ES2959521T3 - Modulación de la potencia generada por una central solar térmica - Google Patents

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Abstract

Método para modular la energía generada (P) por una central termosolar (2) que comprende al menos un panel solar (1), comprendiendo el método los siguientes pasos: - se dispone de al menos un panel solar (1) que comprende un dispositivo de seguimiento dispositivo (4) configurado para girar el panel solar (1) en al menos un sentido de giro (R); - disponemos de una instalación (3) para proporcionar potencia térmica variable en el tiempo a partir de la irradiación recibida por el panel solar (1); - se determina un ángulo de inclinación (β) del panel solar (1) para producir la potencia térmica a suministrar a la instalación (3) a partir de la irradiación medida en tiempo real; y- el panel solar (1) se hace pivotar con el dispositivo de seguimiento (4) para alcanzar el ángulo de inclinación determinado (β). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Modulación de la potencia generada por una central solar térmica
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un procedimiento para modular la potencia generada por una central solar térmica.
Estado de la técnica
Se conocen centrales solares térmicas instaladas cerca de instalaciones consumidoras de calor, como polígonos industriales o redes de calentamiento urbanas.
Una central eléctrica comprende una pluralidad de paneles solares, la irradiación de la superficie de los paneles solares permite calentar un fluido caloportador que circula por un circuito de la central para suministrar calor a la instalación.
Sin embargo, la potencia térmica que puede producirse depende de una serie de factores, y concretamente, la cantidad de sol disponible, en función de las condiciones climáticas. Del mismo modo, la demanda de calor por parte de la instalación asociada a la central también puede variar y ser difícil de predecir.
De este modo, en funcionamiento nominal, la central debe permitir producir calor suficiente para alimentar la instalación sin superar un límite de temperatura, denominado temperatura objetivo. Si se supera la temperatura objetivo, la central es susceptible de sobrecalentarse.
El sobrecalentamiento puede tener varias causas, tales como:
- un estancamiento del fluido caloportador en el circuito de la central, por ejemplo debido a un fallo técnico, que provoque entonces un aumento repentino de la temperatura y la presión; o
- un mal ajuste entre el calor producido por la central y el calor consumido por parte de la instalación. El fenómeno de sobrecalentamiento está entonces ligado a la incapacidad de evacuar el exceso de calor producido, lo que provoca un aumento progresivo de la temperatura.
Un sobrecalentamiento puede tener importantes consecuencias adversas como resultado de la alta presión o la alta temperatura, o una combinación de ambas. De este modo, el sobrecalentamiento puede provocar el deterioro de determinados componentes de la central o la vaporización del fluido caloportador.
Para remediar este fenómeno, se conocen soluciones activas o pasivas que pueden aplicarse. Entre las soluciones activas, se conocen, por ejemplo, el uso de un elemento de almacenamiento de calor o un elemento para disipar el exceso de calor, por ejemplo, un aerotermo, o una combinación de estos elementos.
Entre las soluciones pasivas, se conocen, por ejemplo, el uso de válvulas de seguridad integradas en el circuito de la central, que provocan un drenaje en caso de alta presión causado por un aumento de la temperatura por encima de la temperatura objetivo. También es posible prever una disposición y un dimensionado de la central que permite resistir presiones más elevadas.
El documento internacional WO2015/155771 describe un sistema de calentamiento solar que comprende medios de prevención de sobrecalentamiento. Más concretamente, un módulo de prevención de sobrecalentamiento comprende una red de sensores que se comunica con un accionador. Según el documento internacional WO2015/155771, la red de sensores comprende en particular sensores de temperatura del fluido caloportador, sensores de humedad y sensores de orientación. En respuesta a los datos de salida de los sensores, el accionador orienta el panel solar para modular la superficie efectiva del panel solar expuesta al sol. Los datos de salida de los sensores incluyen en particular la temperatura del líquido caloportador, la temperatura del panel solar, la temperatura ambiente, la orientación espacial del panel solar y la velocidad del viento sobre el panel solar. El modo de funcionamiento del sistema es el siguiente: cuando los sensores miden que se ha alcanzado una temperatura máxima del líquido caloportador, el accionador orienta el panel para ajustar la potencia de calentamiento. La solución propuesta en el documento internacional WO2015/155771 permite orientar el panel solar para ajustar la potencia de calentamiento únicamente en función de los datos medidos aguas abajo del panel solar, es decir, aguas abajo en la cadena de conversión de energía solar en potencia térmica. En otras palabras, el sistema conocido permite modular la potencia de calentamiento del panel solar únicamente en función de los valores de temperatura alcanzados en el líquido caloportador medidos por los sensores instalados aguas abajo del panel solar en el sistema de calentamiento.
