde este ángulo no nulo es, preferentemente, un ángulo recto.

Finalmente los inventores han observado que una pequeña inclinación de los paneles solares permiten incrementar aún más la energía recibida sin perder ninguna de las ventajas anteriormente indicadas (necesidad de una superficie horizontal reducida, recepción de una cantidad más o menos uniforme de energía a lo largo del año, uso del panel como barandilla). En este sentido es ventajoso que el ángulo del panel con la horizontal esté comprendido entre 70º y 80º y preferentemente sea de 75º. En la Fig. 6 se muestran los resultados obtenidos con un dispositivo que combina un panel solar con dos superficies recolectoras orientado al sur con otro panel solar con dos superficies recolectoras orientado al este y en el que los paneles están inclinados 70º respecto de la horizontal.

Como ya se ha comentado anteriormente, un uso preferente del dispositivo de acuerdo con la invención es como barandilla. En este sentido, es ventajoso que el dispositivo tenga por lo menos una segunda traviesa coplanaria con el panel, que tiene un extremo superior unido a la primera traviesa y un extremo inferior con unos medios de fijación aptos para fijar la segunda traviesa en el suelo, donde la distancia entre el borde inferior del panel y el extremo inferior de la segunda traviesa deja un paso apto para una adecuada evacuación de agua y/o nieve. Este paso o luz inferior puede ser, por ejemplo, de unos 50 mm o más.

Asimismo es ventajoso que el dispositivo sea capaz de soportar un determinado esfuerzo normal a las superficies recolectoras, a fin de poder cumplir adecuadamente con la función de barandilla. En este sentido, es ventajoso que la primera traviesa superior soporte una carga de 2000 N, en cualquier dirección, experimentando una deformación menor que 5 mm. Ventajosamente, la distancia entre dos de dichos medios de fijación está comprendida entre 1'5 y 3 m, y preferentemente entre 2 y 2'4 m. Estas distancias permiten conseguir los requisitos de deformación anteriores de una forma adecuada, sin necesidad de emplear una elevada cantidad de traviesas o, por el contrario, unas traviesas excesivamente reforzadas.

Preferentemente la primera traviesa superior es hueca y permite el paso de tubos por su interior que transportan el líquido del panel. De esta manera la traviesa puede hacer la triple función de: proteger los tubos, dar rigidez al conjunto y servir de apoyo para las manos y/o el cuerpo de una persona. Análogamente, es ventajoso que el armazón tenga una tercera traviesa, dispuesta en la zona inferior del armazón, que sea hueca y que permita el paso de tubos por su interior que transportan el líquido del panel.

Preferentemente la segunda traviesa tiene unos medios de sujeción que permiten la sujeción de dos paneles simultáneamente, ya que el dispositivo tendrá, en general, una pluralidad de paneles interconectados entre sí. De esta manera, el dispositivo presenta una pluralidad de paneles y de segundas traviesas intercaladas entre los paneles, de manera que cada panel se apoya sobre dos segundas traviesas y cada segunda traviesa soporta dos paneles.

Asimismo es ventajoso que la segunda traviesa sea hueca y permita el paso de tubos por su interior que transportan el líquido del panel.

Preferentemente el panel tiene unos medios basculantes aptos para hacerlo girar según un eje horizontal. Ello permite realizar labores de mantenimiento y reparación (por ejemplo el cambio de un tubo de vacío) de una forma más rápida y sencilla.

Un ejemplo típico del uso de un dispositivo de acuerdo con la invención será como barandilla perimetral de terrados y azoteas de toda clase de edificios. El dispositivo, al tener los paneles verticales (o casi verticales) puede ejercer adecuadamente la función de barandilla, y al tener una segunda superficie recolectora de energía solar podrán tener una capacidad de absorción de energía satisfactoria, máxime teniendo en cuenta que coexistirán paneles con diversas orientaciones norte-sur-este-oeste por lo que la energía recibida a lo largo del año será relativamente uniforme.

En las Figs. 7 a 9 se muestra una forma de realización de un dispositivo de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención. El dispositivo comprende un panel solar 1 que define una primera superficie 3 recolectora de radiación directa de energía solar, y que presenta, además, un armazón apto para soportar el panel solar 1 fijándolo, en el presente ejemplo, en el suelo.

El armazón comprende una primera traviesa 5 superior, unas segundas traviesas 7 perpendiculares a la primera traviesa 5 y una tercera traviesa 9 inferior, de manera que el conjunto forma un cuerpo substancialmente aplanado y rectangular. Las segundas traviesas 7 están unidas por su extremo superior a la primera traviesa 5 y tienen su extremo inferior que se proyecta más allá de la tercera traviesa 9 y que presenta unos medios de fijación 11 aptos para fijar la segunda traviesa 7 en el suelo, por ejemplo por atornillado. Entre la tercera traviesa 9 y el extremo inferior de las segundas traviesas 7 (concretamente el extremo inferior de los medios de fijación 11, que está en contacto directo con el suelo) hay una distancia algo mayor de 50 mm.

El panel solar 1 comprende una pluralidad de tubos de vacío 13 unidos entre sí a través de unos tubos 15 que transportan el líquido del panel entre los tubos de vacío 13 y un depósito acumulador de calor, no representado en las figuras. Dado que las traviesas son huecas, los tubos 15 pueden instalarse por el interior de la primera, segunda y/o tercera traviesas, de acuerdo con las necesidades del diseño.

