ES2874509T3 - Procedimiento de detección y de localización de un defecto en un campo solar térmico - Google Patents

Abstract

Procedimiento de detección y de localización de un defecto en un campo solar térmico (100) que incluye: - una canalización (120) por la que circula un fluido portador de calor, incluyendo la canalización una pluralidad de conducciones (121-125) en unión con un canal de alimentación (126) equipado con una bomba de alimentación (140) y un canal de salida (127) del fluido portador de calor equipado con un primer captador de temperatura (130), - un conjunto de captadores solares (110) configurados en filas (111-115), estando cada fila de captadores solares dispuesta para calentar el fluido portador de calor que circula por una de las conducciones, incluyendo dicho procedimiento las siguientes operaciones: - estancamiento (210) del fluido portador de calor en el interior de cada captador solar (110) durante una duración predeterminada, estando la bomba de alimentación (140) en parada, - al final de la duración predeterminada, puesta en marcha (230) de la bomba de alimentación (140) a un primer caudal, de modo que el fluido portador de calor en el interior de los captadores solares circula hasta el captador de temperatura (130), - registro (240), en forma de curvas, de las variaciones de temperatura del fluido portador de calor medidas por el captador de temperatura (130) y - análisis (250) de las curvas obtenidas por comparación de dichas curvas con una curva de referencia y determinación (260) de la existencia de un defecto y de su localización.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de detección y de localización de un defecto en un campo solar térmico

Ámbito técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para detectar un defecto en un campo solar térmico y localizar este defecto dentro de los captadores o filas de captadores de dicho campo solar. La invención se refiere, igualmente, a un campo solar térmico que implementa este procedimiento.

La invención encuentra unas aplicaciones en el ámbito de las centrales solares térmicas y, en concreto, de los campos solares utilizados en estas centrales. Encuentra, en particular, unas aplicaciones en el ámbito de los campos solares de grandes dimensiones utilizados para la producción de agua caliente de redes de calor o para la industria.

Estado de la técnica

Se conoce, en el ámbito de las centrales solares térmicas, que se utiliza un campo solar, como el representado en la figura 1, para calentar un fluido portador de calor. Este campo solar 100 incluye una canalización 120, por la que circula el fluido portador de calor y un conjunto de captadores solares 110 configurados en varias filas 111-115. La canalización 120 incluye una pluralidad de conducciones 121-125 en unión hidráulica con un canal de alimentación 126 equipado con una bomba de alimentación 140 y con un canal de salida del fluido portador de calor 127 equipado con un captador de temperatura 130. Cada fila 111-115 de captadores solares 110 está dispuesta para calentar el fluido portador de calor que circula por una de las conducciones 121-125.

Para una buena eficacia de funcionamiento de la central solar térmica, el campo solar, que puede presentar una superficie importante, debe ser lo más eficaz posible y presentar una ausencia o un mínimo de defecto. En efecto, cada defecto o anomalía, induce una pérdida directa de eficacia de la central solar. Por lo tanto, de ello resulta una necesidad de herramientas que permitan detectar y localizar un defecto en el campo solar para corregirlo con vistas a mejorar la eficacia de la central solar. Ahora bien, algunos defectos, como, por ejemplo, un defecto de equilibrado, un defecto de captación o un defecto de pérdidas térmicas, son difícilmente identificables en el campo solar. En particular:

> Los defectos de equilibrado, que corresponden a un mal equilibrio de circulación del fluido entre las diferentes filas de captadores solares, son difícilmente detectables y localizables. En efecto, en un campo solar sin defecto, el caudal del fluido es exactamente el mismo en todas las filas de captadores, si las filas tienen la misma longitud. Si una (o varias) fila está escasamente irrigada, el defecto de equilibrado puede causar un estancamiento parcial que corre el riesgo de degradar los captadores solares térmicos. Este defecto no es detectable, generalmente, más que una vez que los captadores solares están muy degradados y que conllevan una bajada general de la producción solar.

> Los defectos de captación de la energía solar, que corresponden a una disminución de la capacidad de captar el calor del sol para calentar el fluido (opacidad y/o degradación del absorbedor del captador solar), son detectables, generalmente, por una bajada de producción global del campo solar, si la extensión y la severidad son importantes. Cuando se detectan unos defectos de este tipo, la localización de los captadores solares afectados por estos defectos es difícil. Si el defecto es una opacidad, hay que efectuar una inspección visual detallada de todos los captadores solares para saber qué captadores solares tienen un acristalamiento más opaco de lo normal. Si el defecto es una degradación del absorbedor del captador solar, hay que efectuar una inspección visual del absorbedor de cada captador solar.