El documento FR2910600 describe un procedimiento para regular la potencia de una instalación de suministro de agua caliente.
Problema técnico
Sin embargo, estas soluciones, tanto activas como pasivas, suelen ser más complejas y costosas de aplicar.
La solución propuesta en el documento internacional WO2015/155771 no resulta óptima. En efecto, el hecho de modular la potencia de calentamiento en base a los datos recogidos aguas abajo del panel solar induce un retardo entre el momento en que el panel recibe la irradiación y el momento en que los sensores miden los efectos vinculados a la irradiación. Este retardo se debe, por una parte, a la disposición espacial de los sensores en la central solar térmica y, por otra parte, a la inercia térmica de la central solar térmica. De este modo, por motivo de este retardo, la solución no permite prevenir y/o limitar el sobrecalentamiento de la central de forma robusta y segura.
En particular, un objetivo de la presente invención es mitigar estos inconvenientes.
En particular, la invención tiene por objetivo obtener una central capaz de producir una potencia térmica limitada al nivel de consumo de la instalación a la que está asociada.
La invención también tiene por objetivo evitar y/o limitar el sobrecalentamiento de la central determinando, aguas arriba, mediante la medición directa de la irradiación, la potencia térmica obtenida para evitar cualquier retardo entre el momento en que se orienta el panel solar y el momento en que se produce realmente la potencia térmica. Esto permite modular la potencia de forma más reactiva y anticipar la orientación del panel antes de que la irradiación produzca su efecto.
En términos más generales, la invención tiene por objetivo producir calor con paneles solares de forma sencilla, flexible y predecible.
Objeto de la invención
Para ello, la invención se refiere a un procedimiento para modular una potencia generada por una central solar térmica que comprende al menos un panel solar, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
- se dispone de al menos un panel solar que comprende un dispositivo de seguimiento configurado para hacer girar el panel solar según al menos una dirección de rotación;
- se dispone de una instalación para suministrar potencia térmica variable en el tiempo a partir de la irradiación recibida por el panel solar;
- se determina un ángulo de inclinación del panel solar para producir la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación a partir de la irradiación medida en tiempo real; y
- se hace girar el panel solar con el dispositivo de seguimiento hasta el ángulo de inclinación establecido.
Según una realización, se determina en tiempo real el ángulo de inclinación del panel solar para producir la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación dentro del límite de la potencia solar disponible.
Según otra realización, el panel solar con el dispositivo de seguimiento se gira continuamente, en particular a lo largo de un día, para alcanzar el ángulo de inclinación especificado.
Según otra realización, el ángulo de inclinación del panel solar se determina para generar una potencia correspondiente a la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación en base a una ley de potencia escrita de la forma:
[Fórmula matemática 1]
kc, ks, kk son coeficientes independientes del ángulo de inclinación.
Según otra realización, la central solar térmica comprende un fluido caloportador configurado para transportar la potencia térmica que se suministrará a la instalación, y el panel solar se gira con el dispositivo de seguimiento de modo que la temperatura del fluido caloportador se mantenga por debajo de una temperatura objetivo establecida.
