ES2606049T3 - Método para operar una planta térmica solar - Google Patents
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Abstract
Método para operar una planta térmica solar en el cual el medio portador de calor que va a calentarse es transportado por medio de una bomba (5) en un circuito entre un dispositivo de depósito (6) y al menos un colector solar (1) a través de un conducto de suministro y de retorno (16, 17), en el cual el conducto de suministro y el de retorno (16, 17) pueden conectarse por medio de una válvula de conmutación (8) y un conducto de bypass (18), con un primer sensor de temperatura (9) dispuesto entre el colector solar (1) y el depósito (6) en el conducto de suministro (16) corriente abajo del colector solar (1) y un segundo sensor de temperatura (10) en el conducto de retorno (17) con los siguientes pasos procedimentales: - antes de arrancar la bomba (5), la válvula de conmutación (8) se conecta de tal manera que el medio portador de calor fluye a través del conducto de suministro (16), el conducto de bypass (18) y el conducto de retorno (17) hacia el colector solar (1 ), - luego la bomba arranca, - se registra la temperatura T1 medida por medio del primer sensor de temperatura (9), - si la temperatura T1 medida excede un valor de temperatura predefinido TL, entonces la válvula de conmutación (8) se cambia de tal manera que el medio portador de calor fluye desde el colector solar (1) hacia el depósito (6) en lugar de a través del conducto de bypass (18), - se registra una temperatura T2 medida por medio del segundo sensor de temperatura (10), - se produce la diferencia ΔT de los valores de temperatura registrados T1 y T2, - si la diferencia de temperatura ΔT es más pequeña que un valor predeterminado ΔTStop, la bomba (5) se apaga, caracterizado porque después de un tiempo establecido t1 se registra la temperatura T2 medida.
Description
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DESCRIPCION
Metodo para operar una planta termica solar
La invencion se refiere a un metodo para operar una planta termica solar.
Un metodo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 es conocido del documento FR2496847.
Una planta termica solar se compone basicamente de colectores solares, que atrapan la energfa solar y emiten a un medio portador de calor (por ejemplo agua-glicol, agua-etanol o agua), de uno o mas depositos y de un circuito cerrado que transporta el calor absorbido en el colector solar hacia el deposito, de una regulacion que transporta el calor absorbido en el colector solar hacia el deposito, de una regulacion que controla la circulacion del medio portador de calor (salmuera), en caso de diferencias de temperatura correspondientes desde el colector solar hacia el deposito. La salmuera se calienta por radiacion solar en el colector solar y luego se introduce al deposito a traves del circuito de salmuera. A continuacion, el calor solar puede utilizarse, por ejemplo para suministro de agua caliente, apoyo de calefaccion o calentamiento de piscinas.
Por lo general es suficiente un simple regulador de diferencia de temperaturas para la regulacion de una pequena planta termica-solar para suministro de agua caliente. El regulador, por medio de dos sensores de temperatura, comprueba cuando la temperatura a la entrada del colector es mas alta que la temperatura medida en el deposito a la altura del intercambiador de calor del circuito solar y a continuacion pone en marcha la bomba de recirculacion del circuito solar. Los reguladores solares habitualmente se ajustan de tal manera que para el inicio de la bomba se garantiza una diferencia de temperaturas de aproximadamente 5 — 8 K entre el colector solar y el deposito. Si esta desciende habitualmente hasta 2 a 3 K, la bomba de recirculacion se pone nuevamente fuera de servicio mediante el regulador solar. A pesar de este ajuste del regulador solar pueden surgir problemas al iniciar la planta, en cuyo caso la planta no arranca en absoluto o se apaga demasiado temprano. De este modo, despues del arranque de la bomba llega lfquido frio al colector solar que fluye por este y sale de este nuevamente caliente. Por consiguiente, la temperatura en el colector desciende de nuevo rapidamente. Debido a la diferencia de temperaturas ahora presente, de acuerdo con el estado de la tecnica puede producirse el apagado de la bomba. Si la bomba sigue corriendo, la temperatura vuelve a incrementarse puesto que el lfquido caliente que permaneda en el colector solar al iniciar la bomba vuelve a fluir por el colector solar despues de haber fluido por el deposito. Solo despues de algunas recirculaciones se establece un estado casi estacionario.