El panel solar 1 presenta una segunda superficie 17 recolectora de radiación directa de energía solar, que es paralela a la primera superficie 3 y opuesta a ella. De esta manera, cuando el sol está encarado a la primera superficie 3, la radiación directa de energía solar incide sobre la primera superficie 3 (y la atraviesa, ya que es una superficie inmaterial) y es absorbida por los tubos de vacío 13. Cuando el sol está encarado a la segunda superficie 17, la radiación directa de energía solar atraviesa la segunda superficie 17 y es absorbida por los tubos de vacío 13. Por lo tanto el panel solar 1 es capaz de absorber la energía solar tanto si el sol está encarado a su primera superficie 3 como si está encarado a su segunda superficie 17. Como ya se ha dicho anteriormente, el panel solar 1 puede ser de muy diversas formas y tecnologías, pero siempre es un cuerpo aplanado, con dos dimensiones (altura y longitud) muy superiores a una tercera dimensión (espesor), con independencia de que, en su interior, los elementos responsables de absorber finalmente la energía solar (como por ejemplo los tubos de vacío 13) tengan otras geometrias. Al ser un cuerpo aplanado, el panel solar 1 siempre tendrá dos superficies principales, las de mayores dimensiones, opuestas entre sí. La primera superficie 3 y la segunda superficie 17 son estas dos superficies principales.

Debe observarse que tanto la primera superficie 3 recolectora de radiación directa de energía solar como la segunda superficie 17 recolectora de radiación directa de energía solar no tienen porqué coincidir con superficies físicas del panel solar 1, sino que pueden estar simplemente definidas por el armazón, que define un marco de dichas superficies. En algunos paneles solares 1, la primera superficie 3 y la segunda superficie 17 coincidirán con unas superficies físicas, probablemente de vidrio y/o de plástico transparente, pero en otros casos, como en el ejemplo representado en las figuras la primera superficie 3 y la segunda superficie 17 son unas superficies teóricas delimitadas por el armazón.

En las Figs. 10 y 11 se observa con más detalle la segunda traviesa 7. En el presente caso, la segunda traviesa 7 forma un ángulo de 75º con la horizontal. Es substancialmente un tubo de sección transversal cuadrada y, en su extremo superior, tiene unos medios de sujeción 19, que consisten en unos orificios en forma de omega dispuestos en dos caras opuestas del tubo de sección cuadrada. Estos orificios en forma de omega sirven simultáneamente como medios de sujeción 19 y como medios basculantes 21. En cada uno de los orificios en forma de omega se aloja el extremo de una primera traviesa 5, el cual tiene un soporte tubular de sección transversal cuadrada apto para pasar por el cuello de la omega. Para conseguir que la primera traviesa 5 pueda bascular, se han practicado unos cortes en las esquinas del soporte tubular de sección transversal cuadrada, tal como se muestra en
la Fig. 12.

En la Fig. 13 se muestra un edificio 23 con un dispositivo de aprovechamiento energético de acuerdo con la invención. Como puede verse, el dispositivo hace tanto la función de dispositivo captador de energía solar como la función de barandilla, tanto en la azotea del edificio 23, como en la terraza del mismo. El dispositivo comprende una pluralidad de paneles solares 1, con las correspondientes primeras, segundas y terceras traviesas. Asimismo puede observarse que el dispositivo tiene paneles solares 1 que están girados un ángulo recto los unos respecto de los otros. Así, si el edificio 23 tiene una fachada orientada hacia el sur, el dispositivo tendrá unos paneles solares 1 orientados hacia el sur y otros orientados hacia el este y/o el oeste.

Claims (11)

1. Dispositivo de aprovechamiento energético que comprende: [a] por lo menos un panel solar (1) que define una primera superficie (3) recolectora de radiación directa de energía solar, y [b] un armazón apto para soportar el panel solar (1) formando un ángulo mayor o igual de 70º con la horizontal, de manera que el armazón presenta una primera traviesa (5) superior y el panel presenta un borde superior y un borde inferior, caracterizado porque el panel comprende una segunda superficie (17) recolectora de radiación directa de energía solar, paralela a la primera superficie (3) y opuesta a la primera superficie (3), de manera que la primera superficie (3) recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la primera superficie (3) respecto del panel y de manera que la segunda superficie (17) recoge la radiación directa de energía solar cuando el sol está en el mismo lado que la segunda superficie (17) respecto del panel.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho ángulo está comprendido entre 70º y 80º con la horizontal y, preferentemente es de 75º con la horizontal.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque tiene por lo menos un segundo panel que está girado, alrededor de un eje vertical, un ángulo no nulo respecto del primer panel

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el ángulo no nulo es un ángulo recto.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque tiene por lo menos una segunda traviesa (7) coplanaria con el panel, que tiene un extremo superior unido a la primera traviesa (5) y un extremo inferior con unos medios de fijación (11) aptos para fijar la segunda traviesa (7) en el
suelo.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la primera traviesa (5) superior es hueca y permite el paso de tubos (15) por su interior que transportan el líquido del panel.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el armazón tiene una tercera traviesa (9), dispuesta en la zona inferior del armazón, que es hueca y que permite el paso de tubos (15) por su interior que transportan el líquido del panel.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la segunda traviesa (7) tiene unos medios de sujeción (19) que permiten la sujeción de dos paneles simultáneamente.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque la segunda traviesa (7) es hueca y permite el paso de tubos (15) por su interior que transportan el líquido del panel.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el panel tiene unos medios basculantes (21) aptos para hacerlo girar según un eje horizontal.

11. Uso de un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 como barandilla.