Descripción de las figuras
Otras características, detalles y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción detallada que figura a continuación y del análisis de los dibujos adjuntos, en los que:
Figura 1
[La figura 1] es una vista en perspectiva de un panel solar utilizado en la invención;
Figura 2
[La figura 2] es un esquema simplificado que representa una central solar térmica y la instalación utilizada en la invención;
Figura 3
[La figura 3] es un gráfico que representa la potencia generada por la central solar térmica de la [figura 2] en función del ángulo de inclinación ordenado de los paneles solares en unas condiciones de luz solar dadas;
Figura 4A
[La figura 4A] es un gráfico que representa, en unas condiciones de luz solar dadas, la potencia generada por una central solar térmica de la [figura 2] a lo largo de un día según cuatro demandas de calor diferentes de una instalación;
Figura 4B
[La figura 4B] es un gráfico que representa, en unas condiciones de luz solar dadas, la temperatura obtenida por una central solar térmica de la [figura 2] a lo largo de un día según las cuatro demandas de calor diferentes de una instalación de la [figura 4A]; y
Figura 4C
[La figura 4C] es un gráfico que representa, en unas condiciones de luz solar dadas, el ángulo de inclinación ordenado de los paneles solares de una central solar térmica de la [figura 2] a lo largo de un día según las cuatro demandas de calor diferentes de una instalación de la [figura 4A] y la [figura 4B].
Cabe señalar que, en las figuras, los elementos estructurales y/o funcionales comunes a las distintas realizaciones pueden presentar las mismas referencias. Por tanto, a menos que se indique lo contrario, dichos elementos tienen propiedades estructurales, dimensionales y materiales idénticas.
A menos que se especifique lo contrario, las expresiones “aproximadamente”, “sustancialmente”, “alrededor de”, “del orden de”, etc. significan que es posible una ligera variación en relación con el valor nominal en cuestión, en particular en un pequeño porcentaje, dentro del 10 %.
Por motivos de claridad, solo se han detallado las etapas y elementos útiles para la comprensión de las realizaciones descritas.
Descripción detallada de la invención
Panel solar
La [figura 1] es una vista en perspectiva de un panel 1 solar de una central 2 solar térmica (en lo sucesivo, “central”). Como se muestra en la [figura 2], la central 2 está configurada para suministrar calor a una instalación 3. La instalación 3 puede ser un emplazamiento industrial, una red de calentamiento urbana o cualquier otra estructura. Así pues, la central 2 comprende un circuito 6 hidráulico (que comprende tuberías, válvulas, bombas, etc.) para la conexión a la instalación 3.
Un elemento de almacenamiento térmico (no mostrado) puede estar asociado a la central 2.
Según la realización mostrada en la [figura 1], el panel 1 solar comprende una superficie S. Ventajosamente, la superficie S es plana y se extiende en un plano P. La superficie S también tiene un vector O normal al plano P. Según una realización, el panel 1 solar es un panel plano acristalado. Un panel plano acristalado es diferente de un panel solar de concentración, que suele tener forma parabólica-cilíndrica y funciona según una técnica diferente para concentrar la radiación solar en un fluido caloportador situado en un tubo.
Estos paneles planos son conocidos, por ejemplo, según las denominaciones de marca "SAVO 15 SG” o "SAVO 15 DG” de la sociedad Savosolar, según las denominaciones "HT-HEATstore” o "HT-HEATBoost” de la sociedad Arcon Sunmark, y según la denominación "GK 31333 S” o " GK 3133” de la sociedad GREENoneTEC.
Al irradiar la superficie S del panel 1 solar, se calienta un fluido caloportador, como agua, agua glicolada, vapor o aceite térmico, por ejemplo dispuesto en tubos (no mostrados) situados bajo la superficie S dentro del panel 1 solar. El fluido caloportador circula por el circuito 6 hidráulico hacia la instalación 3.
La central 2 también comprende un sensor 5 de luz solar. Al menos un sensor 5 de luz solar se encuentra en una superficie horizontal con respecto al suelo sobre el que están dispuestos los paneles 1 solares. Además, según la realización de la [figura 1] y opcionalmente, el panel 1 solar también puede comprender un sensor 5 de luz solar situado en la superficie S de un panel 1 solar.
El/los sensor(es) 5 de luz solar está(n) configurado(s) para proporcionar mediciones de irradiación y, en particular, una medición de la irradiancia normal directa DNI (también denominada "Direct Normal Irradiance” en inglés) y una medición de la irradiancia horizontal difusa DHI (también denominada "Diffuse Horizontal Irradiance” en inglés). La central 2 también comprende al menos un sensor de temperatura ambiente exterior, situado en particular a la sombra (no ilustrado). La central 2 también incluye al menos dos sensores para medir la temperatura del fluido caloportador en el circuito 6 hidráulico a la entrada y a la salida de la central 2, respectivamente (no ilustrados). La temperatura, y en particular la temperatura Tc objetivo, se mide de este modo a la salida de la central 2.
