ES2609433T3

ES2609433T3 - Instalación solar y procedimiento el funcionamiento de una instalación solar

Info

Publication number: ES2609433T3
Application number: ES11723093.8T
Authority: ES
Inventors: Andreas Warzecha
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: CN103003636A; WO2011160941A3; EP2585765A2; WO2011160941A2; PT2585765T; EP2585765B1; CN103003636B; BR112012032546A2; DE102010025115A1

Abstract

Instalación solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefacción de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores (1), opcionalmente con entrega directa de energía solar, a través de un intercambiador de calor de placas (3) o a través de un acumulador intermedio, a al menos dos consumidores de calor con en cada caso un acumulador de calor (5, 5'), en cada caso con un equipo regulador local (6, 6') para el registro de datos de energía de los consumidores de calor, con un equipo regulador de orden superior (7) para el al menos un campo de colectores (1) y una red de distribución de calor, que está conectado en red con los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor, presentando la red de distribución de calor conductos de unión con al menos una bomba (8) para un medio caloportador para la distribución de la cantidad de energía disponible a los consumidores de calor, estando los equipos reguladores locales (6, 6') conectados en red con el equipo regulador de orden superior (7) a través de un equipo de comunicación y presentando en cada caso un identificador local, y pudiendo introducirse en los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso, caracterizada por que la instalación solar está configurada para entregar el valor introducido localmente para el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso al equipo regulador de orden superior (7), estando configurado el equipo regulador de orden superior (7) para evaluar y procesar tanto volúmenes individuales, que son los valores individuales para los volúmenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores, como un volumen global, que es la suma total de los volúmenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Instalacion solar y procedimiento el funcionamiento de una instalacion solar

La invention se refiere a una instalacion solar y a un procedimiento para el funcionamiento de una instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, segun el preambulo de las reivindicaciones 1 y 2. Una instalacion solar de este tipo y un procedimiento de este tipo se conocen por ejemplo a partir del documento US 2010/0083950 A1.

Por el estado de la tecnica se conocen grandes instalaciones termosolares, que abastecen con energla solar a diversos consumidores como por ejemplo instalaciones de viviendas en edificios de viviendas y similares. Tales grandes instalaciones presentan al menos un campo de colectores, que proporciona energla solar de manera regulada con un equipo regulador de orden superior como regulador de campo de colectores. El consumidor presenta un acumulador de calor, una estacion de agua dulce y/o una estacion de entrega, por ejemplo, para cada consumidor subordinado, tal como una vivienda en un edificio de viviendas.

Opcionalmente se produce una entrega directa de energla solar desde el circuito solar, a traves de un intercambiador de calor de placas o a traves de un acumulador intermedio que es calentado por el circuito solar, a la red de distribution de calor asociada con al menos una bomba. La solution con un acumulador intermedio central se ha impuesto predominantemente para obtener una capacidad de acumulacion de calor suficiente en una instalacion y tambien para su supervision.

A fin de regular la reception por el consumidor de calor, cada consumidor presenta un equipo regulador local, que constituye junto con el equipo regulador de orden superior un sistema regulador. Los equipos reguladores locales se comunican con el regulador de campo de colectores. Entre otras cosas se transmiten por ejemplo datos de consumidor tales como una demanda de calor. Con ayuda de los datos transmitidos, el regulador de campo de colectores determina una posible recepcion de calor del consumidor con los correspondientes requisitos de temperatura. No obstante, hasta le fecha se usaban como gula solamente valores de temperatura que se predefinlan como valores teoricos del consumidor o que estaban presentes como valores de medicion actuales en el lado del consumidor. Si un consumidor de calor presentaba una capacidad de acumulacion de calor, y como de grande era esta, no era relevante hasta la fecha. Por tanto, podia suceder que la instalacion solar, en caso de irradiation solar alta, llegara a un estado de estancamiento debido a que las temperaturas del sistema se han alcanzado o superado o a una capacidad de acumulacion agotada en el acumulador intermedio central, aunque eventualmente en el sistema dispuesto aguas abajo con los consumidores de calor conectados todavia hubiese capacidades de acumulacion.