> Los defectos de pérdidas térmicas de los captadores solares (degradación del aislante, degradación de la cubierta), que corresponden a un aumento de las pérdidas térmicas, son detectables, generalmente, por una bajada de producción global del campo solar, si la extensión y la severidad son importantes. Cuando se detectan unos defectos de este tipo, la localización de los captadores solares afectados por estos defectos es difícil. Si el defecto es una degradación de la cubierta (película de teflón dañada, por ejemplo), hay que efectuar una inspección visual detallada para saber qué captadores solares tienen una cubierta degradada. Si el defecto es una degradación de aislante, no se puede observar más que inspeccionando el aislamiento de los captadores solares y las conducciones de la canalización.

Ahora bien, se comprende bien que detectar la presencia de defectos en un campo solar sin poder localizar estos defectos y, por lo tanto, repararlos, no tiene más que un interés restringido.

No obstante, se han descrito unas técnicas, por ejemplo, en los documentos CN107612503 e IN201811007323, para detectar y localizar unos defectos de paneles solares. Estas técnicas, que utilizan una cámara infrarroja montada sobre un robot o un dron, se derivan de las técnicas de detección de defectos en los sistemas fotovoltaicos. Ahora bien, la implementación de estas técnicas no necesita solamente unas herramientas específicas costosas (robot o dron), sino que, además, se hace compleja por el nivel elevado de las temperaturas de un campo solar térmico. La detección propuesta en este documento no permite, además, la detección de todos los defectos y, en concreto, de los defectos de equilibrado que no se pueden observar por cámara infrarroja

El documento US4010734 muestra un procedimiento de control en un campo solar térmico. El documento GB2546564 muestra la utilización de vehículos voladores no tripulados y equipados con cámaras térmicas para identificar la presencia de un defecto en el campo solar térmico. El documento US8180491 muestra la utilización de captadores específicos para detectar la presencia de un defecto, tales como unos captadores de temperatura o de fuga y esto, en cada panel.

Sumario de la invención

Para responder a los problemas mencionados más arriba de localización de los defectos en un campo solar, el solicitante propone un procedimiento que permite detectar y localizar estos defectos sin modificar el campo solar ni añadir un equipo costoso a la central solar térmica.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de detección y de localización de un defecto en un campo solar térmico que incluye:

- una canalización por la que circula un fluido portador de calor, incluyendo la canalización una pluralidad de conducciones en unión con un canal de alimentación equipado con una bomba de alimentación y un canal de salida del fluido portador de calor equipado con un primer captador de temperatura,

- un conjunto de captadores solares configurados en filas, estando cada fila de captadores solares dispuesta para calentar el fluido portador de calor que circula por una de las conducciones,

incluyendo dicho procedimiento las siguientes operaciones:

- estancamiento del fluido portador de calor en el interior de cada captador solar durante una duración predeterminada, estando la bomba de alimentación en parada,

- al final de la duración predeterminada, puesta en marcha de la bomba de alimentación a un primer caudal, de modo que el fluido portador de calor en el interior de los captadores solares circula hasta el captador de temperatura,

- registro, en forma de curvas, de las variaciones de las temperaturas del fluido portador de calor medidas por el captador de temperatura,

- análisis de las curvas obtenidas por comparación de dichas curvas con una curva de referencia y determinación de la existencia de un defecto y de su localización.

Este procedimiento presenta la ventaja de poderse implementar dentro de cualquier central solar térmica sin necesitar la añadidura de un equipo o instrumento cualquiera. Se puede implementar simplemente utilizando las propiedades intrínsecas del campo solar.

De forma ventajosa, la operación de estancamiento se inicia al inicio de un período de insolación y se extiende durante una duración de espera máxima en el transcurso de la que el fluido portador de calor se calienta en el interior del captador solar hasta una temperatura máxima, inferior a su temperatura de vaporización.

El procedimiento según la invención puede incluir una o varias de las siguientes características:

- la duración de espera máxima se determina en función de una temperatura inicial del fluido portador de calor, de la capacidad térmica del captador solar y de datos meteorológicos.

- la duración de espera máxima se determina calculando la energía Esoi necesaria para calentar el captador solar hasta una temperatura máxima, lo más cercana posible de su temperatura de vaporización, por medio de la ecuación: Esol = AT, donde Cc es la capacidad térmica de un captador solar, Ac es la superficie en total de AcVo

un captador solar, r|o es el rendimiento óptico de un captador solar y AT es la diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura inicial del fluido portador de calor al inicio de la duración de espera e integrando una curva de la radiación solar recibida por el captador solar para determinar el momento donde la totalidad de la energía Esoi se ha suministrado al captador solar.

