ES2376871A1 - Sistema integrado de limpieza de captadores solares. - Google Patents

Abstract

Sistema integrado de limpieza de captadores solares.El sistema está basado en el método de limpieza por contacto y con desplazamiento. Consta de dos carros, el carro de limpieza (4), que se desplaza a través del eje vertical de los captadores y su función es la de limpiar, secar y eliminar cualquier objeto depositado; consta de un cepillo axial rotativo y modular y agua a presión en el eje del cepillo y en unos aspersores en la parte delantera. Para secar utiliza un labio de goma.El segundo carro, el carro de desplazamiento (7), desplaza a través del eje horizontal al carro de limpieza (4) para que pueda cambiar de columna de captadores a limpiar, consta de una estructura a la que se fijan los ejes con las ruedas, el tambor (3) que enrolla las vías de alimentación, la base donde se acopla el carro de limpieza y el resto de componentes que se fijan a ella.

Description

Sistema integrado de limpieza de captadores solares.

La presente invención se refiere a un sistema automático integrado en la instalación de captación solar que se encarga de limpiar y secar los captadores por desplazamiento. Otra función que puede desarrollar es la de quita nieves, debido a su geometría y configuración. Con este sistema se consigue un notable aumento de rendimiento en la instalación a lo largo de su vida útil.

Estado de la técnica

Actualmente, en el campo del mantenimiento en las energías renovables existen pocos procesos automatizados, la mayoría de ellos son manuales y con un bajo aprovechamiento energético y de recursos.

El caso de la energía solar es, quizás, donde el mantenimiento tiene una mayor repercusión en el rendimiento anual de la instalación.

Dentro de los procesos de mantenimiento, la presente invención, se centra en el campo de la limpieza y eliminación de cualquier objeto depositado sobre la superficie de captación. Esta forma de mantenimiento está regulada dentro del Código Técnico de la Edificación (CTE), donde se menciona que es necesaria la limpieza de captadores con regularidad pero no específica período alguno.

En la actualidad existe algún sistema de limpieza estático y fijo de aspersión de agua, que basan su funcionamiento en la colocación de puntos de emisión de agua a presión entre captadores, con lo que eliminan parte de la suciedad.

Otro método para limpiar captadores es la limpieza manual, existen empresas que ofrecen mantenimiento periódico con cepillos y pértigas manipuladas por sus operarios.

Los sistemas fijos tienen la desventaja de no secar los captadores, con lo que quedan impurezas, producidas por la cal contenida en el agua y gotas donde se pega la suciedad. No pueden eliminar elementos depositados en la superficie de captación, como nieve, granizo, hojas... tampoco eliminan la totalidad de la suciedad al no tener un elemento de limpieza por contacto.

El método de limpieza manual tiene una frecuencia periódica baja, que puede o no ajustarse a las inclemencias meteorológicas, como lluvias de barro, o a la deposición de suciedad.

Con la presente invención se desarrolla un sistema de limpieza completo, fiable, de frecuencia continuada y que se adapta a cualquier tipo de instalación solar, fotovoltaica o térmica.

Descripción de la invención

El sistema integrado de limpieza de captadores solares es adaptable a cualquier instalación en la que los captadores estén agrupados formando planos; es decir, que los paneles estén alineados vertical y horizontalmente unos con otros. El sistema consta de dos carros, uno es el encargado de limpiar y secar las placas, carro de limpieza (4) se desplaza verticalmente, el otro es el encargado de trasladar al carro de limpieza a través del eje horizontal, carro de transporte (7).

El método de limpieza es por contacto y ayudado de agua a presión. El carro de limpieza (4) consta de unos aspersores que inyectan agua a presión (13) con un ángulo de incidencia menor a la vertical, con ello se consigue la fragmentación y el arrastre de la suciedad. También consta de un cepillo (17) axial al eje del carro con unos orificios radiales de salida de agua, cubre el ancho del captador y está compuesto de cerdas blandas y suaves para no dañar la superficie del panel, con él se consigue la eliminación de la suciedad más incrustada. Por último está el labio de goma (11) que cubre también el ancho total del captador y elimina los restos de suciedad y las gotas de agua, obteniendo así el resultado de un captador limpio y seco.

El funcionamiento es sencillo, mediante la gestión electrónica, el sensor lumínico de suciedad, o el pulsador manual, o el temporizador dan una señal de comienzo, el sistema entra en funcionamiento activando la bomba de agua (8) y el motor reductor (19) del carro de limpieza (4) que comienza a desplazarse por la vertical de los captadores hasta llegar al último, donde se ubica un sensor final de carrera o proximidad que da la señal para invertir el movimiento y regresa al punto de partida donde, el carro transporte, lo desplazará a través del eje horizontal hasta llegar a la siguiente columna de captadores a limpiar, en al que hay otro sensor final de carrera o proximidad que da la orden de parada para que se vuelva a repetir el ciclo y así sucesivamente hasta la última columna, quedando entonces todo el plano de paneles de la instalación limpio y seco. Si el plano de captadores es muy extenso en superficie, se puede sectorizar, por lo que el sistema solamente actuaría en aquellos sectores en los que sus sensores (manuales o automáticos) le indicasen una mayor concentración de suciedad acumulada. Con esta opción de sectorizar se ahorran recursos, principalmente.