El documento US 2010/0083950 A1 da a conocer una instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores.

La invencion se basa en el objetivo de crear una instalacion solar optimizada y un procedimiento optimizado para el funcionamiento de una instalacion solar, para un modo de proceder lo mas adaptado posible a las necesidades y por tanto energeticamente eficiente.

Segun la invencion esto se soluciona con las caracteristicas de la revindication 1 y 2. Perfeccionamientos ventajosos pueden desprenderse de las reivindicaciones dependientes.

La instalacion solar de acuerdo con la invencion, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores, opcionalmente entrega directa de energia solar a traves de un intercambiador de calor de placas o a traves de un acumulador intermedio, al menos dos consumidores de calor con en cada caso un acumulador de calor, en cada caso con un equipo regulador local para el registro de datos de energia de los consumidores de calor, con un equipo regulador de orden superior para el al menos un campo de colectores y una red de distribucion de calor, que esta conectada en red con los equipos reguladores locales de los consumidores de calor, presentando la red de distribucion de calor conductos de union con al menos una bomba para un medio caloportador para distribuir la cantidad de energia disponible a los consumidores de calor, estando los equipos reguladores locales conectados en red con el equipo regulador de orden superior a traves de un equipo de comunicacion, presentando en cada caso un identificador local, y pudiendo introducirse en los equipos reguladores locales de los consumidores de calor el volumen del acumulador de calor asociado en cada caso, esta caracterizada por que la instalacion solar esta configurada para entregar el valor introducido localmente para el volumen del acumulador de calor asociado en cada caso al equipo regulador de orden superior, estando configurado el equipo regulador de orden superior para evaluar y procesar tanto volumenes individuales, que son los valores individuales para los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores, como un volumen global, que es la suma total de los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

El procedimiento de acuerdo con la invention para el funcionamiento de una instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores, al menos dos consumidores de calor con en cada caso un acumulador de calor, con una red de distribution de calor que presenta conductos de union para distribuir la cantidad de energla disponible a los consumidores de calor con al menos una bomba para un medio caloportador, en cada caso con un equipo regulador local para el registro de datos de energla de los consumidores de calor, con un equipo regulador de orden superior para el al menos un campo de colectores y la red de distribucion de calor, que esta conectado en serie con los equipos reguladores locales de los consumidores de calor, comunicandose los equipos reguladores locales estando conectados en red con el equipo regulador de orden superior a traves de un equipo de comunicacion y presentando en cada caso un identificador local, introduciendose en los equipos reguladores locales de los consumidores de calor el volumen del acumulador de calor asociado en cada caso, esta caracterizado por que el valor introducido localmente para el volumen del acumulador de calor asociado en cada caso se entrega al equipo regulador de orden superior, evaluando y procesando el equipo regulador de orden superior tanto volumenes individuales, que son los valores individuales para los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores, como el volumen global, que es la suma total de los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores.

El valor introducido localmente en cada caso para el volumen del acumulador de calor asociado en cada caso se entrega al equipo regulador de orden superior, evaluando y procesando el equipo regulador de orden superior tanto los volumenes individuales como el volumen global. Por tanto, estan disponibles valores individuales para el volumen de acumulacion en el lado de los consumidores, pero tambien una suma total, para el equipo regulador de orden superior.

Ademas, el equipo regulador de orden superior evalua las temperaturas caracterlsticas de los estados de carga de los acumuladores de calor locales y las procesa.

Por tanto, en el equipo regulador de orden superior hay disponibles valores procedentes del campo de colectores, de la red de distribucion de calor, al menos las temperaturas en la zona de los consumidores de calor locales como puntos de toma, y/o los respectivos estados de carga de los acumuladores de calor locales como parametros de entrada para una regulation.

Asl, el equipo regulador de orden superior controla la al menos una bomba en la red de distribucion de calor, determinando, ajustando y/o regulando un modo de funcionamiento adaptado al estado operativo actual, una potencia de bombeo optima y/o un caudal adaptado. En una forma de realization preferida, por tanto, la la al menos una bomba en la red de distribucion de calor es una bomba que puede hacerse funcionar de manera modulante, que se activa de manera variable a traves del equipo regulador de orden superior. Por tanto, la al menos una bomba en la red de distribucion de calor se hace funcionar preferiblemente segun la demanda de calor actual de los consumidores de calor conectados.

