Tejado solar orientable manualmente

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Hace unos meses empecé a diseñar mi futura y nueva vivienda unifamiliar que, entre otros detalles específicos auxiliares de los puramente arquitectónicos, iba a disponer de un tejado solar, es decir, una serie de filas de colectores que produjeran electricidad, por una parte, y agua caliente, por otra, a la vez que funcionaban como tejado, protegiendo de la intemperie al edificio.

Efectivamente, lo que en principio parecía una entelequia, fue tomando forma -por lo menos en teoría- y acabó por presentar cierto apariencia de viabilidad. Sólo había que pasar de la idea a la práctica buscando los apoyos tecnológicos adecuados y dándoles consistencia con categoría de proyecto para alcanzar un grado de desarrollo más elaborado.

Una vez perfilado, hubo que hacer una especie de abstracción para dejarla en forma de documento con que proteger la nueva idea, es decir, la solicitud de patente de invención, tanto del procedimiento como de los medios técnicos involucrados.

A continuación incluimos los conceptos más relevantes del documento de solicitud de dicha patente, que ya ha sido admitida a trámite por el Departamento de Patentes e Información Tecnológica de la Oficina Española de Patentes y Marcas.

El procedimiento para hacer orientable un tejado solar tiene por objeto facilitar el giro manual simultáneo de un conjunto de paneles solares. Estos paneles, dispuestos en filas paralelas, estarán apoyados sobre la estructura correspondiente y formarán un tejado impermeable que protegerá las actuales cubiertas de los edificios. Un mecanismo elemental permitirá además, con bajo coste añadido, orientar los paneles del tejado girando las filas sobre ejes horizontales, de modo que los paneles queden perpendiculares a los rayos del sol al mediodía, dependiendo de la época del año. Así se conseguirá aumentar su rendimiento en la captación de energía solar un 9% por encima de los muchos tejados fijos más habituales de hoy. Este porcentaje justifica la nueva realización de la instalación orientable, teniendo en cuenta el poco incremento de los costes respecto de la fija. En la solicitud, reivindicamos el procedimiento descrito para orientar los tejados, así como los mecanismos con que se consigue.

La invención se encuadra en el sector técnico de transformación de la energía solar en energía térmica y fotovoltaica.

Estado de la técnica

Actualmente, sólo se conocen dos clases de instalaciones solares: Las fijas, en que los paneles rectangulares de captación de los rayos solares están sujetos a una base formando un ángulo determinado con la horizontal; y las móviles, generalmente automáticas y aplicadas sólo a paneles fotovoltaicos que, valiéndose de pequeños motores eléctricos, se orientan perpendicularmente a los rayos solares para conseguir el máximo rendimiento. En este caso, los paneles se pueden orientar de dos maneras: Sólo según la altura del sol dependiendo de la época del año, girando sobre un solo eje de arriba a abajo, o también según la posición del sol en el transcurso del día, de este a oeste, girando sobre un segundo eje.

Si los paneles se orientan perpendicularmente a los rayos solares durante todo el año, girando en torno a dos ejes de un modo automático, se consigue un rendimiento máximo, que disminuye si los paneles son fijos, perdiéndose entonces en torno a un 9% de la energía. El problema técnico consiste en que, si se orientan automáticamente durante las horas de sol, su complejidad técnica, los costes y el mantenimiento aumentan a la vez que disminuye su duración.

Está concebida para instalarse sobre terrazas y azoteas de los edificios. Consistirá en unas filas paralelas de paneles solares, generalmente rectangulares e irán montados longitudinalmente en cada fila sobre una estructura que descansa en unos largueros horizontales resistentes con perfil en T, que funcionarán como ejes alrededor de los cuales podrán girar durante el año siguiendo el ángulo de la eclíptica. Los paneles se dispondrán en la fila en posición apaisada para que el conjunto resulte menos pesado y se pueda girar mejor de modo manual.

A su vez, los largueros irán apoyados sobre unas columnas verticales a modo de caballetes, rematados con un perfil en V en su parte superior. La parte inferior del perfil en T de cada larguero horizontal podrá bascular fácilmente dentro del ángulo inferior del perfil en V cuando los paneles estén apoyados en los largueros por su punto medio. Existirá una posición de equilibrio perfecto, desequilibrándose ligeramente a medida que los paneles oscilan alrededor de aquella posición por efecto de su propio espesor y el estar montados sobre la estructura correspondiente.

Las juntas entre los paneles quedarán selladas con material de características tales que se impida la penetración del rocío y el agua de la lluvia, funcionando así como un primer tejado sobre la cubierta inicial de los edificios donde se instale nuestro dispositivo.

En cuanto a su orientación, será obviamente hacia el mediodía -hacia el sur- para la captación más eficaz de los rayos solares, con mayor rendimiento.

