ES2949608T3 - Dispositivo de medición para la medición de ensuciamiento de material transparente a la radiación solar - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición (1) para medir la contaminación de material transparente a la radiación solar con una carcasa (3) con un eje longitudinal (A), un soporte que sujeta la carcasa (3) con su eje longitudinal (A) en dirección horizontal y la carcasa (3) El soporte está montado de forma giratoria alrededor del eje longitudinal (A), presentando la carcasa (3) una pared (5) opaca a la radiación solar, que encierra en el lado longitudinal un espacio (7), la pared (5) con al menos una primera abertura (9) y al menos una segunda abertura (11), estando cerrada la primera abertura (9) con un cristal (13) transparente a la radiación solar y un dispositivo de cobertura (15). para cubrir la segunda abertura (11) estando dispuesto en la segunda abertura (11). , y con al menos un piranómetro (17), que se puede colocar en el espacio (7) en la primera y segunda aberturas (9, 11) para medir la radiación solar que penetra a través de la primera y segunda aberturas (9, 11), o con al menos dos piranómetros, estando dispuesto uno de los piranómetros (17) en la primera y segunda aberturas (9, 11) para medir la radiación solar que penetra a través de la primera y segunda aberturas (9, 11). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de medición para la medición de ensuciamiento de material transparente a la radiación solar
La presente invención se refiere a un dispositivo de medición para la medición de contaminación de material transparente a la radiación solar.
En las centrales solares, en particular las centrales termosolares, se pueden producir pérdidas de rendimiento debido al ensuciamiento. En particular, en las centrales termosolares con sistemas de concentración de radiación (tecnología CSP) se determina el ensuciamiento en las superficies reflectantes para deducir por ello, por ejemplo, los intervalos de mantenimiento. En las centrales termosolares de canales parabólicos, la radiación solar se concentra a través de reflectores en un tubo absorbedor. El tubo absorbedor está rodeado por un tubo envolvente de vidrio, a través del cual se transmite la radiación solar antes incidir sobre el tubo absorbedor. Por lo tanto, además del ensuciamiento de las superficies reflectantes de los canales parabólicos, también es de particular interés el ensuciamiento del tubo envolvente de vidrio. Otras centrales solares también presentan a menudo materiales transparentes a la radiación solar, a través de los cuales se transmite la radiación solar antes de llegar a un receptor de radiación. Por ejemplo, en las centrales termosolares de torre se conocen cristales delante de la ventana de entrada del receptor de radiación. Los materiales transparentes a la radiación solar en las centrales solares están expuestos a la intemperie y se ensucian con duración de exposición creciente.
Para determinar las pérdidas relacionadas con el ensuciamiento, se conoce llevar a cabo mediciones manuales a través de fuentes de luz LED artificiales de banda estrecha para la medición de la transmisión en diferentes rangos de longitud de onda en tubos envolventes de vidrio de tubos absorbentes. También se conoce exponer las muestras del material transparente a la radiación solar a la intemperie y luego medirlas en el laboratorio con respecto a su ensuciamiento.
Los métodos de medición conocidos están ligados a una considerable cantidad de trabajo, ya que para el manejo del instrumento de medición manual o para la medición en el laboratorio es necesaria una persona con formación técnica por separado. Además, en la medición manual se utiliza una fuente de luz artificial que posee un espectro que se desvía del espectro solar, lo que da lugar a una incertidumbre de medición. En la medición en el laboratorio, por ejemplo, a través de un espectrofotómetro, se puede aplicar una ponderación solar que calcula el resultado de medición teórico para un espectro solar estándar. Sin embargo, un espectro solar estándar eventualmente no es representativo del espectro que prevalece en el sitio de medición.
Además, los ángulos de incidencia en los métodos de medición previamente conocidos a menudo no son representativos de la aplicación real.
El documento DE 30 22 114 C2 da a conocer un dispositivo de medición para la medición de la capacidad de transmisión óptica de un material translúcido con las características del preámbulo de la reivindicación 1. El documento DE 102015005408 A1 da a conocer un procedimiento para la determinación del grado de transmisión de un cuerpo cobertor. El documento CN 201402245 Y da a conocer un procedimiento para la determinación de una capacidad de sombreado de materiales. El documento DE 102017211466 B3 da a conocer un procedimiento para la determinación del grado de ensuciamiento de una superficie reflectante.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es poner a disposición un dispositivo de medición con el que se mejore la medición de ensuciamiento de materiales transparentes a la radiación solar.