En caso de que no haya demanda de calor de los consumidores de calor conectados, las temperaturas se monitorizan en la zona de los consumidores de calor locales como puntos de toma y la al menos una bomba en la red de distribucion de calor se hace funcionar de modo que la red de distribucion de calor se mantenga solamente a una temperatura de disponibilidad. Para ello se elige en cada caso un valor teorico para la temperatura en la zona de un consumidor de calor local con una histeresis ajustable y se compara con la temperatura del circuito solar o acumulador intermedio, donde, en caso de no superarse el valor de encendido de la histeresis y de una temperatura superior presente al mismo tiempo del circuito solar o acumulador intermedio, la al menos una bomba en la red de distribucion de calor se hace funcionar al nivel de modulation mas bajo hasta que todas las temperaturas en la zona de los consumidores de calor locales se hayan devuelto al valor teorico.

En cambio, la la al menos una bomba en la red de distribucion de calor permanece desconectada, mientras al menos un valor teorico para la temperatura en la zona de un consumidor de calor local sea superior a la temperatura disponible desde el circuito solar o el acumulador intermedio.

Con el procedimiento de acuerdo con la invencion hay disponible una instalacion solar optimizada y un procedimiento optimizado para el funcionamiento de una instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y como calefaccion de apoyo. Asl se consigue un modo de proceder adaptado a las necesidades y por tanto energeticamente eficiente. La invencion es especialmente adecuada para grandes instalaciones solares con varios consumidores. A este respecto se distinguen la demanda y tambien la capacidad de acumulacion de calor de los consumidores individuales por regla general, de modo que se habla de una estructura de consumidores heterogenea. Del modo de acuerdo con la invencion puede distribuirse la energla de manera optima y adaptativa, por ejemplo, en un edificio de viviendas. Como estacion remota o subestacion con respecto al equipo regulador de orden superior central, cada vivienda puede obtener por ejemplo un regulador de consumidor, que determina las necesidades especlficas de la vivienda con respecto la integration de la energla solar en la instalacion de calefaccion central y abastecimiento de agua caliente - es decir dependiendo del equipamiento de esta unidad funcional solamente abastecimiento de agua caliente o tambien abastecimiento de agua caliente y como calefaccion

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

de apoyo - y asume la comunicacion con respecto al equipo regulador de orden superior y con respecto al regulador de la vivienda.

Asl, tambien puede efectuarse de acuerdo con la invencion una distribucion de la energla termica a al menos dos consumidores de energla o acumuladores de calor en el lado de los consumidores con el fin de evitar un estancamiento de la instalacion solar por formacion de vapor en el colector. Este caso se da cuando la suma de la demanda de calor de todos los consumidores y/o acumuladores de calor es menor que la cantidad de energla puesta a disposicion por la instalacion solar. A este respecto se intentan entonces incorporar la mayor cantidad de calor solar posible en el sistema global, a fin de mantener la temperatura del colector por debajo del umbral de estancamiento. Al mismo tiempo, este estado operativo en el que esta presente practicamente una oferta en exceso de energla solar se aprovecha para efectuar una desinfeccion termica de los conductos de union, de los consumidores de energla, asl como de los acumuladores de energla. Esto se produce o bien en paralelo o individualmente uno tras otro. De lo contrario, las instalaciones segun el estado de la tecnica entrarlan en un estado de estancamiento. El colector y/o los consumidores alcanzarlan respectivamente condiciones maximas, zum ejemplo temperaturas maximas. Las instalaciones correspondientes tendrlan entonces que desconectarse y/o se activarla una refrigeration de emergencia. Si los colectores se encuentran primero en un estado con exceso de temperatura y estancamiento, entonces es practicamente imposible volver a arrancar la instalacion poco despues de alcanzarse el exceso de temperatura. Esto puede producirse de nuevo solo cuando los colectores se hayan enfriado, por ejemplo, durante la noche.

