Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria.

La presente invención se refiere a un método mediante el que se mejora la producción eléctrica de paneles fotovoltaicos y se mejora la producción de los paneles térmicos solares para la producción de agua caliente o se reduce el consumo de otros equipos para calentar agua. Estas mejoras se realizan gracias a que el agua proveniente de la red refrigera los paneles fotovoltaicos, de forma que se obtiene una mayor potencia eléctrica, al trabajar éstos a una temperatura mucho menor a la que lo harían sin refrigeración. Además, el agua precalentada que se obtiene con una temperatura algo más elevada que la de la red, va a un sistema de producción de agua caliente, de forma que se incrementa la producción de agua caliente o se reduce el consumo del mismo.

Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se engloba dentro del sector de la energía solar, concretamente del uso de la energía solar para producción de electricidad y agua caliente sanitaria.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Para la producción de electricidad de origen solar se utilizan paneles fotovoltaicos. Estos paneles tienen un rendimiento menor cuanto mayor es su temperatura de trabajo.

Para la producción de agua caliente sanitaria, en el caso de utilizar energía solar, se utilizan paneles térmicos. La producción de estos paneles depende de la temperatura de entrada del agua desde la red, siendo la producción menor cuanto menor es la temperatura de entrada del agua. En el caso de utilizar otro tipo de sistema para el calentamiento de agua, como calderas de gas, calentadores eléctricos, etc., el consumo de energía de éstos depende de la cantidad de agua necesaria y del incremento de temperatura, es decir, temperatura de salida menos temperatura de entrada.

También existen paneles híbridos (fotovoltaicos y térmicos, donde las células fotovoltaicas y el dispositivo que calienta el agua están superpuestos en el mismo equipo) que producen agua caliente sanitaria y electricidad, de forma que el agua refrigera el panel fotovoltaico. La temperatura del agua caliente sanitaria debe ser en torno a 50 ºC, por lo que, para ceder calor al agua, los paneles tienen que trabajar una temperatura superior, del orden de 60 ºC, con lo que no se mejora prácticamente su rendimiento y la producción de energía eléctrica, ya que la temperatura de trabajo sin refrigeración es aproximadamente de 70 ºC.

La presente invención propone un método en el que en el agua caliente sanitaria se calienta en varias etapas, aumentando el caudal producido, o reduciendo el consumo de energía, dependiendo de si se utilizan paneles solares térmicos u otro tipo de dispositivos. Para ello, en la primera o primeras etapas el agua fría proveniente de la red de suministro se precalienta en los paneles fotovoltaicos, de forma que éstos ceden calor al agua y trabajan a una menor temperatura, aumentando su rendimiento y produciendo por tanto mayor energía eléctrica.

Posteriormente el agua precalentada se envía a los colectores solares térmicos, o a cualquier otro sistema utilizado para calentar el agua, de forma que el incremento térmico que se debe obtener con el agua precalentada es menor que si ésta procediera de la red directamente. Por tanto, se puede producir más caudal de agua caliente con la misma radiación solar, en el caso de los paneles térmicos, o reducir el consumo energético de cualquier otro sistema de calentamiento de agua utilizado.

Así, la presente invención aporta las siguientes soluciones técnicas:

1: Reduce la elevada temperatura de los paneles fotovoltaicos. De esta manera se obtiene mayor energía eléctrica al bajar la temperatura de operación.

2: Aumenta la temperatura del agua de entrada a los paneles térmicos solares. Utilizando agua precalentada, se obtiene una mayor producción de agua caliente, al reducirse el incremento de temperatura del agua que se debe realizar en los colectores solares térmicos.

3: Aumenta la temperatura del agua de entrada al sistema de calentamiento de agua (caldera de gas, calentador eléctrico, etc.) . Utilizando agua precalentada, se reduce el consumo de energía del sistema de calentamiento que se utilice en la última o últimas etapas. Esto es debido a que al reducirse el incremento de temperatura del agua que se debe realizar, el consumo de energía se reduce en la misma proporción.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para resolver los problemas mencionados anteriormente, en el estado de la técnica existen varias patentes sobre paneles híbridos que se relacionan a continuación:

La patente de invención ES2118147 titulada “Dispositivo fotovoltaico y método para la producción del mismo”, describe un dispositivo fotovoltaico con un alto rendimiento de conversión, alta fiabilidad y satisfactoria capacidad para su fabricación en masa.

La patente de invención ES2325898A1 titulada “Panel solar fotovoltaico de doble efecto” se refiere a un panel solar fotovoltaico de doble efecto cuyas características estructurales posibilitan que cumpla la doble función de producir energía eléctrica y actuar como colector solar para producir agua caliente sanitaria y/o incrementar la temperatura de cualquier fluido calor-portante, para iniciar, finalizar y/o aplicar a cualquier proceso productivo.