Otro problema en las plantas termicas solares convencionales consiste en que los componentes hidraulicos y reguladores no estan dispuestos en una unidad de construccion y por lo tanto es posible solo parcialmente un cableado previo de la planta para aligerar la instalacion.
Del documento FR 2496847 se conoce una planta termica-solar con un circuito en el cual se encuentra un colector solar y un deposito. Una valvula de conmutacion en este circuito permite no pasar por el deposito. La conmutacion se efectua por medio de los valores de medicion de dos sensores de temperatura en el conducto de suministro y en el conducto de retorno.
El objetivo fundamental de la invencion es proporcionar un metodo, mejorado frente al estado de la tecnica, para proporcionar una planta termica-solar por lo cual se simplifica la instalacion de la planta termica solar y se optimiza la operacion.
De acuerdo con la invencion esto se logra segun las caractensticas de la reivindicacion 1 con un metodo para operar una planta termica solar en el cual el medio portador de calor que va a calentarse es transportado por medio de una bomba en un circuito entre un dispositivo de almacenamiento y al menos un colector solar a traves de un conducto de suministro y de un conducto de retorno, en cuyo caso el conducto de suministro y el de retorno pueden conectarse por medio de una valvula de conmutacion y un conducto de bypass, con un primer sensor de temperatura dispuesto entre el colector solar y el deposito en el conducto de suministro, corriente abajo del colector solar asf como un segundo sensor de temperatura en el conducto de retorno con los siguientes pasos procedimentales:
- despues de iniciar la bomba, la valvula de conmutacion se conecta de tal manera que el medio portador de calor fluye a traves del conducto de suministro, el conducto de bypass y el conducto de retorno hacia el colector solar,
- se registra la temperatura Ti medida por medio del primer sensor de temperatura,
- si la temperatura Ti medida excede un valor predefinido de temperatura Tl, la valvula de conmutacion se conecta de tal manera que el medio portador de calor fluye del colector solar al deposito en lugar de pasar por el conducto de bypass,
- luego, despues de un tiempo ti predeterminado, se registra una temperatura T2 que es medida por medio del segundo sensor de temperatura,
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- se produce la diferencia AT de los valores registrados de temperatura T1 y T2,
- si la diferencia de temperaturas AT es menor que un valor predeterminado ATStop, la bomba se apaga.
Para este proposito se estructura una estacion solar para conectar al menos un colector solar y un deposito de tal modo que contienen en una sola unidad de construccion una regulacion y conductos de suministro y de retorno, y en cada uno de los conductos se encuentran dispuestos sensores de temperatura y una bomba en uno de los conductos.
En la planta termica solar los componentes hidraulicos individuales, los activadores, los sensores y los reguladores se encuentran juntos localmente en una estacion solar, de modo que es posible un cableado previo de la estacion solar franco en fabrica. De esta manera, el tiempo de instalacion se reduce en gran medida a la conexion hidraulica del colector solar y del deposito de agua caliente y se impiden errores eventuales durante la instalacion. Ademas, se simplifican el mantenimiento y la reparacion de la planta.
La instalacion electrica e hidraulica simplificada de la planta es particularmente ventajosa gracias a la disposicion del sensor del colector en la estacion solar. Esto resulta de la posicion del sensor del colector antes de la planta termica solar, por lo cual durante la instalacion un eventual intercambio del conducto de suministro y de retorno hacia y desde el colector no tiene efecto en los sensores de temperatura. El sensor de temperatura siempre esta dispuesto antes de la estacion solar y un lfquido que primero fluye a traves del colector, es decir que se calienta previamente, siempre fluye a traves de la estacion solar. De esta manera se excluye un efecto sobre el comportamiento de la regulacion por conductos de suministro y de retorno intercambiados.