- la duración de espera máxima se determina por lectura de un segundo captador de temperatura montado dentro de al menos uno de los captadores solares.

- la operación de estancamiento se inicia al final de un período de insolación y se extiende durante una duración predefinida de enfriamiento del fluido portador de calor en el interior del captador solar.

- la curva de referencia es una curva de las temperaturas tomadas durante una implementación anterior del procedimiento, en ausencia de defecto.

- la curva de referencia es una curva modelizada por cálculos en función de parámetros intrínsecos del campo solar térmico.

- el inicio de la operación de estancamiento se determina en función de datos meteorológicos.

- Incluye, después de determinación del defecto y de su localización, una operación de aumento del caudal de la bomba de alimentación.

Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un campo solar térmico, caracterizado por que implementa el procedimiento de detección y de localización de un defecto dentro de dicho campo solar, tal como se ha definido más arriba.

De forma ventajosa, el campo solar incluye al menos un segundo captador de temperatura montado dentro de un captador solar.

Breve descripción de las figuras

Otras ventajas y características de la invención aparecerán a la lectura de la descripción, ilustrada por las figuras en las que:

La figura 1, ya descrita, representa una vista esquemática de un campo solar de una central solar térmica;

La figura 2 representa un diagrama funcional del procedimiento de la invención;

La figura 3 representa unos ejemplos de curvas de temperaturas tomadas a la salida del campo solar por un captador de temperatura;

Las figuras 4A, 4B y 4C representan, respectivamente, una curva de temperatura de referencia, una curva de temperatura en presencia de un primer defecto y una curva de temperatura en presencia de un segundo defecto, estando estas curvas tomadas a la salida de un mismo campo solar;

Las figuras 5A y 5B representan cada una un conjunto de curvas tomadas a la salida de un campo solar, correspondiendo cada curva de la figura 5A a un primer defecto, correspondiendo cada curva de la figura 5B a un segundo defecto;

Las figuras 6A, 6B, 6C y 6D representan, para un mismo ejemplo de campo solar, una tabla de parámetros del campo solar, unas curvas de insolación y de temperatura ambiente y unas curvas de temperaturas tomadas a la salida del campo solar.

Descripción detallada de al menos un modo de realización

Un ejemplo de realización de un procedimiento de detección y de localización de defectos de un campo solar térmico se describe en detalle a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos. Este ejemplo ilustra las características y ventajas de la invención. No obstante, se recuerda que la invención no se limita a este ejemplo.

En las figuras, los elementos idénticos se identifican por unas referencias idénticas. Por unas cuestiones de legibilidad de las figuras, no se respetan las escalas de tamaño entre elementos representados.

La figura 2 representa un ejemplo de diagrama funcional del procedimiento de detección y de localización de los defectos de un campo solar térmico, tal como se representa en la figura 1. Como se ha indicado anteriormente, el campo solar 100 de la figura 1 incluye una canalización 120 formada por una pluralidad de conducciones 121 -125 en unión hidráulica, por una parte, con un canal de alimentación 126 equipado con una bomba de caudal variable 140 y, por otra parte, con un canal de salida del fluido portador de calor 127 equipado con un captador de temperatura 130. El fluido portador de calor - llamado en lo sucesivo simplemente fluido - puede ser, por ejemplo, agua o agua con la adición de glicol. El campo solar 100 incluye, además, un conjunto de captadores solares 110 conectados hidráulicamente unos a los otros. Los captadores solares 110 están organizados para formar unas filas de captadores 111-115, estando los captadores de una misma fila 111-115 conectados entre sí por una conducción, respectivamente, 121-125. La bomba de caudal variable 140, también llamada bomba de alimentación, asegura la circulación del fluido por las conducciones 121-125 de la canalización 120. El captador de temperatura 130 asegura la medición y el registro de la temperatura del fluido a la salida del conjunto de las filas de captadores solares.

El procedimiento 200 de la invención permite detectar y localizar, al menos fila por fila, uno o unos captadores solares que presentan unos defectos como, por ejemplo, los defectos de equilibrado, los defectos de captación y los defectos de pérdidas térmicas. El procedimiento, tal como se representa esquemáticamente en la figura 2, se implementa durante un inicio o un final de insolación, como, por ejemplo, al amanecer, después de un episodio de nubes o al anochecer. Este procedimiento se puede implementar de forma regular, por ejemplo, cada 24 horas, cada semana o cada mes, con el fin de identificar los captadores solares defectuosos para repararlos y mantener una producción solar óptima.