La invención está definida por las características de la reivindicación 1.
El dispositivo de medición según la invención para la medición de ensuciamiento de material transparente a la radiación solar presenta una carcasa con un eje longitudinal, donde un soporte sostiene la carcasa con su eje longitudinal en dirección horizontal, donde la carcasa está alojada de forma pivotante en un soporte alrededor del eje longitudinal. La carcasa presenta una pared opaca a la radiación solar que rodea un espacio longitudinalmente, donde la pared presenta al menos una primera abertura y al menos una segunda abertura. La primera abertura está cerrada con un cristal transparente a la radiación solar. Al menos un piranómetro se puede colocar en el espacio en la primera y segunda abertura para la medición de la radiación solar que penetra a través de la primera o la segunda abertura. Alternativamente, pueden estar previstos al menos dos piranómetros, donde en la primera y segunda abertura está dispuesto respectivamente uno de los piranómetros para la medición de la radiación solar que penetra a través de la primera y segunda abertura.
En la segunda abertura está dispuesto un dispositivo de cobertura para cubrir la segunda abertura.
El dispositivo de cobertura puede ser, por ejemplo, una solapa que cubre la abertura desde el exterior. El dispositivo de medición según la invención posibilita que el cristal transparente a la radiación solar se pueda exponer a la intemperie. Mediante el dispositivo de cobertura se evita que la suciedad llegue al espacio y a uno de los piranómetros mientras se expone el cristal a la intemperie. Mediante el soporte de la carcasa y el alojamiento pivotante se puede orientar el cristal transparente, tal como está orientado un material transparente a la radiación solar de una central solar en el uso normal. Por ejemplo, en una central termosolar de canal parabólico, la mayor parte de la radiación se refleja por los reflectores en forma de canal parabólico y se transmite a través del tubo envolvente de vidrio de un absorbedor tubular en el lado del tubo absorbedor dirigido hacia el reflector. La sección de tubo envolvente de vidrio del tubo absorbedor, que es de especial interés, es por lo tanto la sección dirigida hacia el reflector. Por medio del dispositivo de medición según la invención, el cristal transparente a la radiación solar se puede orientar ahora de modo que simule el movimiento de un colector de canal parabólico que sigue al sol. Por lo tanto, el cristal se orienta de modo que se sitúa en el lado de la carcasa opuesto al sol. Durante este movimiento, el cristal transparente está expuesto a la intemperie. Después de un período de tiempo predeterminado, la carcasa se pivota de modo que el cristal está expuesto a la radiación solar. El dispositivo de cobertura se puede tomar de la segunda abertura y se puede realizar una medición comparativa entre la radiación solar, que incide sin obstáculos a través de la segunda abertura en el piranómetro, y la radiación solar directa, que se transmite a través del cristal transparente a la radiación solar. De esta manera es posible una medición de ensuciamiento ventajosa del cristal transparente a la radiación solar de un modo y manera especialmente sencillos. La pared opaca de la carcasa asegura que en la medición de la radiación solar directa a través del piranómetro solo se mida esencialmente la radiación que entra en el espacio a través del cristal transparente o la segunda abertura.
Por "transparente a la radiación solar" se entiende en el marco de la presente invención que el cristal o el material presenta un grado de transparencia solar hemisférico (AM 1,5) de al menos el 85%. Por "opaco a la radiación solar" se entiende en el marco de la presente invención que la pared presenta un grado de transparencia solar hemisférico (AM 1,5) de menos del 3%.
Por la característica de que la pared rodea el espacio longitudinalmente se entiende que esta se encuentra en paralelo al eje longitudinal y el eje longitudinal se encuentra a distancia.
En la forma de realización, en la que está previsto un piranómetro, en la medición por medio de la radiación solar directa incidente por medio de piranómetro puede estar previsto que el piranómetro se disponga en primer lugar bajo la primera abertura para medir la radiación solar que se transmite a través del cristal transparente, y a continuación bajo la segunda abertura. Para ello, el pirómetro puede estar dispuesto sobre un carril de guía, de modo que el piranómetro se puede desplazar de una posición a otra. Sin embargo, dado que la intensidad de la radiación puede cambiar en las mediciones realizadas sucesivamente, se pueden producir errores de medición.