Por el contrario, en una planta solar segun el estado de la tecnica, el intercambio de los conductos de suministro y de retorno conduce a problemas considerables. Primero el sensor del colector registra un caldeamiento en el colector debido a la radiacion solar y la bomba arranca. Debido a los conductos intercambiados de suministro y de retorno un medio portador de calor que esta fno llega directamente del caudal de retorno al sensor del colector sin antes haber fluido por el campo de los colectores y sin haber sido calentado en ese caso. La planta se apaga debido a una diferencia demasiado pequena entre la temperatura de avance y de retorno.
Con la instalacion del sensor de temperatura segun la invencion se impide un comportamiento de este tipo.
Con el metodo de la invencion se impiden inicios de la planta que no conducen a continuacion a una marcha larga de la bomba y de esta manera siempre a un enfriamiento del deposito.
La instalacion y, con esta, el nivel de errores de la planta se localizan por una parte mediante una interfaz de usuario con muy pocas opciones de ajuste necesarias, y por otra parte mediante una reduccion de los componentes electricos e hidraulicos que van a instalarse.
Ademas, el registro de temperatura del suministro y del retorno del circuito solar en el sistema puede efectuarse tan cerca, como es posible, de los depositos solares que van a cargarse de modo que pueda garantizarse un almacenamiento eficiente de energfa en el deposito solar.
Otras configuraciones ventajosas de la invencion resultan de las caractensticas de las reivindicaciones dependientes y de la descripcion. Ahora la invencion se explica con mayor detalle por medio de las figuras.
La figura 1 muestra una planta termica solar segun el estado de la tecnica,
La figura 2 muestra una planta termica solar segun un primer ejemplo de realizacion,
La figura 3 muestra una planta termica solar segun un segundo ejemplo de realizacion,
La figura 4 muestra una planta termica solar segun un tercer ejemplo de realizacion y
La figura 5 muestra una planta termica solar segun un cuarto ejemplo de realizacion.
La figura 1 muestra una planta termica solar del estado de la tecnica que esta compuesta esencialmente de un colector solar 1, una estacion solar 2, un regulador 3, un recipiente de expansion 4, una bomba 5, un deposito 6 y un intercambiador de calor 7. En el deposito 6 se efectua la medicion de la temperatura T2 por medio de sensores de temperatura 10 o la medicion de la temperatura T1 en el colector solar 1 con ayuda del sensor de temperatura 9.
La planta termica solar representada en la figura 2 para la realizacion del metodo segun la invencion muestra una estacion solar 2, en la cual estan conectados un colector solar 1 y un dispositivo de deposito 6. La estacion solar 2 incluye en una sola unidad estructural un conducto de suministro 16 y un conducto de retorno 17. Entre el conducto de suministro 16 y el conducto de retorno 17 se encuentra un conducto de bypass 18. Una valvula de conmutacion 8 en el conducto de retorno 17 puede conmutarse de tal manera que el colector solar 1 se une con el conducto de bypass 18 o con el dispositivo de deposito 6. En el conducto de retorno 17 se encuentra ademas una bomba 5 y un sensor de temperatura 10. Antes se encuentra un sensor de temperatura 9. En principio, la valvula de conmutacion 8 y/o la bomba 5 tambien pueden encontrarse en el conducto de suministro 16.