El panel 1 solar también comprende un dispositivo 4 de seguimiento.
El dispositivo 4 de seguimiento está configurado para hacer girar, ventajosamente de manera continua, el panel 1 solar en al menos una dirección R de rotación. El dispositivo de seguimiento puede ser, en particular, un dispositivo mecánico, como un tornillo sin fin o una cremallera dentada.
Por "de manera continua” se entiende que el panel 1 solar gira gradualmente, por ejemplo en pasos angulares inferiores o iguales a 2° (grados), o incluso inferiores a 1°, o incluso inferiores a 0,5°.
Sin embargo, esta realización no es limitativa y el dispositivo 4 de seguimiento puede configurarse para hacer girar el panel 1 solar en varias direcciones de rotación, en particular dos direcciones de rotación ventajosamente perpendiculares entre sí.
En la [figura 1], el dispositivo 4 de seguimiento está configurado específicamente para hacer girar el panel 1 solar en torno a una única dirección R de rotación (también conocido como "seguidor de 1 eje”). De este modo, el panel 1 solar puede controlarse para girar un ángulo p de inclinación (en lo sucesivo expresado en grados). El ángulo p de inclinación puede variar, por ejemplo, en un rango angular comprendido entre [-60 : 60].
La irradiancia Gb directa de la superficie S del panel 1 solar es entonces igual a:
[Fórmula matemática 2]
DNI es la irradiancia normal directa y 0 es el ángulo de incidencia (expresado en lo sucesivo en grados) formado entre el vector O normal y la dirección de los rayos L luminosos procedentes directamente del sol.
La irradiancia Gb directa de la superficie S del panel 1 solar es, por tanto, máxima cuando el ángulo 0 de incidencia es igual a 0, es decir, cuando la dirección de los rayos L luminosos y el vector O normal son colineales entre sí. Como se ilustra en la [figura 2], la central 2 comprende ventajosamente una pluralidad de paneles 1 solares como se ha descrito anteriormente y se ilustra en la [figura 1]. Como se ilustra en la [figura 1], los paneles 1 solares pueden estar conectados entre sí en serie y/o en paralelo dentro de la central 2.
Según la realización mostrada en la [figura 2], la central 2 consta de seis paneles 1 solares divididos en dos series. Sin embargo, esta realización es puramente ilustrativa y la central 2 puede comprender obviamente un número mucho mayor de paneles 1 solares.
Los paneles 1 solares están entonces dispuestos ventajosamente en filas según una dirección norte-sur N/S. La dirección R de rotación de los dispositivos 4 de seguimiento de los paneles 1 solares se extiende entonces también en esta dirección norte-sur N/S, lo que permite orientar sus superficies S según una dirección este-oeste E/W en el transcurso de un día.
Alternativamente, y en función del tipo de terreno en el que se instalen, los paneles 1 solares pueden disponerse con una inclinación angular con respecto a la dirección norte-sur N/S.
Modulación de la potencia
A continuación se describe el procedimiento para modular la potencia P generada por una central 2 que comprende uno o más paneles 1 solares. Ventajosamente, los paneles solares giran simultáneamente con el mismo ángulo p de inclinación. Alternativamente, solo algunos de los paneles 1 solares pivotan con el mismo ángulo p de inclinación, pivotando los demás paneles con otro ángulo (no especificado) o permaneciendo inmóviles.
A continuación se describen con más detalle los términos o coeficientes utilizados para mostrar la variación de la potencia P generada por la central 2 en función del ángulo p de inclinación. Algunos otros términos o coeficientes que son independientes del ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares, pero que pueden depender de otros parámetros, no se explican con mayor detalle.
A continuación, el cálculo presentado corresponde a paneles 1 solares en forma de paneles planos acristalados, más particularmente isótropos, siendo el cálculo diferente para otras formas de sensores solares térmicos.
