Sistema de apoyo energético en viviendas y edificios tipo, con producción térmica y eléctrica cogenerada solar.

Está definido por un equipo combinado en tres fases con energía primaria obtenida de un campo solar térmico de alto rendimiento con tubos de vacío (sistema Heat-Pipe o similar); un sistema de aprovechamiento de calor con expansión a turbina (3) y conexión a alternador para producción eléctrica y producción térmica variable en función de demandas y un sistema de almacenamiento con acumulación de excedentes caloríficos para otros usos (climatización, A.C.S., o electricidad).En los tiempos de baja demanda térmica, la producción calorífica del campo solar térmico (1) activa el sistema de turbina (3) y alternador, inyectando en la red de suministro la potencia obtenida. Cuando las demandas térmicas aumentan, la producción eléctrica disminuye y el sistema cubre la potencia térmica demandada

Sistema de apoyo energético en viviendas y edificios tipo, con producción térmica y eléctrica cogenerada solar.

Objeto de la invención

La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de apoyo energético en viviendas y edificios tipo, con producción térmica y eléctrica cogenerada solar.

Debido al creciente consumo energético en el sector de la edificación, se hace necesario diseñar un sistema que sea capaz de aportar soluciones frente a dichas demandas. Por lo tanto se estima una configuración básica de técnicas existentes y combinarlas para tal fin con energía solar térmica.

El sistema presenta una gran versatilidad pues aúna la producción de energías demandadas actualmente en nuestra sociedad. Por ello cobra una mayor importancia el hecho de "reducción de costes y contaminantes, dos factores que extrapolados caminan paralelos a una calidad de vida que sería deseable que todo el mundo tuviera". Es obvio que la energía obtenida del sol es deficitaria por muchos conceptos, pero no por ello despreciable y hay que desarrollar mecanismos para conseguir que de ella, al menos, se cubran las necesidades energéticas básicas de nuestra vida, tal como la invención propone.

Antecedentes de la invención

La tecnología "termoeléctrica" es un concepto ampliamente desarrollado en el sector industrial, en el que cualquier proceso de calor a alta o baja temperatura es capaz de generar trabajo, como por ejemplo: arrastrar un alternador para producir electricidad. Todos estos procesos están sometidos a un consumo de combustibles fósiles que combinados con la generación eléctrica (cogeneración) equilibran la balanza de gastos energía consumida/energía producida.

Se podría dividir en dos partes:

- Cogeneración con combustibles fósiles.

- Energía solar termoeléctrica.

En cuanto a la "cogeneración" con combustibles fósiles, se podría subdividir en:

• Baja

• Media

• Alta

En la cogeneración "baja" se pueden considerar equipos diseñados a partir de turbinas de baja potencia que son de combustión (por ejemplo turbinas de gas) y acoplan un alternador para generar electricidad. Se combina en el sistema de escape con intercambiadores aire/agua y ese calor se procesa en calentamientos de agua, para calor y frío en absorción. Su principal inconveniente es un consumo muy elevado (potencias comprendidas entre 30 y 100 Kw).

En la cogeneración "media", puede ser en ciclos combinados con motores alternativos de gas, gasoleo u otros, donde se conecta un alternador al cigüeñal del motor para generar electricidad y el sistema de refrigeración del propio motor se conecta a un intercambiador agua/agua, aplicando ese calor a otros procesos como calor y frío. Este sistema es muy empleado en edificación tipo oficinas, hospitales, etc., se obtienen buenos rendimientos y se suelen apoyar con campos solares térmicos para reducir el consumo del proceso. Su principal inconveniente es el volumen de instalación y el mantenimiento de la misma (potencias comprendidas entre 70 y 3000 Kw o más).

En la cogeneración "alta", los equipos pueden ser de varios tipos, con turbinas de combustión, sistemas muy empleados en centrales térmicas y ubicadas en centros de trabajo donde se necesite electricidad y calor (procesos cerámicos, secaderos, etc.) o calderas de alto rendimiento con procesos de vapor a necesidades de uso y turbina con alternador para generar electricidad. Estos sistemas tienen innumerables aplicaciones con un rendimiento alto (potencias entre 5000 Kw y 100 Mw o más). Hay bastantes turbinas que dan 150 Mw, con su ciclo Brayton, además otros 50 Mw en ciclo Rankine, con vapor calentado entre la refrigeración intermedia del compresor y los gases de escape.