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En una primera posicion de la valvula de conmutacion 8, el Uquido solar fluye por el deposito 6 y el colector solar 1 tal como en una planta habitual; en otra posicion, el lfquido pasa de largo evitando el deposito 6 por el conducto de bypass 18 y fluye solo por el colector solar 1, de modo que el lfquido solar es bombeado por medio de la bomba solamente a traves del colector solar 1 y no a traves del deposito 6. En este estado no tiene lugar la carga del deposito pero en esta fase es posible una medicion de temperature del colector en la estacion solar 2. De esta manera, se suprime el sensor del colector solar que es habitual en las plantas termicas solares convencionales para la medicion de temperatura en el colector solar.
Al arrancar la bomba 5, la valvula de conmutacion 8 se encuentra en la posicion en la cual el lfquido solar no se bombea a traves del deposito 6 sino a traves del conducto de bypass 18. Solamente despues de que la temperatura medida por medio del sensor de temperatura 9 exceda previamente una temperatura predeterminada Tl, la valvula de conmutacion 8 cambia a la carga del deposito. De esta manera no tiene lugar un enfriamiento innecesario en el deposito 6.
Despues de la conmutacion, despues de cierto lapso de tiempo, se mide la temperatura de retorno del deposito 6 en la estacion solar 2 registrando la temperatura medida por medio del sensor de temperatura 10. Puesto que el deposito 6 presenta una conducta de temperatura muy lenta, por medio de la temperatura de retorno que se mide en la estacion solar 2 puede implementarse la desconexion de la bomba 5. La desconexion de la bomba 5 depende por una parte de la diferencia entre la temperatura del colector T1 (avance) y la temperatura de deposito T2 (retorno) y por otra parte del valor absoluto de la temperatura medida.
Todos los valores establecidos previamente pueden optimizarse automaticamente en caso de una regulacion de autoaprendizaje incluso durante la operacion.
Un inicio de la bomba 5 se realiza con la estacion solar 2 segun la invencion a intervalos de tiempo predefinidos con el fin de poder medir la temperatura de suministro correspondiente en la estacion solar 2. En el caso de un inicio de este tipo, el lfquido solar fluye por el colector solar 1. Por medio de la regulacion 3 se verifica una posible subsiguiente carga de deposito. En este caso puede observarse un determinado penodo mmimo de la bomba 5 para que todo el sistema sea purgado durante un tiempo determinado.
En la figura 3 se representa una planta termica solar de acuerdo con otro ejemplo de realizacion, en la cual adicional a la planta termica solar de la figura 2 se realizan integradas diversas configuraciones por medio de un panel de control con monitores 19 en la estacion solar 2 y pueden indicarse.
La planta termica solar en la figura 4, ademas del panel de control con monitor 19, dispone de un sensor de presion 11, en cuyo caso ambos estan integrados a la estacion solar 2. Con el sensor de presion 11 puede efectuarse mediciones de presion para incrementar la seguridad de operacion.
De la figura 5 puede derivarse otro ejemplo de realizacion de la planta termica solar. Esta planta tiene solamente un sensor de temperatura 9, dispuesto en el conducto de suministro 16 corriente abajo del colector solar 1.
En las figuras 2-5 tambien se encuentra representado un recipiente de expansion 4 con una valvula de seguridad 14 la cual esta conectada con el conducto de suministro 16 o el conducto de retorno 17. Con esto se garantiza una conducta de presion estable del lfquido solar en la planta.
En el caso de un proceso de regulacion preferido de la planta termica solar se produce un primer circuito del colector solar 1 y de la estacion solar 2 asf como un segundo circuito del colector solar 1, de la estacion solar 2 y del deposito 6. En el caso del primer circuito se desconecta la bomba y la valvula de conmutacion 8 se conecta de tal manera que el medio portador de calor solo fluya a traves del colector solar 1. En el segundo circuito se enciende la bomba 5 y despues de alcanzar una determinada temperatura de suministro, la valvula de conmutacion 8 se reconecta de modo que el medio portador de calor tambien fluya a traves del deposito 6 y pueda efectuarse una carga del deposito. Despues de que la diferencia de temperatura producida entre la temperatura de suministro y de retorno ha excedido un valor determinado, la bomba 5 se desconecta. Despues de un tiempo definido despues de la desconexion de la bomba 5, la valvula de conmutacion 8 vuelve a conectarse de tal manera que el conducto de bypass 18 conecte el conducto de suministro 16 con el conducto de retorno 17 y la bomba 5 se enciende de nuevo.