La potencia específica de un panel 1 solar en estado estacionario se ha tomado de la norma ISO 9806:2013 “Energía solar - Sensores térmicos solares - Métodos de prueba”. Esta potencia es igual a:
[Fórmula matemática 3]
Q es la potencia útil “extraída” del panel 1 solar
Ages la superficie total del panel 1 solar;
La irradiancia Gb directa se calcula según la expresión [fórmula matemática 2] anterior;
Gd es la irradiancia difusa en el plano del panel 1 solar;
G es la irradiancia hemisférica en el plano del panel 1 solar. G = Gb Gd;
Eles la irradiancia de longitud de onda larga (X > 3 pm);
9m es la temperatura media del fluido caloportador dentro del panel 1 solar, en °C (grados centígrados). En lo sucesivo, el panel 1 solar se considera en estado estacionario, de modo que la derivada temporal de la temperatura media del fluido caloportador se considera nula;
9a es la temperatura del aire ambiente, en °C (grados centígrados);
Ta es la temperatura absoluta del aire ambiente, en K (Kelvin);
aes la constante de Stefan-Boltzmann;
u es la velocidad del aire que rodea la central 2;
q<0>,b es el rendimiento máximo del panel 1 solar (qb a 9m-9a=0) basada en la irradiancia Gb directa;
0les el ángulo longitudinal de incidencia, es decir, el ángulo formado por el vector O normal y la dirección de los rayos L de luz proyectados en el plano longitudinal;
0tes el ángulo transversal de incidencia: ángulo formado por la normal al plano del panel 1 solar y la dirección de los rayos L de luz proyectados en el plano transversal;
Kb(0L,0T) es el factor de ángulo de incidencia para la irradiancia Gb directa y caracteriza la eficiencia óptica de los paneles 1 solares. El factor de ángulo de incidencia Kb(0L,0T) puede expresarse en función del ángulo 0 de incidencia. En efecto, las componentes transversal y longitudinal del factor de ángulo Kb de incidencia no se tienen en cuenta, por lo que solo se considera el caso de paneles solares isótropos;
Kd es el factor de ángulo de incidencia para la irradiancia Gd difusa;
Ci es el coeficiente de pérdida de calor del panel 1 solar a (Sm - 9a) = 0;
C<2>es el efecto de la temperatura sobre el coeficiente de pérdida de calor;
C<3>es el efecto del viento sobre el coeficiente de pérdida de calor;
C<4>es el efecto de la temperatura del cielo sobre el coeficiente de pérdida de calor;
C<5>es la capacidad térmica efectiva del panel o paneles 1 solares; y este es el efecto del viento sobre el rendimiento óptico.
Para expresar la potencia P generada por una central 2 en estado estacionario en relación con la potencia Q unitaria útil, se han definido ventajosamente los siguientes modelos.
Ap representa la superficie total equivalente a todos los paneles 1 solares de la central 2.
[Fórmula matemática 4]
N es el número de paneles 1 solares de la central 2 y Ages la superficie total de un panel 1 solar.
"Psombra es la fracción de la central 2 que se considera sombreada, es decir, que no recibe irradiación solar directa. La fracción psombra se considera en lo sucesivo independiente del ángulo p de inclinación.
Rtes la resistencia térmica conductiva equivalente del circuito 6 hidráulico. Permite caracterizar las pérdidas de calor estáticas de las tuberías de la central 2 (es decir, que conectan los paneles 1 solares y la instalación 3).
Teniendo en cuenta estos diferentes modelos, la potencia P de una central 2 en estado estacionario puede expresarse de la siguiente manera:
[Fórmula matemática 5]
En el contexto de la presente invención, los desarrollos matemáticos que se exponen a continuación se han realizado a partir de la expresión [Fórmula matemática 5] para caracterizar la variación de la potencia P de una central 2 en función del ángulo p de inclinación.
Ventajosamente, estos desarrollos matemáticos permiten simplificar el cálculo de la potencia P manteniendo una precisión satisfactoria para determinar el control de potencia del grupo 2 únicamente en función del ángulo p de inclinación.
El factor Kb de ángulo de incidencia puede expresarse mediante la siguiente expresión:
[Fórmula matemática 6]
b0 es una constante óptica del panel 1 solar.
