Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados,

de estructura metálica (2) y cubierta (3) con pendiente a un agua orientada en la dirección del sol, con central de energía solar de paneles (4) fotovoltaicos dispuestos en filas (5) paralelas e inclinados con la misma orientación; cuyo ángulo de inclinación ({be}) de cubierta (3) y ({al}) paneles (4) optimizan la producción y potencia en base a la función:

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Siendo;

X = ingresos por superficie

D1 y D2 = Altura superior e inferior nave

L y H = Longitud y anchura nave

A = Longitud placa solar

{de} = Angulo incidencia del sol dos horas antes del mediodía del solsticio de invierno

{be} = Angulo inclinación de cubierta de la nave

T= Tarifa eléctrica aplicable de venta a la red

P = Coste de la nave

S = Coste de la central solar.

Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados.

Objeto de la invención

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a una nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, aportando a la función a que se destina notables ventajas y características de novedad, que se describirán en detalle más adelante, que suponen un avance importante del estado de la técnica actual.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en una nave industrial en cuya cubierta incorpora integrada una central para la obtención de energía solar de paneles fotovoltaicos que tiene una producción y potencia optimizados gracias a la aplicación de un método de cálculo mediante el cual, en cada caso, se consigue el óptimo rendimiento de generación de recursos por unidad de superficie, y en que, al mismo tiempo, dicha nave mantiene las mismas prestaciones que una nave convencional, sin suponer en ningún caso un impedimento al desarrollo de las actividades normales que se desarrollen en ella ni un sobrecoste en su construcción, considerando además la ergonomía de trabajo sobre la cubierta, para que su manejo no entrañe riesgos ni complicaciones físicas.

Campo de aplicación de la invención

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la construcción, en particular en el concerniente a la construcción de naves industriales de estructura metálica, combinado con el sector de la energía solar fotovoltaica.

Antecedentes de la invención

En los polígonos industriales, generalmente, la cubierta de los edificios tipo nave de estructura metálica, suele ser un espacio ocioso sin ningún aprovechamiento. Por otro lado, dichos polígonos industriales son grandes consumidores de energía eléctrica neta, y las producciones in situ de dicha energía tienen un aprovechamiento directo.

Es pues, el objetivo de la presente invención aprovechar dichas premisas para optimizar el diseño de naves industriales integrando en ellas una central solar que permita aprovechar al máximo su rendimiento, a la vez que se crea una doble fuente de ingresos para el promotor de la misma, por un lado los ingresos inherentes a la actividad que se desarrollarla en la nave, y por otro la producción de energía eléctrica solar fotovoltaica que se pueda vender a la red de distribución, y además evitando la contaminación inherente al consumo energético del equivalente de energía eléctrica suministrada, si su abastecimiento fuera convencional.

Cabe señalar, por otra parte, como referencia al estado de la técnica, que por parte del solicitante se desconoce la existencia de ninguna otra invención que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta la que aquí se preconiza.

En este sentido hay que mencionar que, si bien actualmente no existe en el mercado ningún producto como el propuesto, si existen centrales solares sobre cubiertas de naves industriales, las cuales, sin embargo, son centrales que se montan sobre naves ya existentes, con diseño convencional a dos aguas en la inmensa mayoría, y sin intención inicial al ser proyectadas para el uso fotovoltaico.

Asimismo las instalaciones auxiliares tampoco se tienen en cuenta en su conjunto en este tipo de proyectos, simplemente porque estas naves no están preparadas.

Las centrales que se montan sobre cubierta de naves, al no estar estas diseñadas como se ha descrito anteriormente, tampoco ofrecen el rendimiento óptimo que se alcanza con el procedimiento propuesto, pudiendo ser la diferencia de potencia instalada fotovoltaica por metro de nave superior a un 25% respecto a los productos convencionales.

Explicación de la invención

Así, la nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados que la presente invención propone se configura por sí misma como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, a tenor de su implementación y de forma taxativa, se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados, estando los detalles caracterizadores que la distinguen, convenientemente desarrollados a continuación y recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.

De manera concreta lo que la invención preconiza es una nave industrial en cuya cubierta se integra una central solar fotovoltaica la producción y potencia de la cual están optimizados a partir de la aplicación de dos innovaciones básicas:

- Por una parte un método de cálculo de la radiación solar incidente y de la temperatura, basado en nuevas técnicas que se explicarán en detalle más adelante,

- y, por otra parte, un diseño estructural de la nave que conjuga el coste con la implementación de la central, de forma que se alcance una óptima rentabilidad económica, el cual se consigue mediante una metodología de cálculo también innovadora que optimiza la función no lineal formada por los parámetros de forma de la nave y de la inclinación de la placas solares.

Así, el modelo de nave industrial-central solar a diseñar y construir se centrará, básicamente, en definir la inclinación de la cubierta de la nave y la inclinación y separación que las placas solares han de presentar sobre dicha cubierta.

Paralelamente, respecto al mantenimiento de la central solar, el diseño de la pendiente de la cubierta, la separación de las filas de placas y las instalaciones anexas previstas, permiten trabajar con seguridad y ergonomía, permitiendo al propietario ocuparse personalmente o mediante terceros de estas operaciones.

Para la consecución de todo ello, y de forma concreta, la nave industrial en cuestión se dispone orientada al Sur, con pendiente de la cubierta a un agua orientada en la dirección del sol. La altura de la nave, por condicionantes de tipo estructural, debe ser, siempre que sea posible, menor a 12 metros, para evitar fenómenos de pandeo elevados, si bien pueden estudiarse alturas mayores si el grado de pendiente de la cubierta no es el adecuado.