Ademas, resulta ventajoso el hecho de prescindir de un acumulador intermedio central, porque los volumenes individuales, asl como el estado de carga actual de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores se encuentran, de acuerdo con la invencion, en el equipo regulador de orden superior.

Alternativamente o de manera complementaria, el sistema regulador tambien puede estar disenado para otras funciones de optimization. En primer lugar, se tratarla de la tasa de cobertura solar, concretamente al obtener los consumidores de calor conectados, o unidades de vivienda, la cantidad de energla convenida. En segundo lugar, el ahorro de energla fosil, en particular con generadores de calor adicionales alimentados con combustibles fosiles. A este respecto, el aparato de calefaccion deberla iniciarse o hacerse funcional lo menos posible.

En tercer lugar, la sobrecarga, concretamente la elevation diaria de la temperatura hasta al menos 60 °C, a fin de garantizar una desinfeccion termica. Cuando sea necesario, esta energla puede volver a ponerse a disposicion, mediante una carga reversible, es decir una descarga de la capacidad en exceso, de la red hidraulica en el lado de los consumidores.

Como cuarta funcion de optimizacion es posible determinar un comportamiento de usuario especlfico de la vivienda, para, a partir de ello, cargar en prevision el acumulador de calor en cada caso asociado. En quinto lugar, pueden regularse los respectivos caudales de medio termico especlficos de los consumidores y ajustarse mutuamente. De este modo puede conseguirse una distribucion de energla solar proporcional a los volumenes de acumulacion individuales, asl como a los estados de carga de los acumuladores.

El dibujo representa un ejemplo de realization de la invencion y muestra en una unica figura esquematicamente una instalacion solar o un sistema solar para el abastecimiento de agua caliente a dos puntos de consumo representados esquematicamente, pudiendo ampliarse el numero de puntos de consumo a discretion.

La instalacion solar consiste esencialmente en varios colectores solares en un campo de colectores 1 con entrega directa de energla solar desde un circuito solar 2 a traves de un intercambiador de calor de placas 3.

Estan representados dos consumidores de calor en forma de tomas de agua caliente 4, 4' con en cada caso un acumulador de calor 5, 5', en cada caso con un equipo regulador local 6, 6' para el registro de datos de energla de los consumidores de calor. Un equipo regulador de orden superior 7 para el campo de colectores 1 y la red de distribucion de calor para un medio caloportador con bomba 8 esta conectado en red con los equipos reguladores locales 6, 6' de los consumidores de calor y constituye la regulation principal.

Un equipo regulador 6, 6' local sirve en cada caso para monitorizar la entrega de calor desde la red de distribucion de calor a los respectivos consumidores de calor a traves de en cada caso un intercambiador de calor de placas 9, 9', que esta asociado en un lado secundario en cada caso a un acumulador de calor 5, 5'. Para ello, el equipo regulador 6, 6' utiliza entre otras cosas tambien un sensor de temperatura 10, 10' para la temperatura en el acumulador de calor 5, 5' asl como un sensor de temperatura 11, 11' para la temperatura de entrada que entra, procedente de la red de distribucion de calor, por el lado primario en el intercambiador de calor de placas 9, 9'.

El conducto hacia la toma de agua caliente 4, 4' parte de la zona superior del acumulador de calor 5, 5' y se dirige a traves de un denominado calentador de reserva 12, 12', que contribuye al calentamiento del agua caliente, tan pronto como desde la red de distribucion de calor solar entra demasiada poca energla.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