Este procedimiento 200 propone regular el funcionamiento de la bomba de alimentación de fluido para generar unos intervalos de temperaturas al nivel del campo solar, luego para analizar la señal producida. Para esto, el procedimiento 200 incluye una operación de estancamiento 210 del fluido portador de calor en el interior de cada captador solar durante una duración predeterminada. Esta operación 210 se efectúa, durante una duración predeterminada, cuando la bomba de alimentación de fluido está en parada. Para esto, la operación de estancamiento se realiza preferentemente antes o después de que se ponga en funcionamiento la bomba de alimentación. Por lo tanto, la operación de estancamiento 210 se puede realizar, por ejemplo, al inicio de jornada, en particular, al amanecer o después de un episodio de nubes, en concreto, cuando los datos meteorológicos prevén un tiempo cubierto durante una parte de la jornada o también al final de jornada, por ejemplo, al anochecer. Esta operación de estancamiento 210 consiste en dejar que el fluido se estanque en el interior de los captadores solares 110, cuando el fluido no circula por la canalización, con el fin de que dicho fluido en el interior de los captadores solares 110 se caliente (cuando el procedimiento se implementa al inicio de jornada) o que se enfríe (cuando el procedimiento se implementa al final de tarde o por la noche).

Al final de la duración predeterminada, representada por la etapa 220 en la figura 2, la bomba de alimentación de fluido 140 se pone en marcha, de modo que el fluido en el interior de los captadores solares 110 circula hasta el captador de temperatura 130 a la salida del campo solar 100. A la puesta en marcha de la bomba 140 (etapa 230), el caudal del fluido se elige, de modo que sea relativamente escaso con respecto al caudal de la bomba cuando la central solar está en funcionamiento normal. Un caudal escaso es un caudal del orden de un veinte por ciento de un caudal nominal. En un ejemplo de este tipo, un caudal escaso puede ser del orden de 0,2 m/s, que es un caudal adaptado para que el fluido presente en diferentes filas separadas por una distancia típica de 5 m alcance el captador de temperatura 130 con una demora de aproximadamente 25 segundos entre cada fila de captadores 111-115. Este caudal escaso corresponde a un 20 % del caudal nominal típico en este tipo de instalación, que es de aproximadamente 1 m/s. Corresponde, igualmente, al régimen mínimo al que, en general, se puede hacer funcionar una bomba de circulación. De este modo, el fluido contenido inicialmente en los captadores solares 110 de una fila de captadores (por ejemplo, la fila 111) se desplaza a través de la conducción (por ejemplo, la conducción 121) hacia el canal de salida 127 y, en concreto, hacia el captador de temperatura 130 y se mezcla, en cada unión de conducciones, con el fluido que proviene de las otras filas de captadores.

A medida que se produce el progreso del fluido por el canal de salida 127, el captador de temperatura 130 mide y registra, en la etapa 240, las variaciones de temperatura del fluido que circula en sus proximidades. La evolución de la temperatura del fluido que proviene de los captadores solares 110 se registra, de este modo, en forma de curvas que se analizarán en la etapa 250. En efecto, en las proximidades del captador de temperatura 130, las diferencias de temperaturas en el campo solar 100 se manifiestan por unos picos de temperaturas cuyas características dependen de la presencia o no de defectos y de su localización.

En la figura 3 se representa un ejemplo de curvas de temperaturas tomadas a la salida de campo solar por el captador de temperatura 130. En este ejemplo, la operación de estancamiento se realiza al inicio de período de insolación, de modo que el fluido se calienta en el interior de los captadores solares 110, pero permanece frío en la canalización y, en concreto, en las conducciones y en las proximidades del captador de temperatura 130. Las curvas de la figura 3 representan la temperatura (en ordenadas) en función de un tiempo (en abscisas) calculado respecto al momento de nueva puesta en marcha de la bomba. Las curvas C1, C2 y C3 de la figura 3 representan, de este modo, las variaciones de temperatura observadas al nivel del captador de temperatura 130, después de la operación de estancamiento, cuando el fluido comienza a circular. Más precisamente, las curvas C1, C2 y C3 representan las variaciones de temperaturas para un fluido que alcanza, respectivamente 105 °C, 87 °C y 67 °C, en el interior de los captadores.