Tambien es concebible en este punto una regulacion del numero de revoluciones de la bomba. Para este proposito diferentes valores de temperatura o modificaciones de la temperatura provocan diferentes numeros de revoluciones de la bomba. De esta manera puede tener lugar una regulacion del numero de revoluciones como complemento a la regulacion de la temperatura.
En otros ejemplos concebibles de realizacion, por ejemplo en el caso de plantas termicas solares con una conexion, por ejemplo a traves de un sistema bus electronico, con otras plantas de este tipo, la estacion solar funge como estacion principal, llamada "maestra". Igualmente la estacion solar de la invencion puede fungir como una estacion secundaria, llamada "esclava", si se emplean otros componentes de regulacion en el sistema entero.
Con la planta termica solar y el metodo puede almacenarse mas energfa en el deposito que en el caso de la regulacion por medio de una temperatura de deposito tal como es habitual en las plantas convencionales.
Listado de numeros de referencia
Colector solar (1)
Estacion solar (2)
Regulador (3)
5 Recipiente de expansion (4)
Bomba (5)
Deposito (6)
Intercambiador de calor (7)
Valvula de conmutacion (8)
10 Avance del sensor de temperature (9) Retorno del sensor de temperature (10) Sensor de presion (11)
Sensor de caudal (12)
Separador de microburbujas (13)
15 Valvula de seguridad (14)
Purgador (15)
Conducto de suministro (16)
Conducto de retorno (17)
Conducto de bypass (18)
20 Panel de control con monitor (19)
Claims (2)
- 101520REIVINDICACIONES1. Metodo para operar una planta termica solar en el cual el medio portador de calor que va a calentarse es transportado por medio de una bomba (5) en un circuito entre un dispositivo de deposito (6) y al menos un colector solar (1) a traves de un conducto de suministro y de retorno (16, 17), en el cual el conducto de suministro y el de retorno (16, 17) pueden conectarse por medio de una valvula de conmutacion (8) y un conducto de bypass (18), con un primer sensor de temperatura (9) dispuesto entre el colector solar (1) y el deposito (6) en el conducto de suministro (16) corriente abajo del colector solar (1) y un segundo sensor de temperatura (10) en el conducto de retorno (17) con los siguientes pasos procedimentales:- antes de arrancar la bomba (5), la valvula de conmutacion (8) se conecta de tal manera que el medio portador de calor fluye a traves del conducto de suministro (16), el conducto de bypass (18) y el conducto de retorno (17) hacia el colector solar (1 ),- luego la bomba arranca,- se registra la temperatura T1 medida por medio del primer sensor de temperatura (9),- si la temperatura T1 medida excede un valor de temperatura predefinido Tl, entonces la valvula de conmutacion (8) se cambia de tal manera que el medio portador de calor fluye desde el colector solar (1) hacia el deposito (6) en lugar de a traves del conducto de bypass (18),- se registra una temperatura T2 medida por medio del segundo sensor de temperatura (10),- se produce la diferencia AT de los valores de temperatura registrados T1 y T2,- si la diferencia de temperatura AT es mas pequena que un valor predeterminado ATstop, la bomba (5) se apaga, caracterizado porque despues de un tiempo establecido ti se registra la temperatura T2 medida.
- 2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que inmediatamente o despues de un tiempo definido t2 despues de apagar la bomba (5), la valvula de conmutacion (8) se conecta de tal manera que el conducto de bypass (18) conecta el conducto de suministro (16) con el conducto de retorno (17) y se enciende nuevamente la bomba (5).
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2008
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