ES1325901U - Dispositivo de autoconsumo termico fotovoltaico - Google Patents

Abstract

Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, caracterizado por estar constituido a partir de una carcasa (1) paralelepipédica de aproximadamente 180 cm. de altura y de aproximadamente 70 cm. de ancho, susceptible de conectarse con una o varias calderas, que presenta una conexión a una planta fotovoltaica (2), que está dotada de una pluralidad de salidas de ventilación (3) y de unas patas regulables (4) en su base, provista en su cara frontal de una pantalla de control (5), un botón de parada de emergencia (6) y una puerta de acceso (7) a los componentes internos, mientras que en la cara posterior se encuentran unas conexiones hidráulicas (8) que son las del tubo de llenado, tubo de entrada y tubo de salida, albergando en la carcasa, en la zona superior, unos disipadores de calor (9), mientras que en la zona central se encuentra un depósito acumulador (10) con cinco resistencias en corriente continua, válvulas de seguridad y bomba de recirculación (11), conectado a su vez a un intercambiador de placas (12), disponiendo dicha carcasa de un circuito electrónico programado (13), provisto a su vez de magnetotérmicos de protección.

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0004] DISPOSITIVO DE AUTOCONSUMO TÉRMICO FOTOVOLTAICO

[0007] OBJETO DE LA INVENCIÓN

[0009] La presente invención se refiere a un sistema de autoconsumo térmico fotovoltaico, concebido para convertir de forma directa energía eléctrica generada por una placa solar en energía térmica útil, sin necesidad de conexión a la red eléctrica, y con integración auxiliar en instalaciones térmicas existentes. Se trata de un equipo compacto, con protecciones, control, comunicaciones e intercambiador integrados, diseñado para una instalación rápida y sencilla, logrando así una solución eficiente, segura y fiable para reducir el consumo de combustibles fósiles y la dependencia de energía de compañías comercializadoras.

[0011] Actualmente, el sector de la calefacción y la producción de agua caliente sanitaria depende en gran medida de calderas de combustibles fósiles, instalaciones solares térmicas con circuitos primarios y, más recientemente, bombas de calor. Todos estos sistemas presentan ciertos inconvenientes que pueden ser resueltos con la invención que se propone.

[0013] Concretamente, los sistemas tradicionales presentan altos costes en su implementación, requieren requisitos técnicos complejos, y dependen de fuentes energéticas externas. Estos aspectos dificultan su adopción masiva e impiden una instalación sencilla en edificios ya existentes.

[0015] En el caso de las calderas, a pesar de su robustez y amplio uso, mantienen una dependencia directa de fuentes fósiles como el gas o el gasóleo, con los riesgos económicos y medioambientales asociados. Además, estas calderas generan emisiones de CO2, lo que afecta negativamente al cumplimiento de objetivos de sostenibilidad.

[0017] Por su parte, las resistencias eléctricas conectadas a red presentan una solución sencilla, pero requieren a menudo una ampliación de la potencia contratada, lo que eleva los costes de operación y limita la flexibilidad. Además, no aprovechan directamente la corriente continua generada por plantas fotovoltaicas, desperdiciando así una oportunidad de eficiencia.

[0019] En los casos en que se utiliza la ruta convencional de aprovechamiento de energía fotovoltaica, esto es, pasando por un inversor hacia la red para luego alimentar resistencias eléctricas, se introducen múltiples etapas de conversión con las consiguientes pérdidas de energía. Además, este tipo de sistema sigue dependiendo de la red, lo que lo hace vulnerable ante cortes o limitaciones contractuales.

[0021] Otro enfoque habitual es la energía solar térmica con circuito primario que, si bien puede resultar eficaz, requiere una infraestructura hidráulica específica (fluido térmico, bombas, válvulas, sistemas de seguridad), con mantenimiento condicionado por la estacionalidad, la orientación y el clima del lugar. Su implementación, además, implica un espacio considerable y una integración compleja.

[0023] Las bombas de calor representan una opción eficiente desde el punto de vista energético, pero su uso también conlleva limitaciones: necesitan conexión a red eléctrica, potencia pico disponible y un control de refrigerantes y fluidos que complica su integración en salas de instalaciones ya existentes. Además, en muchos casos, las condiciones de red eléctrica o espacio impiden su instalación óptima.

[0025] Frente a estas limitaciones, la presente invención propone una solución novedosa y eficaz. Se trata de un equipo compacto, industrial, listo para conectarse directamente en paralelo a un sistema de calefacción existente, sin necesidad de conexión a la red, sin ampliaciones de potencia contratada, y sin obras hidráulicas complejas. Éste incluye todos los elementos necesarios para transformar energía fotovoltaica en calor: entrada en corriente continua desde planta fotovoltaica, protecciones eléctricas, control electrónico, intercambiador térmico de alta potencia, comunicaciones industriales, panel táctil, y sistema de conmutación con prioridad térmica.

[0027] La presente invención tiene su campo de aplicación en el sector de las energías renovables y, en particular, en el ámbito de las instalaciones térmicas industriales, comerciales o residenciales que requieran calefacción o producción de agua caliente sanitaria, tales como hoteles, hospitales, centros deportivos, edificios comerciales e instalaciones industriales.

[0028] ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0030] En el estado de la técnica son conocidos documentos relacionados con la invención propuesta, sin embargo, ninguno de ellos aporta las ventajas de ésta ni resuelven de la misma manera los inconvenientes mencionados anteriormente.

[0032] En el documento CN 105 157 214 A encontramos un calentador de agua fotoeléctrico con función de regulación y control inteligente. El calentador de agua comprende un depósito de agua, una parte de calentamiento y un controlador. La parte de calentamiento comprende una sección de calentamiento de corriente continua alimentada por una célula solar fotovoltaica y una sección de calentamiento de corriente alterna de 220 V. La sección de CC incluye un tubo calefactor eléctrico, un interruptor de calefacción de corriente continua fotovoltaica y una célula solar; mientras que la sección de CA incluye un tubo calefactor eléctrico de corriente alterna y su respectivo interruptor. Ambos tubos calefactores están ubicados dentro del depósito de agua. El controlador regula la conexión y desconexión de los interruptores de calefacción. Además, el sistema incluye sensores de temperatura y nivel del agua conectados al controlador, así como un dispositivo de detección de voltaje en el bucle de conexión entre la célula solar y el controlador.

[0034] A diferencia de la invención que se propone, este documento presenta un dispositivo que depende de un depósito de agua interno y requiere de red eléctrica.

[0036] Por otro lado, en el documento CN 118 935 724 A encontramos un sistema de calentamiento de agua solar fotovoltaico que comprende un depósito de agua, un controlador inteligente, un dispositivo de calentamiento de corriente alterna, un dispositivo de calentamiento de corriente continua y un panel solar fotovoltaico. El controlador inteligente gestiona el calentamiento mediante CC cuando el voltaje generado por el panel fotovoltaico alcanza el valor establecido. Si no lo alcanza, el sistema activa el calentamiento con CA proveniente de una fuente externa. Cuando el panel fotovoltaico presenta fallos, se detiene su funcionamiento.

[0038] A diferencia de la invención propuesta, este documento presenta un dispositivo que depende de la red eléctrica, diseñado exclusivamente para agua caliente sanitaria y que no integra módulos.

[0039] Así mismo, en el documento CN 218 154800 U se aporta un calentador de agua fotovoltaico de doble potencial, que comprende un depósito de agua, un tubo calefactor de corriente continua y un tubo calefactor de corriente alterna, ambos instalados en el depósito. El tubo de CC está conectado a un módulo fotovoltaico mediante un circuito de CC, y el tubo de CA está conectado a una red eléctrica. Ambos circuitos están gestionados por un controlador inteligente que permite seleccionar el modo de calentamiento. Un sensor de temperatura instalado en el depósito permite regular la temperatura del agua a través del controlador.

[0041] A diferencia de la invención propuesta, este documento presenta un dispositivo que requiere un depósito y que no dispone de monitorización ni modulación rápida.

[0043] Finalmente, en el documento CN 118 347 149 A se encuentra un controlador inteligente para calentadores de agua y un sistema de calentamiento de agua fotovoltaico. El sistema comprende un sistema de generación de energía fotovoltaica, una entrada de corriente alterna, un calentador de agua y el controlador inteligente. Este controlador incluye un módulo de gestión EMS conectado al sistema FV, la entrada AC y el calentador. La entrada AC puede ser una red eléctrica y/o un sistema de almacenamiento. El módulo EMS está configurado para obtener la potencia del sistema FV y del calentador, y en función de esos datos ajustar la generación FV y el suministro desde la entrada AC al calentador.

[0045] A diferencia de la invención que se propone, este documento aporta un dispositivo que requiere inversores y múltiples conversiones eléctricas y que es más complejo de instalar.

[0047] Si bien en estos y otros documentos presentes en el estado de la técnica encontramos invenciones relacionadas con la invención que se propone, ninguno aporta una solución eficaz como el producto que se pretende proteger, dejando irresueltos los inconvenientes comentados previamente.

[0050] DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0052] Así, la presente invención está constituida a partir de los siguientes elementos: Una carcasa paralelepipédica de aproximadamente 180 cm. de altura y de aproximadamente 70 cm. de ancho, susceptible de conectarse con una o varias calderas, que presenta una conexión a una planta fotovoltaica, que está dotada de una pluralidad de salidas de ventilación y de unas patas regulables en su base, provista en su cara frontal de una pantalla de control, un botón de parada de emergencia y una puerta de acceso a los componentes internos, mientras que en la cara posterior se encuentran unas conexiones hidráulicas que son las del tubo de llenado, tubo de entrada y tubo de salida.