La adaptación del sistema a la instalación requiere la colocación de guías horizontales (5) para el desplazamiento del carro de transporte (7), y dependiendo de la instalación el carro vertical de limpieza puede o no necesitar la implantación de guías entre captadores (2). Tanto el carro de transporte (7) como el vertical de limpieza se desplazan mediante ruedas de goma (10) movidas por motores reductores de corriente continua.

La alimentación del carro de limpieza (4) se realiza mediante un vial único (20) por el que circula el cable eléctrico y la manguera de agua, cuando están en reposo se encuentran enrollados en un tambor (3) ubicado en el carro transversal.

El carro de limpieza (4) está cubierto por una carcasa exterior (15) que lo aísla de las inclemencias meteorológicas y protege el motor reductor (19) y las trasmisiones. Debido a la forma geométrica (12) de la carcasa exterior (15), puede utilizarse este carro como sistema quita nieves en los captadores, que por su situación geográfica, sea necesario.

Como variantes u opciones de cambio en el diseño puede estar la modificación de la posición del cepillo, de uno axial a varios en posición radial al eje, consiguiendo así mayor superficie de contacto pero con un gasto extra de energía; o el cambio del material del cepillo, pudiendo ser de esponja o micro fibras. Otra variante es la de introducir acumuladores (depósito de agua y batería eléctrica) en el carro de limpieza (4), consiguiendo que sea autónomo y sin viales de entrada; para ello sería necesario la colocación de guías metálicas y un sistema de tracción con ayuda de imanes de neodimio y en consecuencia aumentar la potencia del motor reductor.

Por último, el cepillo (17) es modular y la carcasa exterior (15) es variable en longitud, todo ello para poder adaptar el carro de limpieza (4) al ancho del captador.

Descripción de los dibujos

Para comprender mejor lo que se describe en esta memoria, se adjuntan unos planos de la variante para seguidor solar sin acumuladores y con sistema de guiado vertical.

En los planos mencionados la figura 1 es una vista en alzado de una instalación de cuatro captadores con el sistema integrado de limpieza, en reposo, en la parte superior izquierda, la figura 2 es la vista de perfil de la misma instalación, la figura 3 es una vista de perfil detallada del carro de limpieza (4). La figura 4 es una imagen del modelado en 3D del sistema en reposo y la figura 5 es una imagen del modelado en 3D del sistema en funcionamiento.

Descripción de una realización preferida

El sistema integrado de limpieza de captadores solares consta de dos partes, el carro de limpieza vertical (4) y el carro de transporte horizontal (7).

Para la fabricación de la estructura interna del carro de limpieza (4) se utilizará un material polimérico resistente y de larga durabilidad, pudiendo estar conformado mediante inyección o mecanizado. Dicha estructura esta formada por dos laterales, que soportan los apoyos del eje del cepillo (23) y el eje secundario (22), y un travesero que le aporta rigidez a la torsión. Los ejes están fabricados en aluminio o acero en perfil tubular, son cuatro para alojar las ruedas (21) con sus cojinetes y poleas, uno para el cepillo (23) y otro, el llamado secundario (22), para transmitir el par del motor reductor (19) al resto de los elementos. El cepillo (17) dinámico rotativo axial es modular para poder ser adaptado al ancho del captador y con orificios radiales en su núcleo para distribuir el agua que circula por el interior del eje (23). La instalación de agua está conformada con racores de aire comprimido (14) y tuberías de poliamida, el vial de alimentación es de diámetro 8 mm y se bifurca en dos vías de diámetro 6 mm, una para los aspersores o nozzles (13) y otra para el eje del cepillo (23), se une a este mediante un racor giratorio. La instalación eléctrica, está alimentada por el vial principal (20) que suministra energía al motor reductor de corriente continua que a su vez suministra par al eje secundario y este a las ruedas y al cepillo (17), mediante correas, engranajes (18) y cadenas. El secado del captador se realiza mediante un labio de goma (11) similar al utilizado en las escobillas de los limpiaparabrisas de automóviles, que cubre la totalidad del ancho de este y en la carrera de ascenso. El desplazamiento se realiza, mediante ruedas (10) de núcleo plástico y de cubierta de caucho para obtener una mejor tracción, estas ruedan a través de guías (2) entre los captadores o por encima de ellos, según la instalación. La carcasa exterior (15) cubre todo el carro de limpieza (4) y está fabricada por el método de inyección de plástico y se atornilla a los laterales estructurales, otra carcasa es la interior (16) que recubre el cepillo evitando salpicaduras al resto de los componentes, la fabricación es similar a la carcasa exterior.