Según el modelo de Perez, la irradiancia Gd difusa puede expresarse en función del ángulo p de inclinación y de las mediciones de irradiancia en el plano horizontal del suelo proporcionadas por el sensor o sensores 5 de luz solar: [Fórmula matemática 7]
La irradiancia horizontal difusa DHI y la irradiancia horizontal global GHI (también denominada “Global Horizontal Irradiance” en inglés) son independientes del ángulo 0 de incidencia y del ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares.
Los coeficientes F1', F2' son independientes del ángulo p de inclinación y los valores se tabulan en función del día del año, de la altura He solar y del valor de la irradiancia horizontal difusa DHI.
La relación a/c se calcula mediante la siguiente expresión:
[Fórmula matemática 8]
a max( 0; cos(í?))
c max(cos(85°);sen(ífe))
He es la altura solar independiente del ángulo 0 de incidencia y del ángulo p de inclinación.
La irradiancia horizontal global GHI puede expresarse en términos de la irradiancia normal directa DNI y la irradiancia horizontal difusa DHI mediante la siguiente expresión:
[Fórmula matemática 9]
La irradiación EL resulta de la suma del flujo de radiación Lin atmosférica y del flujo de radiación infrarroja reflejada por el suelo Lup, ambos medibles y proyectables sobre el plano P de las superficies S de los paneles 1 solares, si consideramos un cielo isótropo:
[Fórmula matemática 10]
^l cosC/T)^ fl-cos(/7)^
E L = L m+E ,np
V / V
El ángulo 0 de incidencia puede expresarse a su vez en función del ángulo p de inclinación. A continuación, se considera que todos los paneles 1 solares se extienden en dirección norte/sur N/S.
[Fórmula matemática 11]
Azes el acimut del sol.
Por último, el procedimiento según la invención permite expresar la potencia P generada por la central 2 únicamente en función del ángulo p de inclinación, según la expresión:
[Fórmula matemática 12]
[Fórmula matemática 13]
3sen{He)
[Fórmula matemática 14]
[Fórmula matemática 15]
Sin embargo, esta expresión solo es válida para el ángulo p de inclinación comprendido entre [-90 : 90] y 9 comprendido entre [0 : 90].
Evidentemente, esta ley de potencia depende de otros parámetros, en particular de las condiciones meteorológicas y de la configuración de la central 2.
Más concretamente, los valores de irradiación que se tienen en cuenta en la ley de potencia son medidos por el sensor o sensores 5 de luz solar en tiempo real. Por tanto, estos valores se tienen en cuenta para determinar el ángulo de inclinación.
Por tanto, la potencia Pmax máxima que puede generar la central 2 puede determinarse mediante el valor del ángulo de inclinación de Pmax. La potencia Pmax máxima depende del recurso solar disponible en un momento dado.
Entre los valores de potencia Pmax máxima y mínima Pmin, es posible adaptar, ventajosamente en tiempo real, la potencia térmica producida por la central 2 determinando el ángulo p de inclinación que permita obtener la potencia P deseada.
Por “tiempo real” se entiende en particular que la potencia P generada por la central 2 puede modificarse, en particular en base a la ley de potencia, durante un periodo inferior a 30 minutos, o incluso inferior a 5 minutos, o incluso inferior a 1 minuto, o incluso inferior a 10 segundos.
Por ejemplo, la potencia P generada se define como una fracción fmod (expresada en %) de la potencia Pmax máxima:
[Fórmula matemática 16]
Ejemplos de simulación
La [figura 3] muestra un ejemplo de la potencia P generada por una central 2 en función del ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares (curva A1). Esta potencia P generada se representa a un instante determinado del día, suponiendo que se conocen parámetros distintos del ángulo p de inclinación, tales como datos meteorológicos o topológicos.
Obsérvese que la potencia Pmax máxima de la central 2 es igual a 2000 kW y corresponde a un ángulo p de inclinación de -58°.
Si se desea generar una potencia P igual al 75 % de la potencia Pmax máxima, es decir, una potencia P igual a 1500 kW, son posibles dos ángulos p de inclinación de los paneles 1 solares, a saber, -90° y -15°. Sin embargo, solo un ángulo p de inclinación se encuentra comprendido en el rango angular accesible de los paneles 1 solares, de modo que el ángulo p de inclinación deberá ser igual a -15°.