La patente de invención ES2303456A1 titulada “Panel solar híbrido fotovoltaico/térmico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico” se refiere a un panel híbrido para obtener energía fotovoltaica y agua caliente simultáneamente, caracterizado por integrar en un mismo dispositivo un panel fotovoltaico o células fotovoltaicas y el captador de energía térmica formado por un absorbedor compuesto por una chapa de material con buena conductividad térmica y un serpentín, que al ser recorrido por un fluido calor-portante, provoca un intercambio de calor disminuyendo la temperatura en las células fotovoltaicas.

La patente de invención FR2882426-A1 titulada “Photovoltaic and themal hybrid solar collector chamber`s caisson for e.g. superstore, has plates provided on both sides of frame having U-shaped profile and water supply conduit emerging in solar collector via orifice provided in profile” utiliza una cámara que cubre las celdas fotovoltaicas para transformar la energía solar en energía térmica para producir agua caliente sanitaria.

La patente de invención DE202005019024-U1 titulada “Hybrid solar collector for water heating and electric current generation, with photovoltaic module centrally located on hybrid collector” presenta un generador fotovoltaico rodeado de tubos que aprovechan el calor disipado en dicho generador para la óptima utilización de la radiación solar.

Todas estas patentes son dispositivos que operan en un mismo panel híbrido, utilizando la radiación solar para obtener a la vez energía eléctrica y agua caliente sanitaria.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El método objeto de la presente invención pretende mejorar la producción eléctrica y la producción de agua caliente realizando el calentamiento del agua en varias etapas, combinando paneles fotovoltaicos y térmicos separados y conectados en serie. Así se consigue simultáneamente agua caliente sanitaria en las condiciones deseadas (en los paneles térmicos) y energía eléctrica (en los fotovoltaicos) con mayor potencia. También el método es aplicable en el caso de utilizar cualquier dispositivo de calentamiento de agua, como puede ser una caldera de gas o un calentador eléctrico. En este caso se reduce el consumo de estos equipos, al utilizar agua precalentada en los paneles fotovoltaicos, en lugar de utilizar agua directamente de la red de alimentación.

En la primera o las primeras etapas el agua fría proveniente de la red de suministro se precalienta en los paneles fotovoltaicos, que a su vez se refrigeran, para lo cual se utiliza un cambiador de calor instalado en dichos paneles. En estas primeras etapas se logra refrigerar los paneles solares fotovoltaicos a temperaturas en torno a 25 ºC, muy inferiores a las que se alcanzan en los paneles híbridos actuales. De esta forma incrementan notablemente su rendimiento y potencia instantánea.

Posteriormente, en la etapa o etapas siguientes, se alcanza la temperatura final del agua. Para ello se utiliza un sistema térmico de producción de agua caliente, bien sean paneles solares o cualquier otro dispositivo para calentar agua, como una caldera de gas, un calentador eléctrico, etc. En el caso de utilizar paneles solares térmicos, al recibir el agua precalentada por los paneles fotovoltaicos, aumenta la capacidad de producción de agua caliente a la temperatura necesaria, de aproximadamente 50 ºC. En el caso de utilizar otro tipo de dispositivos, se reduce el consumo energético de éstos, ya que el consumo de estos sistemas es proporcional al incremento de temperatura que deben producir.

De este modo, al calentar en varias etapas, se mejoran los rendimientos de los paneles fotovoltaicos y del sistema térmico, aumentando la producción de energía eléctrica y la producción de agua caliente. En el caso de utilizar un sistema de calentamiento de agua no solar,...

1. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria caracterizado porque consta de las siguientes etapas:

• Una etapa de precalentamiento del agua proveniente de la red de suministro en paneles fotovoltaicos, que a su vez se refrigeran.

• Una etapa de calentamiento final del agua hasta la temperatura final requerida.

2. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado porque en los paneles fotovoltaicos se instala un cambiador de calor en la cara posterior de los mismos que precalienta el agua y los refrigera.

3. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado porque en la 10 etapa de calentamiento final del agua se utilizan paneles solares térmicos.

4. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa de calentamiento final del agua se utilizan otros dispositivos para calentar agua, como una caldera de gas, un calentador eléctrico, etc.

5. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado porque la etapa

de precalentamiento del agua puede sustituirse por varias etapas sucesivas, con los paneles fotovoltaicos conectados en serie.

6. Método de producción de electricidad y agua caliente sanitaria según reivindicación 1 caracterizado porque la etapa de calentamiento final del agua puede sustituirse por varias etapas sucesivas, con los sistemas térmicos de producción de agua caliente conectados en serie.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7