REIVINDICACIONES

1. Instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores (1), opcionalmente con entrega directa de energia solar, a traves de un intercambiador de calor de placas (3) o a traves de un acumulador intermedio, a al menos dos consumidores de calor con en cada caso un acumulador de calor (5, 5'), en cada caso con un equipo regulador local (6, 6') para el registro de datos de energia de los consumidores de calor, con un equipo regulador de orden superior (7) para el al menos un campo de colectores (1) y una red de distribucion de calor, que esta conectado en red con los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor, presentando la red de distribucion de calor conductos de union con al menos una bomba (8) para un medio caloportador para la distribucion de la cantidad de energia disponible a los consumidores de calor,

estando los equipos reguladores locales (6, 6') conectados en red con el equipo regulador de orden superior (7) a traves de un equipo de comunicacion y presentando en cada caso un identificador local, y pudiendo introducirse en los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso,

caracterizada por que la instalacion solar esta configurada para entregar el valor introducido localmente para el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso al equipo regulador de orden superior (7), estando configurado el equipo regulador de orden superior (7) para evaluar y procesar tanto volumenes individuales, que son los valores individuales para los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores, como un volumen global, que es la suma total de los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores.
2. Procedimiento para el funcionamiento de una instalacion solar, en particular para el abastecimiento de agua caliente y/o como calefaccion de apoyo, con varios colectores solares en al menos un campo de colectores (1), al menos dos consumidores de calor con en cada caso un acumulador de calor (5, 5'), con una red de distribucion de calor que presenta conductos de union para distribuir la cantidad de energia disponible a los consumidores de calor con al menos una bomba (8) para un medio caloportador, en cada caso con un equipo regulador local (6, 6') para el registro de datos de energia de los consumidores de calor, con un equipo regulador de orden superior (7) para el al menos un campo de colectores (1) y la red de distribucion de calor, que esta conectado en red con los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor,

comunicandose los equipos reguladores locales (6, 6') conectados en red con el equipo regulador de orden superior (7) a traves de un equipo de comunicacion y presentando en cada caso un identificador local, introduciendose en los equipos reguladores locales (6, 6') de los consumidores de calor el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso,

caracterizado por que el valor introducido localmente para el volumen del acumulador de calor (5, 5') asociado en cada caso se entrega al equipo regulador de orden superior (7), evaluando y procesando el equipo regulador de orden superior (7) tanto volumenes individuales, que son los valores individuales para los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores, como el volumen global, que es la suma total de los volumenes de los acumuladores de calor en el lado de los consumidores.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 2,

caracterizado por que el equipo regulador de orden superior (7) evalua y procesa temperaturas caracteristicas de los estados de carga de los acumuladores de calor locales (5, 5').
4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 o 3,

caracterizado por que el equipo regulador de orden superior (7) evalua y procesa valores procedentes del campo de colectores (1), de la red de distribucion de calor, al menos de las temperaturas en la zona de los consumidores de calor locales como puntos de toma, y/o los respectivos estados de carga de los acumuladores de calor locales (5, 5').
5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 a 4,

caracterizado por que el equipo regulador de orden superior (7) controla la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor, determinandose, ajustandose y/o regulandose un modo de funcionamiento adaptado al estado operativo actual, una potencia de bombeo y/o un caudal.
6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 a 5,

caracterizado por que la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor se hace funcionar de manera modulante, activandose la bomba de manera variable a traves del equipo regulador de orden superior (7).
7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 a 6,

caracterizado por que la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor se hace funcionar segun la demanda de calor actual de los consumidores de calor conectados.
8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 a 7,

caracterizado por que, en caso de que no haya demanda de calor de los consumidores de calor conectados, las

temperaturas en la zona de los consumidores de calor locales se monitorizan como puntos de toma y la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor se hace funcionar de modo que la red de distribucion de calor se mantenga a una temperatura de disponibilidad, eligiendo en cada caso un valor teorico para la temperatura en la zona de un consumidor de calor local con una histeresis ajustable y comparandolo con la temperatura del circuito 5 solar (2) o acumulador intermedio, donde, en caso de no superarse el valor de encendido de la histeresis y de una temperatura superior del circuito solar (2) o acumulador intermedio, la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor se hace funcionar al nivel de modulation mas bajo hasta que todas las temperaturas en la zona de los consumidores de calor locales hayan vuelto al valor teorico.
9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 2 a 8,

10 caracterizado por que la al menos una bomba (8) en la red de distribucion de calor se mantiene desconectada mientras al menos un valor teorico para la temperatura en la zona de un consumidor de calor local sea superior a la temperatura disponible desde el circuito solar (2) o el acumulador intermedio.