Cuanto más frecuentes sean los ajustes, mayor será el rendimiento obtenido, siempre mejor que en las instalaciones fijas. Se recomienda la intervención manual por periodos comprendidos entre una semana y una quincena.

Cabe también la opción de automatizar este procedimiento con algún reloj y un pequeño motor, aunque volveríamos a los problemas de costes, complicaciones y mantenimiento antes mencionados y que, precisamente, tratamos de evitar.

Así dispuestas, las distintas filas paralelas de paneles mantendrán la misma inclinación y separación, evitando proyectar sombras entre ellas. En conjunto, se consigue así un mejor rendimiento superficial del que se obtendría con los paneles móviles de orientación automática con dos ejes, que habrían de instalarse bastante separados sobre columnas.

En nuestro caso, las filas podrán estar unidas por unas tiras de lona que desagüen, cuando llueva, en unos canalones perpendiculares a las filas, en los márgenes debajo de la estructura, funcionando así como un verdadero tejado que proteja de la intemperie la cubierta inicial.

Para facilitar la operación de girar manualmente las filas de paneles, se dispondrá de un brazo solidario de cada larguero y perpendicular a él, para mayor sencillez. Uniendo todos los brazos por su parte inferior mediante una barra a modo de articulación, se podrá efectuar el giro simultáneo de todas las filas según el mismo ángulo, a la vez que el amarre del conjunto del tejado para mantener fija su orientación, contrarrestando posibles desequilibrios además de la acción del viento.

Aparte de las aplicaciones que cada uno quiera dar al procedimiento descrito, se sugiere a los instaladores que se dirijan especialmente a las Comunidades de Propietarios y a los Promotores Inmobiliarios, para dedicarse a realizar instalaciones sobre las cubiertas de los edificios, como azoteas y terrazas. Con ello se conseguirán las siguientes ventajas:

• Descentralización del consumo eléctrico al ámbito de cada edificio, sólo subsidiario de equilibrado para la compensación y absorción de picos por parte de las Compañías Eléctricas.
• Proximidad de los generadores a los pequeños centros de consumo.
• Modularidad y facilidad de ampliaciones en cada instalación.
• Menor riesgo de apagones generales por zonas enteras.
• Independencia y menor repercusión entre usuarios en caso de apagones.
• Mayor equilibrio entre la producción y el consumo individuales.
• Mayor confianza de los consumidores en el suministro ante un menor número esperable de apagones diurnos.
• Mayor adecuación de la producción al consumo en las horas centrales del día en verano, por el aire acondicionado de unas instalaciones crecientes en número.
• Rendimiento en torno al 9% por encima de los tejados fijos convencionales.
(Todo ello añadido a las ventajas inherentes al aprovechamiento solar)

Tiene por objeto la penetración estratégica modular en el gran mercado de las Comunidades de Propietarios en los edificios de viviendas, como primer ejercicio para descentralizar la producción eléctrica acercándola a los consumidores urbanos.

Nuestra propuesta está basada en cada uno de los siguientes conceptos, que se aportan en forma de nuevos desarrollos de productos, servicios y aplicaciones, gestión de la demanda, el ahorro y la eficiencia energética para las Compañías Eléctricas en beneficio de los usuarios.

• Nuevo producto técnico: Tejado solar, fácil y cómodamente orientable de un modo manual (lo podrá mover hasta un niño), con un 9% más de rendimiento que los actuales tejados solares fijos. Suponemos que algún día todos los tejados se diseñarán así.
• Mercado potencial para los instaladores: Millones de edificios de viviendas urbanas (y vías públicas) en todo el mundo.
• Forma de penetración: Modular y progresiva, creciente por filas.
• Financiación tradicional con créditos, subvenciones y recuperación gradual de la inversión.

Aplicando el concepto de flujo Φ sobre una superficie que se irradia con un ángulo α, resulta que Φ es proporcional al cos α, de modo que el rendimiento ρ de la radiación sumenta entonces así: 1 - cos α
Δρ = ————— y, siendo α = 23º 26’,
cos α
nos resulta que Δρ ≈ 0’09 = 9%

Considerando que el rendimiento energético anual de los colectores solares se establece en torno a 150 Kwh./m2. que representan, a 36 ptas./ Kw.h., 5.400 ptas./m2.año. Con la mejora de un 9% en el tejado solar orientable y suponiendo razonable la repercusión de un 20% como beneficio intelectual y comercial de la patente (una quinta parte), resulta que 20% del 9% de las 5.400 pts. = 97’2 pts. ≈ 0,5842 € / m2 . año, lo que, con IVA. nos da como resultado 0,6777 € /m2 . anual., pagadero por semestres por transferencia a una cuenta bancaria que se comunicará al firmar el contrato. Estudiaremos tarifas para superficies de dimensiones excepcionales.