Estas curvas C1, C2 y C3 muestran, por una parte, que la temperatura del fluido aumenta por picos a medida que se produce la circulación del fluido calentado en cada fila de captadores y, por otra parte, que la temperatura máxima se observa al nivel del captador de temperatura cuando el fluido de todo el campo de captadores ha circulado hasta el captador de temperatura. Dicho de otro modo, el tiempo de aparición de los diferentes picos corresponde al tiempo de recorrido del fluido que se ha calentado en las diferentes filas de captadores durante el período de parada de la bomba. En ausencia de defecto, este tiempo corresponde a la distancia de la fila dividida por la velocidad del fluido. Las curvas C1, C2 y C3 muestran, igualmente, que la temperatura del fluido vuelve a descender hacia una temperatura de funcionamiento a medida que se establece el funcionamiento nominal, durante el que el tiempo de estancia del fluido en el captador permite alcanzar la temperatura nominal de funcionamiento. .

Después del registro de las variaciones de temperaturas del fluido, el procedimiento 200 incluye una operación 250 de análisis de las curvas relativas a estas variaciones de temperaturas. En efecto, la forma de la señal obtenida al nivel del captador de temperatura 130, a la salida de campo solar, resulta del promedio de señales elementales al nivel de cada fila de captadores solares, que, ellas mismas, se derivan de las señales obtenidas al nivel de cada captador solar. En presencia de un defecto, estas señales presentan unas particularidades que pueden analizarse. El análisis 250 del procedimiento de la invención propone comparar las curvas registradas con una curva de referencia. Esta curva de referencia puede ser una curva de las temperaturas tomadas durante una implementación anterior del procedimiento, en el transcurso de la que se supone que no está presente ningún defecto, por ejemplo, en la puesta en servicio de la instalación. Como variante, la curva de referencia puede ser una curva modelizada por cálculo en función de los parámetros intrínsecos del campo solar térmico que son unos parámetros suministrados por el fabricante del campo solar, como los del ejemplo presentado en la tabla de la figura 6A.

Este análisis de las curvas consiste:

- en identificar, sobre la curva de referencia, los diferentes picos de temperaturas, sus amplitudes y el tiempo transcurrido entre la nueva puesta en marcha de la bomba y cada pico, luego

- en detectar, sobre las curvas registradas en la etapa 240, los diferentes picos y el tiempo transcurrido entre la nueva puesta en marcha de la bomba y cada pico y

- en comparar los datos tomados sobre las curvas registradas con los datos identificados sobre la curva de referencia.

Para esto, un modo de realización propone, sobre la curva de referencia, anotar ti el tiempo correspondiente al pico de la fila i y ai la amplitud de este pico, apareciendo los picos en el orden de las filas - desde la fila más cercana 115 a la fila más lejana 111 - del captador de temperatura 130. En paralelo, sobre las curvas registradas, se anota t ’i el tiempo correspondiente al pico de la fila i y a’i la amplitud de este pico. Entonces, se comparan los valores nominales de ti y ai con los valores medidos t ’i y a’i.

Esta comparación de los picos permite determinar, en la etapa 260 del procedimiento, si hay o no presencia de defectos y, en particular, de defectos de equilibrado y de defectos de captación. En efecto, si está presente un defecto de equilibrado, el tiempo de aparición del pico es más elevado para la fila que tiene un caudal más escaso de lo normal (el caudal también es más fuerte en las otras filas, pero se reparte entre ellas). Si está presente un defecto de captación, el tiempo de aparición del pico se conserva, pero la amplitud del pico se reduce con respecto a la normal, es decir, con respecto a la curva de referencia.

En otro modo de realización, cuando no se conserva el orden de llegada de los picos, se puede implementar un método de reconocimiento de las formas, consistiendo este método en determinar una descomposición de la señal observada en varias señales elementales cuyos parámetros (en concreto, amplitud y tiempo de recorrido) se identifican para acercarse de la mejor manera a la señal observada a la salida.

El análisis de las curvas permite no solamente detectar la presencia de uno o de varios defectos en el campo solar, sino que permite simultáneamente determinar la localización de dichos defectos, puesto que cada defecto se detecta, según el defecto buscado, para un captador o una fila de captadores.