Preferentemente, está previsto que la carcasa esté configurada en forma tubular. La carcasa puede poseer una sección transversal circular. De esta manera, la carcasa se puede pivotar de manera ventajosa alrededor de su eje longitudinal. Además, la forma de la carcasa está adaptada de manera ventajosa a la forma de un tubo absorbedor con tubo envolvente de vidrio. Puede estar previsto que la carcasa presente un diámetro que corresponde al diámetro de un tubo envolvente de vidrio de una central de canales parabólicos. Por ejemplo, la carcasa puede presentar un diámetro que se encuentra entre 10 cm y 20 cm.
En una forma de realización del dispositivo de medición puede estar previsto que esté previsto un dispositivo de ventilación para la ventilación del espacio. Dado que la carcasa está expuesta a la radiación solar durante el día y presenta una pared opaca a la radiación solar, puede producirse un calentamiento de la habitación en la carcasa. Para garantizar el correcto funcionamiento del o de los piranómetros dispuestos en el espacio, se puede introducir aire exterior fresco en el espacio a través del dispositivo de ventilación si es necesario.
A este respecto puede estar previsto que la carcasa esté cerrada en el lado frontal por medio de placas, donde en al menos una de las placas están dispuestas aberturas de ventilación para el aire de entrada y el aire de salida del dispositivo de ventilación. De esta manera, el dispositivo de ventilación puede conducir de manera ventajosa aire exterior fresco al espacio.
También puede estar previsto que el dispositivo de ventilación presente varios ventiladores y que en ambas placas frontales estén dispuestas aberturas de ventilación.
Preferentemente está previsto que en el espacio esté dispuesto un termostato para la supervisión de la temperatura
del espacio. Por medio de los datos determinados por el termostato se puede constatar si la temperatura que prevalece en el espacio en una medición de la radiación solar directa incidente por medio de piranómetros se encuentra en un intervalo predeterminado.
También puede estar previsto que el dispositivo de ventilación se pueda regular a través de datos obtenidos del termostato. En otras palabras: si la temperatura en el espacio es demasiado alta, el dispositivo de ventilación puede arrancar automáticamente y conducir aire fresco en el espacio.
Preferentemente está previsto que un dispositivo de accionamiento accione la carcasa para el movimiento de pivotación alrededor del eje longitudinal. De este modo es posible un funcionamiento automático del dispositivo de medición. El dispositivo de accionamiento puede estar dispuesto en el espacio.
Puede estar previsto que en el dispositivo de cobertura actúe un dispositivo de retención, donde el dispositivo de cobertura se puede abrir o cerrar a través de un movimiento de pivotación de la carcasa alrededor del eje longitudinal. En otras palabras: el dispositivo de retención retiene el dispositivo de cobertura durante una pivotación de la carcasa alrededor del eje longitudinal, por lo que, por ejemplo, se abre la segunda abertura. El dispositivo de retención puede estar dispuesto, por ejemplo, en el soporte de la carcasa, por ejemplo, en forma de un cable de acero, que está dispuesto, por ejemplo, en paralelo a la carcasa. También puede estar previsto que el dispositivo de cobertura presente un mecanismo de bloqueo, por ejemplo, en forma de uno o varios resortes, para mantener la posición abierta o cerrada del dispositivo de cobertura.
Como alternativa, puede estar previsto que el dispositivo de cobertura presente un accionamiento separado para la apertura y el cierre. De esta manera, la apertura y el cierre del dispositivo de cobertura se pueden realizar independientemente del movimiento de pivotación de la carcasa.
Tanto el dispositivo de retención como también el accionamiento del dispositivo de cobertura posibilitan de manera ventajosa el funcionamiento automático del dispositivo de medición según la invención.
En el dispositivo de medición según la invención puede estar previsto además que esté prevista una placa curvada, que está dispuesta a distancia de la carcasa. A través de la placa curvada se puede simular un reflector parabólico de manera ventajosa, por lo que la tendencia al ensuciamiento del cristal transparente se puede ajustar de manera especialmente realista.
En el uso del dispositivo de medición según la invención también puede estar previsto que la carcasa se pivote durante el día en la fase en la que el cristal transparente está expuesta a la intemperie. En particular, puede estar previsto que el cristal transparente siga a la posición del sol con un desplazamiento de 180° con respecto al sol. Este tipo de seguimiento recrea el posicionamiento en un colector de canal parabólico real y, por lo tanto, obtiene una característica de ensuciamiento como la que se produciría en el funcionamiento de la central.