La segunda parte del sistema es el carro de transporte (7), su estructura está formada por dos largueros de acero en sección tubular a los que se alojan dos traveseros superiores y dos inferiores; los inferiores son los apoyos de los ejes de rodadura y del motor reductor (6) que lo desplaza; los superiores son el soporte de la carcasa de anclaje (9) del carro de limpieza (4), de la centralita electrónica, de la electro-válvula, de la electro-bomba (8) y del tambor con su motor reductor. Estos traveseros son de material polimérico estilo polietileno conformado por inyección o mecanizado. La instalación de agua está formada por una vía de entrada externa que suministra al sistema, esta pasa por la electro-válvula y a continuación por la electro-bomba (8) de corriente continua que le suministra presión, a continuación entra en el tambor para ser enrollado formando el vial principal (20). El tambor (3) de enrollamiento es de material plástico resistente, apoyado en unos soportes donde se aloja el motor reductor que le da movimiento mediante una transmisión por cadena. La carcasa de anclaje (9) sirve de alojamiento al carro de limpieza (4) para desplazarlo hacia la siguiente columna de captadores, su fabricación es similar al resto de carcasas. El sistema de guiado (5) es similar al utilizado en el desplazamiento vertical del carro de limpieza, utilizando las mismas ruedas y cojinetes pero con guías metálicas en sección tipo C en vez de sección tipo U.

Beneficios que aporta la invención

El sistema integrado de limpieza de captadores solares, una vez instalado en el plano de limpieza, elimina gran parte del mantenimiento de los captadores ya que su puesta en marcha y todo su funcionamiento son automáticos.

Según un estudio elaborado por el Instituto Técnico Español de Limpiezas (ITEL) cifra el aumento de rendimiento, limpiando los captadores periódicamente, entre un 7% y un 17% anual, variando estos porcentajes según la zona y la contaminación existente.

Con el sistema integrado de limpieza de captadores solares se prevé un rendimiento ligeramente superior, puesto que la limpieza no es periódica sino continuada y con secado simultáneo.

Otra ventaja destacable es el ahorro energético que se consigue con la invención, el gasto de agua es reducido, un ejemplo, con aproximadamente 400 litros de agua (equivalente a dos bañeras domésticas) se pueden llegar a limpiar 800 m^{2} de captadores, cuando con limpieza manual el consumo se puede multiplicar por 3 o por 4. Como opción para zonas desérticas se incorpora en el carro de transporte (7) unos pequeños filtros de depurado para reutilizar el agua, siendo así el consumo casi nulo.

Claims (6)

1. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, fijo en cada plano de placas, limpia y seca mediante el desplazamiento de un carro (4) a través del eje vertical y se transporta en horizontal a través de otro carro (7). El carro de limpieza vertical (4) contiene un sistema de aspersión de agua (13), un elemento de limpieza por contacto, cepillo (17), ya sea dinámico o estático, radial o axial al eje longitudinal, también contiene un labio de goma (11) que ejerce la función de secado y eliminación de los pequeños restos de suciedad que queden en el captador. Su funcionamiento es totalmente automático, con una señal para su puesta en marcha, ya sea manual o automática y sensores de proximidad o final de carrera para la gestión, mediante centralita, de los motores reductores, la electro-bomba de agua y la electro-válvula reguladora de caudal de agua.

2. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, según la reivindicación 1, caracterizado por utilizar agua a presión, para la limpieza de los captadores, pudiendo estar mezclada con aditivos o detergentes que potencien su efecto y disminuyan su consumo.

3. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, según la reivindicación 1, caracterizado por tener la opción de generar la señal de comienzo de limpieza mediante un sensor óptico de suciedad o temporizador, quedando el proceso totalmente automatizado. El carro de limpieza (4) se desplaza en vertical, con una carrera de descenso y otra de ascenso siguiendo las columnas de captadores, el carro de transporte (7) lo desplaza en horizontal a la siguiente columna de captadores. El plano de captadores se puede sectorizar, así el sistema actúa en las zonas en que sea necesario, optimizando los recursos.

4. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, según la reivindicación 1, caracterizado por la geometría de la carcasa exterior (12) del carro de limpieza (4) que le permite eliminar la nieve, granizo o cualquier objeto depositado en los captadores.

5. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, según la reivindicación 1, caracterizado por un elemento de limpieza por contacto modular adaptable al ancho del captador.

6. Sistema integrado de limpieza de captadores solares, según la reivindicación 1, caracterizado por tener un tambor (3) donde se enrolla la vía común (20) de entrada de agua y electricidad con una cubierta resistente a la tracción que permite traducir el par del motor reductor del tambor en fuerza de elevación del carro de limpieza vertical (4).