Las figuras 4A, 4B y 4C muestran unos ejemplos de curvas a las que se puede aplicar la operación de análisis descrita más arriba. La curva 4A es una curva de referencia que muestra las temperaturas, en función de un tiempo relativo, obtenidas para un funcionamiento denominado normal del campo solar, es decir, un funcionamiento cuando el campo solar no incluye ningún defecto. Esta curva de referencia puede ser una curva de las temperaturas tomadas antes de la puesta en marcha de la bomba de alimentación o una curva modelizada por cálculo en función de los parámetros intrínsecos del campo solar. La curva 4C es la curva de las temperaturas medidas por el captador de temperatura 130 para el campo solar de la figura 4A cuando dicho campo solar incluye un defecto de opacidad, por ejemplo, en la quinta fila de captadores solares (fila 111 en la figura 1). La curva 4B es la curva de las temperaturas medidas por el captador de temperatura 130 para el campo solar de la figura 4A cuando dicho campo solar incluye un defecto de desequilibrado, por ejemplo, en la fila 111 de captadores solares. Una comparación de las curvas 4A y 4B con un análisis de los picos de dichas curvas permite ver que el tiempo de aparición del pico P5 está desfasado en el tiempo y que, por consiguiente, existe un defecto de desequilibrado en la quinta fila de captadores solares. En paralelo, una comparación de las curvas 4A y 4C con un análisis de los picos de dichas curvas permite ver que la amplitud del pico P5 se reduce y que, por consiguiente, existe un defecto de opacidad en la quinta fila de captadores solares.

Las figuras 5A y 5B muestran unos ejemplos de curvas obtenidas para diferentes casos de desequilibrado (figura 5A) y de opacidad (figura 5B). En caso de un desequilibrado fluídico, los tiempos de recorrido correspondientes a las filas afectadas se modifican con respecto al valor de referencia, es decir, el valor correspondiente sobre la curva de referencia. En el caso de una opacidad, el recalentamiento del fluido es menor en los captadores afectados, lo que se traduce en una amplitud más escasa de los picos correspondientes. En los ejemplos de las figuras 5A y 5B, cada una de las cinco filas de captadores están afectadas sucesivamente por un defecto de desequilibrado (figura 5A) y un defecto de opacidad (figura 5B).

Cuando el análisis de las curvas ha permitido detectar la presencia de defectos y localizar estos defectos, el procedimiento según la invención se termina y el caudal de la bomba de alimentación 140 puede aumentarse a un caudal habitual para hacer funcionar el campo solar normalmente.

En el procedimiento representado en la figura 2, la operación de estancamiento 210 del fluido en el interior de los captadores solares, descrita anteriormente, se realiza durante una duración predeterminada (etapa 220). En algunos modos de realización, la duración predeterminada 220 se fija por el operador en función, por ejemplo, de las características del campo solar y de las características climáticas del lugar donde está situado el campo solar.

En algunos otros modos de realización, la duración predeterminada 200 puede ser la duración máxima durante la que el fluido puede calentarse en el interior del captador solar sin riesgo de vaporización. En efecto, cuando el fluido no circula o circula mal por la canalización, puede calentarse y subir de temperatura hasta alcanzar su temperatura de vaporización, es decir, la temperatura a la que se transforma en vapor. Si el fluido alcanza su temperatura de vaporización, esto puede generar un daño de los captadores solares o de otros elementos del campo solar. En el caso descrito en el presente documento, se considera que la temperatura máxima que puede alcanzar el fluido sin riesgo de estancamiento parcial es de 100 °C.

La duración máxima durante la que el fluido puede calentarse en el interior del captador solar y alcanzar una temperatura máxima, inferior su temperatura de vaporización, depende de la temperatura inicial del fluido, de la capacidad térmica del captador solar y de datos meteorológicos, tales como la previsión de insolación y la temperatura exterior. La duración máxima puede, por ejemplo, determinarse al inicio del procedimiento 200, antes de la operación de estancamiento 210. En el caso donde el procedimiento se implementa en el momento donde amanece, la duración máxima puede, por ejemplo, calcularse calculando, en primer lugar, la energía necesaria Esoi para calentar el captador solar hasta una temperatura de 100 °C elegida para evitar los fenómenos de estancamiento.

Esta energía Esoi se determina de la siguiente forma:

- Determinación de la evolución de la temperatura de un captador solar en ausencia de caudal, modelizada por la ecuación (Ec. 1):

Cc^ ( t ) = Ac[n0qSoi(t) - a i (T(t)) - Ta(t)) - a2(T(t) - T$( t))2] (Ec. 1)

con Ccque es la capacidad térmica de un captador solar, no, ai y a2 que son, respectivamente, unos parámetros de rendimiento óptico y de pérdidas térmicas de un captador solar y que los suministra el fabricante de captadores solares.

- Desdeñando, las pérdidas térmicas del captador solar, se sobrestima la temperatura real del captador solar y se obtiene una cota superior de la energía necesaria. La ecuación a resolver se convierte en:

Cc ^ (t) = AcnoqSol(t) (Ec 2)

donde Ac es la superficie en total de un captador solar y qsoi es la insolación global, en W/m2.