También hay que señalar que, a partir de determinados valores del ángulo p de inclinación, la potencia P generada por la central 2 es negativa porque la irradiación de las superficies S de los paneles 1 solares ya no puede compensar las pérdidas térmicas y radiativas de la central 2. Esto provoca un descenso de la temperatura del fluido caloportador.
La [figura 4A], [figura 4B] y [figura 4C] ilustran respectivamente la potencia P generada, la temperatura T de la central 2 y el ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares a lo largo de un día (expresado en 24h) según cuatro simulaciones diferentes. Estas cuatro simulaciones corresponden todas a la implementación de una central ficticia con una potencia Pmax máxima del orden de 2,4 MW, situada en Marsella (Francia) y que funciona en modo nominal en torno a una temperatura de consigna de unos 80/90°C (grados centígrados). La central 2 comprende una superficie S acumulada de paneles 1 solares igual a 3000 m2, pudiendo variar el ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares entre [-60 : 60].
En estas cuatro simulaciones, se desea que la central 2 alcance rápidamente la temperatura T de consigna y la mantenga durante todo el día. Cada simulación tiene como objetivo una temperatura T de consigna correspondiente a una potencia P generada igual respectivamente al 25 % (correspondiente a las curvas B1, C1 y D1), al 50 % (correspondiente a las curvas B2, C2 y D2), al 75 % (correspondiente a las curvas B3, C3 y D3) y al 100 % (correspondiente a las curvas B4, C4 y D4) de la potencia Pmax máxima de la central 2.
Como la fase de precalentamiento es común a las cuatro simulaciones, la temperatura de consigna se alcanza en torno a las 07:00 h. La figura 4A muestra que las curvas B1-B4 de las cuatro simulaciones se fusionan hasta que se alcanza esta temperatura de consigna. La potencia generada por cada simulación permite entonces mantener satisfactoriamente esta temperatura de consigna en función de la potencia térmica respectiva que debe suministrarse a la instalación 3.
Las curvas B1-B3 muestran un pico alrededor de las 13:00 h correspondiente a una inversión angular de los paneles 1 solares para obtener un valor de ángulo p de inclinación que permanece dentro del rango angular accesible. Esta inversión es especialmente visible en la [figura 4C] (curvas D1-D3).
Esta inversión provoca temporalmente una irradiación máxima de los paneles 1 solares. Esta inversión angular conduce de este modo a una potencia generada temporalmente superior a la demandada (curvas B1-B3) y a un aumento temporal de la temperatura por encima de la temperatura de consigna (curvas C1-C3). Tras la inversión, una fase de regulación que consiste en enfriar la central 2 permite volver a la temperatura de consigna para cada simulación. En particular, la temperatura se estabiliza de nuevo en torno al valor de consigna antes de que pueda reanudarse la modulación de potencia proporcionada según el nivel de potencia demandado.
Ventajas
Como se ha mencionado anteriormente, la modulación de la potencia P generada por la central 2 se consigue optimizando el ángulo p de inclinación de los paneles 1 solares según la ley de potencia.
Por supuesto, la precisión de los valores del ángulo p de inclinación determinados de este modo depende de la ley de potencia modelizada y, en particular, de las aproximaciones que se hayan realizado y del número de parámetros que se hayan tenido en cuenta.
De este modo, es posible adaptar en tiempo real la potencia P generada en función de la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación 3, manteniendo una temperatura de consigna determinada.
A diferencia de la solución de la técnica anterior, el procedimiento de la presente invención permite suprimir cualquier retardo en la modulación de la potencia térmica generada por la instalación al determinar el ángulo p de inclinación directamente a partir de la ley de potencia térmica modelizada y a partir de la irradiación medida en tiempo real por los sensores de luz solar y no a partir de la potencia térmica medida resultante de la irradiación. Esto tiene como ventaja permitir un mejor dimensionado de la capacidad de la central 2.
En efecto, para maximizar la potencia generada en las centrales actuales, ya se conocen los dispositivos 4 de seguimiento de los paneles 1 solares, que se utilizan para seguir la trayectoria teórica del sol de este a oeste según un eje de rotación norte-sur. Por ejemplo, si los dispositivos 4 de seguimiento se colocan de forma óptima, la componente transversal de los rayos L de luz en las superficies S de los paneles 1 solares se anula. La potencia generada por la central 2 se maximiza entonces teóricamente minimizando el ángulo 0 de incidencia a lo largo del día.