[0054] La carcasa alberga en la zona superior unos disipadores de calor, mientras que en la zona central se encuentra un depósito acumulador con cinco resistencias en corriente continua, válvulas de seguridad y bomba de recirculación, conectado a su vez a un intercambiador de placas, disponiendo dicha carcasa de un circuito electrónico programado, provisto a su vez de magnetotérmicos de protección.

[0056] El circuito electrónico es susceptible de admitir conexiones remotas y de ser controlado desde un ordenador remoto, a la vez de detectar la demanda térmica del edificio en el que se encuentra la invención y regular la potencia eléctrica que llega a la invención. Dicho circuito electrónico dispone de un programa personalizable según las necesidades del usuario y, estando conectado a una planta fotovoltaica, funciona con corriente continua sin inversor.

[0058] Alternativamente, la invención dispone de un controlador de corriente conectado por un lado a ella, y por otro lado a la planta fotovoltaica. Dicho dispositivo controla la corriente que entra y que sale discriminando las necesidades reales de energía en todo momento.

[0060] El funcionamiento de todo el sistema se basa en la conexión de la invención con la planta fotovoltaica por un lado y con una o varias calderas por el otro, siendo la invención la que recibe primeramente toda el agua fría del retorno del sistema de calefaccion y la calienta siempre que haya sol o claridad de luz a través de la planta fotovoltaica, haciendo innecesario el funcionamiento de las calderas, en su totalidad o parcialmente. Sin embargo, si no hay energía suficiente disponible de la planta fotovoltaica, por ejemplo, por las noches o días nublados, no calienta el agua, sino que activa las calderas para que sean éstas las que funcionen y calienten el agua, pero a poca claridad o luz que haya, el equipo empieza a calentar el agua, y cada grado de temperatura que nuestra invención suba el agua, esos grados ya no habrá que calentarlos con combustibles.

[0062] El circuito electrónico permite una entrada de corriente continua procedente de una planta fotovoltaica, lo que permite a su vez el aprovechamiento directo de la energía generada sin necesidad de inversores ni conversión intermedia. Esta entrada está diseñada para aceptar diferentes rangos de tensión y corriente, incluyendo protecciones integradas frente a sobreintensidades, cortocircuitos y desconexión mediante interruptor DC.

[0064] El circuito electrónico, alimentado por una fuente auxiliar de 230 Vac (300 W), gestiona la modulación de la potencia térmica, las protecciones, alarmas, consignas y programación horaria.

[0066] El intercambiador de placas es de alta potencia, capaz de entregar hasta 100 kW de potencia térmica con una temperatura de salida ajustable entre 5 °C y 92 °C y una presión máxima de trabajo de 6 bar. El intercambiador permite una modulación rápida de potencia (tiempo de respuesta de 500 ms) y está preparado para operar con caudales de hasta 4,4 m3/h, siendo capaz de generar un gradiente térmico de 50 °C con 1,7 m3/h de caudal.

[0068] Esta invención permite la colocación en serie de tantos equipos sean necesarios, siempre acorde con la planta fotovoltaica se pueda colocar en la instalación.

[0070] Estas características permiten que la invención propuesta aporte una serie de ventajas, entre las cuales se encuentran las siguientes:

[0072] • Descarbonización: no emplea combustibles fósiles ni consumo de red eléctrica para la producción de calor.

[0074] • Independencia energética: aprovecha generación local fotovoltaica y reduce la exposición a precios de energía.

[0076] • Integración sencilla: conexión auxiliar a colectores existentes, sin ampliaciones de potencia contratada.

[0077] • Costes contenidos: convierte costes variables en costes cercanos a cero en el aporte térmico renovable.

[0079] • Seguridad y fiabilidad: conjunto de protecciones eléctricas y grado IP54 con ventilación forzada.

[0081] • Monitorización y control: interfaz táctil, comunicaciones remotas, programador horario y alarmas.

[0083] • Escalabilidad: posibilidad de instalación de múltiples unidades de la invención para mayores demandas.

[0085] • La invención permite simplificar todo el proceso de instalación y no requiere autorizaciones especiales.

[0088] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0090] Para una mejor comprensión de esta memoria descriptiva se acompañan unos dibujos que, a modo de ejemplo no limitativo, describen una realización preferida de la invención:

[0092] Figura 1.- Vista en alzado de la cara frontal del exterior de la invención.

[0094] Figura 2.- Vista en alzado de la cara posterior del exterior de la invención.

[0096] Figura 3.- Vista en alzado del interior de la invención.