- Definiendo Esoi como la integral de la radiación solar qsoi recibida por el captador solar antes de que alcance 100 °C, es decir:

Esoi = J0t|T=10°qsoi(t)dt (Ec. 3)

- Se obtiene la siguiente fórmula:

E^{so 1} = ^{t v} AT (Ec. 4)

0cM°

donde AT es la diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura inicial del fluido portador de calor al inicio de la duración de espera.

En un ejemplo particular, el campo solar 100 se simula con la ayuda de un modelo físico detallado. Los principales parámetros de este campo solar 100 - que incluye cinco filas 111-115 de diez captadores solares cada uno - se indican en la tabla de la figura 6A. Estos parámetros los suministra el fabricante del campo solar y, por lo tanto, los conoce el operador. Los parámetros relativos a las condiciones meteorológicas, necesarios para calcular la duración máxima, pueden obtenerse a partir de las previsiones meteorológicas y, en concreto, de las previsiones de insolación. Según una variante, los parámetros relativos a las condiciones meteorológicas pueden obtenerse a partir de un perfil de insolación estándar, propio de un lugar y/o un período y considerado como que varía poco. En el ejemplo particular, los datos meteorológicos proceden de un software meteorológico, tal como Météonorm®, para la estación meteorológica de Chambéry/Aix-les-Bains, para una jornada particular del mes de junio donde la temperatura exterior al amanecer es de 17 °C. Las condiciones de insolación y de temperatura en el plano del campo solar, en este día de junio, se representan en la figura 6B. En particular, la curva C4 de la figura 6B representa la evolución de la insolación qsol en el transcurso de esta jornada de junio y la curva C5 representa la temperatura atmosférica Ta en el transcurso de esta misma jornada.

Con los datos de este ejemplo particular, la energía Esol obtenida gracias a las ecuaciones citadas anteriormente sería: Esol = 622,17 kJ/m2. Integrando la curva de la radiación solar recibida por los captadores solares, se determina el momento donde la totalidad de esta energía Esol se ha suministrado a los captadores solares. En este ejemplo particular, la duración máxima es de 6.778 segundos después del amanecer. De este modo, en este ejemplo, la operación de estancamiento 210 comienza al amanecer y dura 6.778 segundos durante los que el fluido de los captadores solares se calienta. Después de 6.778 segundos de calentamiento, la bomba de alimentación de fluido 140 se pone en marcha a un caudal escaso y pueden comenzar las mediciones de temperaturas por el captador de temperaturas 130.

La figura 6C representa un ejemplo de curva de temperatura registrada por el captador de temperatura 130 en el momento de la puesta en marcha de la bomba de alimentación 140. La figura 6D representa esta misma curva C6, así como una curva de referencia C7 correspondiente a las temperaturas tomadas cuando el campo solar no tiene ningún defecto y una curva C8 correspondiente al desvío entre C6 y C7. Se puede observar que las dos curvas C6 y C7 se superponen hasta el tren de calor correspondiente a la tercera fila (es decir, la fila 113 en el ejemplo de campo solar de la figura 1) donde la elevación de temperatura de la curva C6 es claramente más escasa que la de la curva C7. Este desvío entre las curvas C6 y C7 indica que existe un defecto de opacidad en la tercera fila. El desvío entre las dos curvas C6 y C7 permanece, a continuación, constante, que indica que no hay un defecto sobre las siguientes filas (filas 112 y 111 del campo solar de la figura 1).

En una variante, la duración máxima de calentamiento se determina, no por cálculo, sino gracias a un segundo captador de temperatura montado en uno de los captadores solares del campo solar. Como todos los captadores solares se consideran como que se calientan de manera similar, este segundo captador de temperatura puede detectar la temperatura límite autorizada para que dicho captador solar no entre en estancamiento parcial. En esta variante, por lo tanto, la operación de estancamiento 210 se detiene cuando el segundo captador de temperatura detecta esta temperatura límite.

En el ejemplo particular descrito más arriba, el procedimiento se implementa al amanecer. En otros ejemplos y variantes, el procedimiento se puede implementar en otros momentos de la jornada, en concreto, cuando la insolación no es suficiente por la mañana. Las predicciones meteorológicas pueden, por ejemplo, utilizarse para conocer el mejor momento de la jornada para implementar el procedimiento, por ejemplo, para determinar el momento donde se disipará la cubierta de nubes.