La altura de la misma se recomienda no sea superior a 12 metros, salvo que la pendiente de la cubierta resultante no se acerque al óptimo, que se definirá más adelante.

La pendiente de la cubierta de la nave según los estudios de optimización y de ergonomía citados en el apartado de antecedentes, debe ser de 8'53º. La separación entre filas de placas con las mismas premisas debe ser de 65 cm. Con estas premisas queda también definido el ángulo que forman las placas solares con la cubierta de la nave y con la horizontal. Este ángulo se calcula para que sea el óptimo de funcionamiento de producción de electricidad por unidad de superficie, siendo dichos ángulos (el de la pendiente de la cubierta y el de las placas con ella) la base fundamental del diseño de la nave objeto de la invención.

La producción de energía por parte de una placa solar a lo largo de un año, depende de la inclinación o ángulo que tenga respecto de la horizontal siempre que su orientación sea hacia el sur, y depende de la latitud en la que se encuentre instalada.

Este ángulo ideal no es el óptimo si tenemos en consideración su ubicación en una cubierta de nave industrial, ya que estamos buscando un diseño que favorezca esta inclinación, pero que al mismo tiempo no encarezca el coste de construcción de la nave, y la producción de electricidad por unidad de superficie de la nave sea el máximo, ya que la función que se optimiza es la de capacidad de generación de ingresos (venta de electricidad solar fotovoltaica). Por tanto el ángulo optimo de inclinación de las placas respecto de la cubierta y de la horizontal se acercará al ideal, pero no será el mismo, y dependerá de la situación y de las características de la cubierta de la nave.

Para conseguir lo anteriormente expuesto, y de forma resumida, el procedimiento o metodología seguidos para conseguir la optimización de la nave-central solar consiste en:

- Fijar los condicionantes geométricos de la nave según el lugar donde se ubica, que tendrá diferentes situaciones de radiación, temperatura y ángulo de incidencia del sol, y de índole ergonómico y económico. Lo ideal es una nave a un agua, con un 12% de pendiente,...

1. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, del tipo constituido por una estructura metálica (2) sobre cuya cubierta (3) se incorpora una central de energía solar compuesta por una pluralidad de paneles (4) fotovoltaicos, caracterizada por el hecho de que la citada cubierta (3) es una cubierta con pendiente a un agua, la cual se dispone orientada en la dirección del sol, (hacia el sur en el hemisferio norte) incorporándose sobre ella los citados paneles (4) dispuestos en filas (5) paralelas e inclinados con la misma orientación; en que el ángulo de inclinación (β) de dicha cubierta (3) y el ángulo de inclinación (α) de dichos paneles (4) son, en cada caso y en función de la latitud en que se encuentra ubicada la nave, tales que la producción y potencia de dicha energía están optimizadas en base a la función siguiente:

Siendo;

X = Generación de ingresos por superficie

D1 y D2 = Altura superior e inferior de la nave

L y H = Longitud y anchura de la nave

A = Longitud de la placa solar

δ = Ángulo de incidencia del sol dos horas antes del mediodía del solsticio de invierno

β = Ángulo de inclinación de la cubierta de la nave industrial

T = Tarifa eléctrica aplicable de venta a la red

P = Coste de la nave industrial

S = Coste de la central solar.

2. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la altura de la nave, por condicionantes de tipo estructural, siempre que sea posible, es menor a 12 metros, para evitar fenómenos de pandeo elevados.

3. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según la reivindicación 1 y 2, caracterizada por el hecho de que la pendiente o ángulo β de la cubierta (3) de la nave es de 8'53º, la separación o distancia (6) entre filas (5) de placas o paneles (4) es de 65 cm.

4. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que, además, incorpora como instalaciones auxiliares: un pasillo de servicio (7) de 1 metro de ancho, para labores de mantenimiento y limpieza; una trampilla de acceso (8) a la cubierta (3); una canaleta de cableado (10), con sifón (11) y pantalla (12), para encauzar los cables de corriente continua y arqueta de puesta a tierra con tres salidas, una salida con pica de tierra para conectar el inversor y cuadro de CC, otra para las masas metálicas de la central solar, y otra para el cuadro de CA; una red de tomas de agua (13), para la limpieza de los paneles (4); y una barandilla (15) de seguridad en el perímetro de la cubierta (3).

5. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que la trampilla de acceso (8) a la cubierta (3), dispone de elevadores o brazos hidráulicos (9) para evitar esfuerzos, y formas suaves para facilitar la evacuación de agua; porque la canaleta de cableado (10) es de color claro, para disipar calor; porque las tomas de agua (13) son con caja elevada (14) para evitar humedades; y porque la barandilla (15) es de 90 cm de altura y tres líneas de vida.

6. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que el color de la cubierta (3) es blanco o muy claro, para aumentar la reflexión y disminuir la temperatura.

7. Nave industrial con central solar fotovoltaica integrada en la cubierta de producción y potencia optimizados, según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por el hecho de que, para naves tipo, en las que la anchura no supere los 20 metros, y la longitud 30 metros, se preferirá un diseño específico de la estructura (2) de la nave (1), en la que, las jácenas (16) irán reviradas para usarse como correas (17), y la disposición y tipología de los perfiles que conforman dicha estructura, es de tipo mecano conformada mediante correas (17) CF, dinteles (18) IPE, dinteles o jácenas (16) IPN, tirantes de 16 mm de diámetro, arriostramientos (19) IPN y pilares (20) IPE.