Durante la medición de la radiación incidente directa a través del al menos un piranómetro también puede estar previsto que se registre el ángulo de incidencia con respecto al sol. De este modo se puede determinar el grado de transmisión del cristal transparente en función del ángulo de incidencia.
Por medio del dispositivo de medición según la invención, es posible determinar la carga de ensuciamiento de materiales transparentes utilizados en centrales solares y, por lo tanto, mejorarse la previsión de rendimiento para proyectos de centrales. Las actividades de limpieza también se pueden optimizar en las centrales solares en funcionamiento.
La invención se explica más en detalle a continuación con referencia a la única figura. Muestran:
Fig. 1 una vista esquemática del dispositivo de medición según la invención para la medición de ensuciamiento de material transparente a la radiación solar y
Fig. 2 una representación en sección esquemática del dispositivo de medición según la invención.
El dispositivo de medición 1 según la invención según la fig. 1 presenta una carcasa 3 con un eje longitudinal A. La carcasa 3 está sujeta a través de un soporte no representado con su eje longitudinal en dirección horizontal, donde la carcasa está alojada en el soporte alrededor del eje longitudinal A.
La carcasa 3 presenta una pared 5 opaca a la radiación solar, que rodea un espacio 7 longitudinalmente.
La pared 5 presenta una primera abertura 9 y una segunda abertura 11. La primera abertura 9 está cerrada por un
cristal 13 transparente a la radiación solar.
En la segunda abertura 11 está dispuesto un dispositivo de cobertura 15 para cubrir la segunda abertura 11.
Como se desprende mejor de la figura 2, de una representación en sección esquemática del dispositivo de medición según la invención según la figura 1, en el espacio 7 en la primera y segunda abertura 9, 11 están dispuestos respectivamente un piranómetro 17, por medio del cual se puede medir la radiación solar que penetra a través de la primera y segunda abertura. Los piranómetros 17 están dispuestos de tal manera que se alinean respectivamente con la primera o segunda abertura 9, 11.
La carcasa 3 está cerrada en el lado frontal con placas 19, 19a. En la placa 19a están dispuestas aberturas de ventilación 21, que sirven para el aire de entrada y aire de salida de un dispositivo de ventilación 23. El dispositivo de ventilación 23 se compone de ventiladores 25 que están dispuestos en las aberturas de ventilación 21 y que suministran aire fresco al espacio 7 o conducen aire desde el espacio 7 hacia fuera.
En el espacio 7 está previsto además un termostato 27, que registra la temperatura del espacio 7 y controla el dispositivo de ventilación 23, de modo que la temperatura en el espacio 7 se puede regular de manera ventajosa para garantizar el correcto funcionamiento de los piranómetros 17.
En el espacio 7 está dispuesto además un dispositivo de accionamiento 29, a través del que se acciona la carcasa 3 para el movimiento de pivotación alrededor del eje longitudinal A. Por lo tanto, la carcasa 3 se puede pivotar automáticamente alrededor de su eje longitudinal.
En el soporte no representado del eje A está fijado a una distancia de algo más que el radio de la carcasa 3 un dispositivo de retención no representado, por medio del cual se puede abrir y cerrar el dispositivo de cobertura 15 por medio del movimiento de pivotación de la carcasa 3. El dispositivo de retención puede ser, por ejemplo, un cable de acero, que está fijado a un soporte no representado del aparato de medición y está dispuesto en paralelo a la carcasa. Para garantizar una retención de la posición cerrada o abierta del dispositivo de cobertura, el dispositivo de cobertura puede presentar un dispositivo de resorte que actúa en la dirección de la posición asumida en cada caso del dispositivo de cobertura 15. La posición del dispositivo de cobertura se modifica mediante el dispositivo de retención fijo durante un paso por el dispositivo de medición. Para abrir, el cable de acero se engancha en el ojal 16 cerca de la suspensión de la tapa cobertora cerrada 15 y la abre cuando se mueve en la dirección de la abertura 11. El dispositivo de cobertura 15 se cierra cuando el aparato 3 se mueve con el dispositivo de cobertura 15 abierto en la dirección opuesta por delante del cable de acero.
Para una medición de ensuciamiento del cristal transparente 13, el dispositivo de medición 1 se pivota en primer lugar a una posición de exposición, en la que el cristal transparente 13 se encuentra orientado hacia abajo. Preferentemente, el cristal transparente 13 está desplazada 180° respecto al sol. Ahora puede estar previsto que durante el día la carcasa 3 se conduzca a través del dispositivo de accionamiento 29 con el desplazamiento de 180° respecto al sol. En la fase de exposición, el dispositivo de cobertura 15 está en su posición de cierre, de modo que la abertura 11 y, por lo tanto, el piranómetro 17 subyacente están cubiertos para minimizar el ensuciamiento del mismo.