En otros modos de realización, el procedimiento se implementa al final de jornada o por la noche para dejar evacuarse de los captadores solares el calor del fluido caliente. El fluido caliente puede ser el producido por los captadores solares al final de jornada o un fluido almacenado durante la jornada o también un fluido producido por un generador de respaldo. De este modo, el fluido caliente se suministra de forma homogénea a todos los captadores solares del campo solar. La operación de estancamiento 210 permite, a continuación, dejar evacuarse el calor fuera del campo solar, evacuándose este último más rápidamente en los captadores solares que presentan unos defectos de pérdidas térmicas. Después de una duración predeterminada, la bomba de alimentación 140 se pone en funcionamiento a un primer caudal, más escaso que el caudal normal de funcionamiento de la bomba de alimentación y las variaciones de temperatura se toman por el captador de temperatura 130. A continuación, se analizan las curvas correspondientes a estas variaciones de temperatura, por comparación con una curva de referencia, como se ha explicado anteriormente. Este modo de realización permite determinar y localizar principalmente los defectos de pérdidas térmicas del campo solar.

Aunque se describe a través de un cierto número de ejemplos, variantes y modos de realización, el procedimiento de detección y de localización de defectos en un campo solar según la invención comprende diversas variantes, modificaciones y perfeccionamientos que aparecerán de forma evidente para el experto en la materia, entendiéndose que estas variantes, modificaciones y perfeccionamientos forman parte del alcance de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de detección y de localización de un defecto en un campo solar térmico (100) que incluye:

- una canalización (120) por la que circula un fluido portador de calor, incluyendo la canalización una pluralidad de conducciones (121-125) en unión con un canal de alimentación (126) equipado con una bomba de alimentación (140) y un canal de salida (127) del fluido portador de calor equipado con un primer captador de temperatura (130), - un conjunto de captadores solares (110) configurados en filas (111-115), estando cada fila de captadores solares dispuesta para calentar el fluido portador de calor que circula por una de las conducciones,

incluyendo dicho procedimiento las siguientes operaciones:

- estancamiento (210) del fluido portador de calor en el interior de cada captador solar (110) durante una duración predeterminada, estando la bomba de alimentación (140) en parada,

- al final de la duración predeterminada, puesta en marcha (230) de la bomba de alimentación (140) a un primer caudal, de modo que el fluido portador de calor en el interior de los captadores solares circula hasta el captador de temperatura (130),

- registro (240), en forma de curvas, de las variaciones de temperatura del fluido portador de calor medidas por el captador de temperatura (130) y

- análisis (250) de las curvas obtenidas por comparación de dichas curvas con una curva de referencia y determinación (260) de la existencia de un defecto y de su localización.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la operación de estancamiento (210) se inicia al inicio de un período de insolación y se extiende durante una duración de espera máxima en el transcurso de la que el fluido portador de calor se calienta en el interior del captador solar (110) hasta una temperatura máxima, inferior a su temperatura de vaporización.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que la duración de espera máxima se determina en función de una temperatura inicial del fluido portador de calor, de la capacidad térmica del captador solar y de datos meteorológicos.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que la duración de espera máxima se determina: - calculando la energía Esoi necesaria para calentar el captador solar hasta una temperatura máxima, lo más cercana posible de su temperatura de vaporización, por medio de la ecuación:

c c

E sol = — ^ A T

5 c6o

donde Cc es la capacidad térmica de un captador solar, Ac es la superficie en total de un captador solar, r|o es el rendimiento óptico de un captador solar y A T es la diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura inicial del fluido portador de calor al inicio de la duración de espera e

- integrando una curva de la radiación solar recibida por el captador solar para determinar el momento donde la totalidad de la energía Esoi se ha suministrado al captador solar.

5. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que la duración de espera máxima se determina por lectura de un segundo captador de temperatura montado dentro de al menos uno de los captadores solares.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la operación de estancamiento (210) se inicia al final de un período de insolación o por la noche y se extiende durante una duración predefinida de enfriamiento del fluido portador de calor en el interior del captador solar.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la curva de referencia es una curva de las temperaturas tomadas durante una implementación anterior del procedimiento, en ausencia de defecto.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la curva de referencia es una curva modelizada por cálculos en función de parámetros intrínsecos del campo solar térmico.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por que el inicio de la operación de estancamiento (210) se determina en función de datos meteorológicos.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que incluye, después de determinación del defecto y de su localización, una operación de aumento del caudal de la bomba de alimentación.

11. Campo solar térmico, caracterizado por que implementa el procedimiento de detección y de localización de un defecto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Campo solar según la reivindicación 11, caracterizado por que incluye al menos un segundo captador de temperatura montado dentro de un captador solar.