Sin embargo, si la capacidad de la central está sobredimensionada y, en particular, si la potencia máxima de la central es demasiado elevada en determinados momentos en comparación con la potencia térmica que debe suministrarse a la central 3, se producirá un sobrecalentamiento de la central.
Gracias al procedimiento de modulación según la invención, es posible sobredimensionar la capacidad de la central 2 sin riesgo de sobrecalentamiento. Como la central 2 tiene una gran capacidad, puede producir calor de forma económica y suficiente, modulando al mismo tiempo la potencia generada de vez en cuando si fuera necesario, y en particular si hay poca potencia térmica que suministrar.
Además, esto elimina la necesidad de almacenamiento de calor adicional o cualquier otra solución técnica para gestionar el sobrecalentamiento.
En caso de sobrecalentamiento, el ángulo p de inclinación puede adaptarse para limitar la irradiación de los paneles 1 solares y reducir de este modo la potencia generada.
Por supuesto, la invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente, que se proporcionan únicamente a modo de ejemplo.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para modular una potencia (P) generada por una central (2) solar térmica que comprende al menos un panel (1) solar, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - se dispone de al menos un panel (1) solar que comprende un dispositivo (4) de seguimiento configurado para hacer girar el panel (1) solar según al menos una dirección (R) de rotación; - se dispone de una instalación (3) para suministrar potencia térmica variable en el tiempo a partir de la irradiación recibida por el panel (1) solar; - se determina un ángulo (P) de inclinación del panel (1) solar para producir la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación (3) a partir de la irradiación medida en tiempo real; y - se gira el panel (1) solar con el dispositivo (4) de seguimiento hasta alcanzar el ángulo (P) de inclinación determinado.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se determina en tiempo real el ángulo (P) de inclinación del panel (1) solar para producir la potencia térmica que debe suministrarse a la instalación (3).
  3. 3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el panel (1) solar se gira continuamente, en particular a lo largo de un día, con el dispositivo (4) de seguimiento para alcanzar el ángulo (P) de inclinación determinado.
  4. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ángulo (P) de inclinación del panel (1) solar se determina para generar una potencia (P) correspondiente a la potencia térmica que va a suministrarse a la instalación (3) dentro del límite de la potencia solar disponible, a partir de una ley de potencia escrita de la siguiente manera:
    en la que kc, ks, kk son coeficientes independientes del ángulo de inclinación.
  5. 5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la central (2) solar térmica comprende un fluido caloportador configurado para transportar una potencia térmica que se suministrará a la instalación (3), y en el que el panel (1) solar se pivota con el dispositivo (4) de seguimiento de modo que la temperatura del fluido caloportador se mantenga por debajo de una temperatura objetivo determinada.
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CN112963975A (zh) * 2021-04-15 2021-06-15 西安热工研究院有限公司 一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19912007A1 (de) * 1999-03-17 2000-09-21 Gerhard Schulz Solarkompaktanlage
US7055519B2 (en) * 2003-12-10 2006-06-06 United Technologies Corporation Solar collector and method
DE102006042888A1 (de) * 2005-12-06 2007-06-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Vorrichtung und Verfahren zur technischen Nutzung von Sonnenenergie
FR2910600B1 (fr) * 2006-12-26 2009-01-30 Philippe Liot Procede de regulation de la puissance d'une installation de fourniture d'eau chaude
DE102007044063B4 (de) * 2007-09-14 2010-03-18 Heinrich Merkel Nachführbare solarthermische Anlage zur Erzeugung von Wärme aus Sonnenergie
US20120210999A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Straeter James E Solar heating system for a hot water heater
US20130048049A1 (en) * 2011-08-22 2013-02-28 Kent Flanery Method and apparatus for controlling photovoltaic plant output using lagging or leading tracking angle
WO2015155771A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-15 Dedul Kirill Overheating preventing solar heating system
DE202014005863U1 (de) * 2014-07-18 2014-09-10 Dongdong Chen Ein Solar-Warmwasserbereiter gegenüber der Sonne

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