En una fase de medición, la carcasa 3 se pivota de tal manera que la primera abertura 9 se encuentra en la irradiación solar directa. Al pivotar la carcasa 3 a la posición de medición, el dispositivo de cobertura 15 se abre a través del dispositivo de retención. El sol irradia ahora directamente hacia la primera y segunda abertura 9, 11 y por medio de los piranómetros 17 subyacentes se pueden medir las potencias de radiación. La radiación solar transmitida a través del cristal transparente 13 se puede comparar con la radiación solar que incide directamente sobre el piranómetro 17 por debajo de la segunda abertura 11. De ello resulta el grado de transmisión del cristal transparente 13. Para la medición, también se registra el ángulo de incidencia del sol, de modo que, después de varias mediciones, se puede indicar el grado de transmisión en función del ángulo de incidencia.
Dado que con el ensuciamiento creciente se modifica el grado de transmisión del cristal transparente 13 y al mismo tiempo se evita un ensuciamiento de ambos piranómetros, el comportamiento de ensuciamiento del cristal 13 se puede registrar también durante períodos de varias semanas sin necesidad de mantenimiento. A partir de las tasas de ensuciamiento obtenidas se puede deducir la pérdida de rendimiento de una central solar o la necesidad de una limpieza de una central solar.
Claims (10)
1. Dispositivo de medición (1) para la medición de ensuciamiento de material transparente a la radiación solar con una carcasa (3), donde la carcasa (3) presenta una pared (5) opaca a la radiación solar, donde la pared (5) presenta al menos una primera abertura (9) y la primera abertura (9) está cerrada con un cristal (13) transparente a la radiación solar,
caracterizado porque la carcasa (3) presenta un eje longitudinal (A), donde un soporte sostiene la carcasa (3) con su eje longitudinal (A) en dirección horizontal y la carcasa (3) está alojada de forma pivotante en el soporte alrededor del eje longitudinal (A), donde la pared (5) rodea longitudinalmente un espacio (7) y está dispuesta en paralelo al eje longitudinal (A), donde la pared (5) presenta al menos una segunda abertura (11), donde en la segunda abertura (11) está dispuesto un dispositivo de cobertura (15) para cubrir la segunda abertura (11), y con al menos un piranómetro (17), que se puede posicionar en el espacio (7) en la primera y la segunda abertura (9, 11) para la medición de la radiación solar que penetra a través de la primera o la segunda abertura (9, 11), o con al menos dos piranómetros, donde en la primera y segunda abertura (9, 11) está dispuesto respectivamente uno de los piranómetros (17) para la medición de la radiación solar que penetra a través de la primera y segunda abertura (9, 11).
2. Dispositivo de medición según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (3) está configurada en forma tubular.
3. Dispositivo de medición según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por un dispositivo de ventilación (23) para la ventilación del espacio (7).
4. Dispositivo de medición según la reivindicación 3, caracterizado porque la carcasa (3) está cerrada en el lado frontal por medio de placas (19, 19a), donde en al menos una de las placas (19a) están dispuestas aberturas de ventilación (21) para el aire de entrada y el aire de salida del dispositivo de ventilación (23).
5. Dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el espacio (7) está dispuesto un termostato (27) para la supervisión de la temperatura del espacio (7).
6. Dispositivo de medición según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de ventilación (23) es regulable a través de los datos obtenidos por el termostato (27).
7. Dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por un dispositivo de accionamiento (29), a través del que se puede accionar la carcasa (3) para el movimiento de pivotación alrededor del eje longitudinal (A).
8. Dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el soporte de la carcasa (3) está colocado un dispositivo de retención que actúa sobre el dispositivo de cobertura (15), donde el dispositivo de cobertura (15) se puede abrir o cerrar mediante un movimiento de pivotación de la carcasa (3) alrededor del eje longitudinal (A).
9. Dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el dispositivo de cobertura (15) presenta un mecanismo de bloqueo para mantener la posición abierta o cerrada del dispositivo de cobertura (15).
10. Dispositivo de medición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el dispositivo de cobertura (15) presenta un accionamiento para la apertura y cierre.
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