[0098] En dichas figuras se destacan los siguientes elementos numerados:

[0100] 1. Carcasa.

[0102] 2. Conexión a planta fotovoltaica.

[0104] 3. Salidas de ventilación.

[0105] 4. Patas regulables.

[0107] 5. Pantalla de control.

[0109] 6. Botón de parada de emergencia.

[0111] 7. Puerta de acceso.

[0113] 8. Conexiones hidráulicas.

[0115] 9. Disipadores de calor.

[0117] 10. Depósito acumulador.

[0119] 11. Bomba de recirculación.

[0121] 12. Intercambiador de placas.

[0123] 13. Circuito electrónico programado.

[0126] REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN

[0128] Una realización preferida de la invención propuesta se constituye a partir de los siguientes elementos: una carcasa (1) paralelepipédica de aproximadamente 180 cm. de altura y de aproximadamente 70 cm. de ancho, susceptible de conectarse con una o varias calderas, que presenta una conexión a una planta fotovoltaica (2), que está dotada de una pluralidad de salidas de ventilación (3) y de unas patas regulables (4) en su base, provista en su cara frontal de una pantalla de control (5), un botón de parada de emergencia (6) y una puerta de acceso (7) a los componentes internos, mientras que en la cara posterior se encuentran unas conexiones hidráulicas (8) que son las del tubo de llenado, tubo de entrada y tubo de salida.

[0130] La carcasa alberga en la zona superior unos disipadores de calor (9), mientras que en la zona central se encuentra un depósito acumulador (10) con cinco resistencias en corriente continua, válvulas de seguridad y bomba de recirculación (11), conectado a su vez a un intercambiador de placas (12), disponiendo dicha carcasa de un circuito electrónico programado (13), provisto a su vez de magnetotérmicos de protección.

[0132] El circuito electrónico (13) es susceptible de admitir conexiones remotas y de ser controlado desde un ordenador remoto, a la vez de detectar la demanda térmica del edificio en el que se encuentra la invención y regular la potencia eléctrica que llega a la invención. Dicho circuito electrónico dispone de un programa personalizable según las necesidades del usuario y, estando conectado a una planta fotovoltaica, funciona con corriente continua sin inversor.

[0134] El circuito electrónico (13), alimentado por una fuente auxiliar de 230 Vac (300 W), gestiona la modulación de la potencia térmica, las protecciones, alarmas, consignas y programación horaria.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

1. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, caracterizado por estar constituido a partir de una carcasa (1) paralelepipédica de aproximadamente 180 cm. de altura y de aproximadamente 70 cm. de ancho, susceptible de conectarse con una o varias calderas, que presenta una conexión a una planta fotovoltaica (2), que está dotada de una pluralidad de salidas de ventilación (3) y de unas patas regulables (4) en su base, provista en su cara frontal de una pantalla de control (5), un botón de parada de emergencia (6) y una puerta de acceso (7) a los componentes internos, mientras que en la cara posterior se encuentran unas conexiones hidráulicas (8) que son las del tubo de llenado, tubo de entrada y tubo de salida, albergando en la carcasa, en la zona superior, unos disipadores de calor (9), mientras que en la zona central se encuentra un depósito acumulador (10) con cinco resistencias en corriente continua, válvulas de seguridad y bomba de recirculación (11), conectado a su vez a un intercambiador de placas (12), disponiendo dicha carcasa de un circuito electrónico programado (13), provisto a su vez de magnetotérmicos de protección.

2. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, según reivindicación 1, caracterizado por que el circuito electrónico (13) es susceptible de admitir conexiones remotas y de ser controlado desde un ordenador remoto, a la vez de detectar la demanda térmica del edificio en el que se encuentra la invención y regular la potencia eléctrica que llega a la invención.

3. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, según reivindicaciones 1 a la 2, caracterizado por que el circuito electrónico (13) dispone de un programa personalizable y por que se encuentra conectado a una planta fotovoltaica funcionando con corriente continua sin inversor.

4. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, según reivindicaciones 1 a la 3, caracterizado por que el circuito electrónico (13) presenta una configuración susceptible de aceptar diferentes rangos de tensión y corriente, incluyendo protecciones integradas frente a sobreintensidades, cortocircuitos y desconexión mediante interruptor DC.

5. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, según reivindicaciones 1 a la 4, caracterizado por que el circuito electrónico (13), alimentado por una fuente auxiliar de 230 Vac (300 W), es susceptible de gestionar la modulación de la potencia térmica, las protecciones, alarmas, consignas y programación horaria.

6. - Dispositivo de autoconsumo térmico fotovoltaico, según reivindicaciones 1 a la 5, caracterizado por que dispone de un controlador de corriente conectado por un lado a ella, y por otro lado a la planta fotovoltaica.