Refiriéndonos ahora a la energía solar termoeléctrica, todos los sistemas se diseñan para obtención de vapor, con generación directa o indirecta, su uso está en desarrollo y se basa en ciclos con altas temperaturas. Los principales sistemas son:

- Concentradores cilindro-parabólicos.

- Sistemas de torre central.

- Discos parabólicos.

Todas estas instalaciones se establecen para un mínimo de 5 Mw a 100 Mw o más y como en todos los procesos solar/termoeléctricos, tienen un porcentaje de hibridación (apoyo con combustibles fósiles) del 30%.

Nunca antes, se ha considerado de forma racional el uso de estas técnicas para potencias muy pequeñas y que cubra las necesidades domésticas en un porcentaje alto. En principio por su complejidad, costo y espacio. Sin embargo, en la sencillez y el uso combinado de técnicas existentes, con probada fiabilidad de los elementos que lo componen, hacen que el sistema que contempla la presente invención pueda cumplir el fin deseado cediendo la energía producida en función de las demandas previstas de la propia edificación, para calor, frío o electricidad.

Descripción de la invención

En líneas generales, el sistema de apoyo energético en viviendas y edificios tipo, con producción térmica y eléctrica cogenerada solar, objeto de la presente invención, como en cualquier sistema solar, para uso doméstico, se hace necesario el apoyo de energías convencionales combinado con el equipo adecuado.

Para ello se proyecta un equipo combinado en tres fases con energía primaria obtenida de un campo solar térmico de alto rendimiento, subdividido en:

- Fuente energética, con un campo solar térmico con tubos de vacío (sistema Heat-Pipe o similar).

- Etapa de potencia, con un sistema de aprovechamiento de calor con expansión a turbina y conexión a alternador para producción eléctrica y producción térmica variable en función de demandas.

- Almacenamiento, con acumulación de excedentes caloríficos para otros usos (por ejemplo climatización, A.C.S., calefacción en forma eléctrica, etc.).

Con estas premisas, se diseña un equipo capaz de asumir las demandas propuestas en todas las condiciones de uso.

De tal forma, en los tiempos de baja demanda térmica la producción calorífica del campo solar activa el sistema de turbina y alternador, inyectando en la red de suministro la potencia obtenida. Cuando las demandas térmicas aumentan, la producción eléctrica disminuye y el sistema cubre la potencia térmica demandada.

Por lo tanto se diseña un equipo con estas variables previstas definido como un modelo con fluido orgánico:

Consiste en un ciclo Rankine con doble circuito. El circuito primario tiene como fuente energética unos captadores solares térmicos, utilizando un fluido caloportador del tipo: mezclas de agua-glicol, aceite térmico, etc.

Además, para poder ajustar los periodos de producción y demanda energética, se puede incluir un sistema de acumulación, ya sea del propio fluido caloportador o en otro material, por ejemplo en sales metálicas (cloruro de litio o similares).

Además de este circuito primario con energía obtenida del campo solar térmico de alto rendimiento, existe un circuito secundario de aprovechamiento del calor con expansión a turbina (ciclo Rankine) y conexión a un alternador para producción eléctrica, así como de aprovechamiento de la energía térmica de la turbina.

El sistema de almacenamiento acumula excedentes caloríficos para otros usos.

Se incluye un primer intercambiador de calor encargado de la transferencia térmica entre el circuito primario y el secundario, existiendo un segundo intercambiador de calor encargado de la transferencia entre dicho circuito secundario y un circuito terciario que es el de almacenamiento energético lógico según demanda de la vivienda o edificio tipo.

Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Breve descripción de los dibujos

Figura 1.- Es un esquema del ciclo Rankine solar orgánico con turbina, para el sistema de apoyo energético objeto de la invención, con un circuito primario, otro secundario de producción eléctrica y un circuito terciario de almacenamiento energético lógico y producción térmica con otro fluido caloportador diferente.

Figura 2.- Es un esquema similar al de la figura 1, donde el...

1. Sistema de apoyo energético en viviendas y edificios tipo, con producción térmica y eléctrica cogenerada solar, caracterizado porque incluye: