1. Campo de la invención

El presente invento se relaciona con la irrigación de sistemas fotovoltaicos integrados con techos verdes, con el fin de incrementar la energía eléctrica generada por el sistema integrado. 2. Descripción del estado del arte

Los paneles fotovoltaicos (FV) están formados por un conjunto de celdas fotovoltaicas (FV), que producen electricidad directamente debido al efecto fotovoltaico cuando reciben radiación solar. La eficiencia de las celdas FV disminuye al aumentar su temperatura de operación, lo que, en muchos casos, se debe a la radiación solar incidente y a la temperatura del aire circundante. Tal disminución de eficiencia conlleva a reducir la potencia generada por dichos paneles FV.

En el estado del arte se reportan distintas tecnologías relacionadas con sistemas de irrigación, por ejemplo, el documento JP2011100782A divulga un sistema de rocío para mejorar la eficiencia de operación de un panel solar a partir de la refrigeración del mismo. El sistema de rocío de agua consiste en la creación de niebla (gotas muy pequeñas de agua), la cual es propagada en las superficies superior e inferior del panel FV. Esta niebla retira calor almacenado en el panel FV hasta su evaporación, lo cual evita que la temperatura de operación del panel FV se incremente. Tal evaporación del agua sucede rápidamente debido al reducido tamaño de las gotas de agua adheridas a las superficies del panel FV. El sistema está compuesto por un controlador que activa en tiempo real el rociado sobre el panel FV de acuerdo a la temperatura de operación del panel FV y a un set-point.

El documento US2015/0033783 Al divulga un sistema para el enfriamiento de edificaciones sin el uso de sistemas mecánicos convencionales. Tal proceso se basa en la recirculación de agua entre un depósito y el techo de la edificación. Cuando el agua en el depósito se debe enfriar, ésta se bombea hasta el techo en horas en las que no hay radiación solar, para que pase sobre la superficie de los paneles solares (térmicos o fotovoltaicos). Tal exposición al ambiente ocasiona la pérdida de calor en el agua por evaporación, aireamiento y radiación. Así, el agua retorna al depósito con una menor temperatura con respecto al instante inicial. Este proceso logra adicionalmente la limpieza de los paneles solares y permite la captación de agua lluvia.

El documento GB2504802A divulga un aparato y un método para incrementar la eficiencia los paneles FV a partir de la evaporación de agua. El aparato consta principalmente de un depósito de agua, una red de fibras capilares, una bomba eléctrica de presión, una válvula anti-goteo y un sensor de temperatura. El depósito puede estar situado por encima de las células fotovoltaicas sin obstruir la radiación solar incidente y puede ser reabastecido periódicamente. Una válvula anti-gota proporciona una presión permanente en el sistema. El suministro agua puede ser controlado por una unidad computarizada. La remoción de calor de los paneles FV se logra a partir de la evaporación de agua suministrada por la red de fibras capilares instalada en la parte posterior del panel FV. El método busca controlar la temperatura de operación del panel FV mediante la medición de temperatura del panel FV y el suministro temporizado de agua a los capilares. El documento CN 104686254 divulga un sistema de conservación de calor para un invernadero a partir de la recirculación de agua y paneles solares térmicos; asimismo, cuenta con generación de energía a partir de paneles FV. Con respecto a los paneles FV, éstos son irrigados para reducir su temperatura de operación y así aumentar la generación de energía eléctrica. El calor removido por el agua es transmitido al tanque intercambiador de calor, lo cual favorece el proceso de calentamiento del invernadero.

El documento GR20100100590 divulga un sistema de recolección de agua lluvia y generación de energía por medio de paneles FV. El agua es captada por los mismos paneles FV y conducidos por una tubería hasta un tanque de acopio. Puede ser configurado en alguna de las siguientes modalidades: llenado de un depósito de agua, riego para granja de animales, refrigeración de una o las dos superficies del panel FV, limpieza del panel FV y todas las anteriores de forma conjunta. Se hace uso de un PLC para controlar la operación del sistema y el régimen de irrigación del panel FV es temporizado con horario fijo. De acuerdo a lo anterior, se puede concluir que aún existen deficiencias en el manejo de los recursos para disminuir la temperatura de trabajo de los paneles FV. Por ejemplo, aunque el documento US20150033783 Al considera la irrigación de los paneles FV, su propósito no es mejorar la eficiencia de operación de éstos. Así mismo, los documentos JP2011100782A y GB2504802A si bien reducen la temperatura del panel FV rápidamente debido a la cantidad de calor que logra ser removida por la evaporación de agua, dichos sistemas tienen un consumo continuo de agua, pues sus sistemas no recirculan el agua, sino que, se evapora. Así mismo, el documento GB2504802A indica que el consumo de agua es de 10 lts/h por cada 1 kW de capacidad instalada (i.e. 2,5 litros por hora por panel FV de 250W). Este consumo se da según las consignas de operación de la unidad de control. Dicho consumo de agua puede ser inadmisible para los usuarios, ya que la climatización de paneles FV no es una tarea prioritaria frente al uso racional del agua.

Los documentos JP2011100782A, GB2504802A, US20150033783 Al, CN104686254 y GR20100100590 no proporcionan un criterio de balance energético neto positivo del sistema, que garantice que la energía generada adicional por la irrigación sea mayor al consumo energético debido a la operación del sistema. Esta desventaja es causada principalmente por la selección de la temperatura de operación del panel FV, en lugar de la potencia adicional generada, como la variable a modificar durante la operación del sistema. Adicionalmente, la mayoría de documentos hacen uso de componentes que pueden tener gran consumo energético, como es el caso de un compresor en el proceso de atomización del agua en JP2011100782A, lo cual hace más complicado obtener un balance energético neto positivo. Lo anterior, evidencia la necesidad de definir un procedimiento para la toma inteligente de decisiones en la irrigación de los paneles FV.

El documento CN 104686254 transfiere calor al interior de un invernadero por medio de un intercambiador de calor, razón por la cual la temperatura de esta agua puede estar varios grados por encima de la temperatura ambiente. En tal condición, la remoción de calor por irrigación es reducida, esto a pesar de indicarse que se podría dejar ingresar agua a temperatura ambiente en el tanque, reduciendo la temperatura conjunta del agua. Los documentos JP2011100782A, GB2504802A, US20150033783A1, CN104686254 y GR20100100590 no consideran la integración de los paneles FV con un techo verde, por lo cual, no presentan la infraestructura y el método para la irrigación del mismo.

En el presente invento se entenderá por "techo verde", como aquel que está compuesto por una capa vegetal, sustrato y un conjunto de capas protectoras de la superficie donde se instala el techo verde, entre otras. La capa vegetal o vegetación es la parte superior y visible de un techo verde. El sustrato se debe entender como el suelo de cultivo y crecimiento de la vegetación. Los documentos descritos no consideran la variación de la orientación del panel FV, y por ende la infraestructura de éstas se adapta ante tal cambio, por lo que no permiten captar mayor radiación solar y aumentar la generación en sistemas FV ubicados en la zona tropical. El estado del arte no divulga tecnologías que permitan el suministro de agua en un lado del panel FV y que posteriormente pueda ser capaz de captar agua, y que, al mismo tiempo, se pueda cambiar la configuración de tal manera que el lado del panel FV que está captando agua de irrigación, luego pueda estar en capacidad de suministrar agua.

3. Breve descripción del invento

El presente invento divulga un sistema inteligente de irrigación de paneles fotovoltaicos, que comprende: a) un panel fotovoltaico dispuesto sobre una estructura mecánica que puede variar su inclinación; b) un techo verde que coexiste con la estructura mecánica; c) un sistema de irrigación de fluido conformado por: i) un subsistema de suministro del fluido para la irrigación de los paneles fotovoltaicos; ii) un subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde. Así mismo, el subsistema de monitorización y control está conformado por: i) sensores de temperatura, de radiación solar, de nivel del fluido en un tanque de acopio, y de humedad del techo verde; ii) una unidad que controla la irrigación de un flujo del fluido sobre el panel FV y el techo verde mediante el sensado de variables micro-climáticas, y el nivel del fluido en el tanque de acopio, junto con el accionamiento de una bomba sumergible y una electroválvula. Finalmente, el sistema cuenta con medios de medida que miden la temperatura del panel fotovoltaico. Adicionalmente, el presente invento divulga un método para la irrigación inteligente de panel FV que busca el uso racional del fluido de irrigación junto con el máximo beneficio energético de la integración de la irrigación al sistema fotovoltaico, que es la diferencia entre la energía adicional generada por el panel FV debida a la irrigación y la energía consumida por la operación de los dispositivos eléctricos y electrónicos del sistema. El método permite determinar cuándo se debe iniciar la irrigación del panel FV, durante cuánto tiempo se debe irrigar, y cuál debe ser la fuente de irrigación (red de suministro o tanque de acopio). La operación del subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde es determinada por las consignas del método para la irrigación inteligente del techo verde y el nivel de humedad del sustrato, el cual es monitorizado por medio de un sensor de nivel de humedad, logrando un uso racional del fluido, a partir de dos niveles de operación del sustrato del techo verde, nivel de humedad crítico y nivel de humedad aceptable.

El método para irrigación inteligente del panel FV parte de estimar las condiciones de temperatura de operación y potencia eléctrica generada por otro panel FV (real o simulado) que nunca es irrigado, denominado panel FV de referencia, y comprende los siguientes pasos:

a) medir las condiciones micro-climáticas del lugar donde se encuentra el panel FV, temperatura del fluido en el tanque de acopio y nivel del fluido del tanque de acopio;

b) proyectar en el tiempo la temperatura de operación y la potencia eléctrica generada por el panel FV de referencia;

c) determinar la duración y la fuente de irrigación para disminuir la temperatura de operación del panel FV a un valor objetivo; d) proyectar en el tiempo la potencia eléctrica consumida por el sistema de irrigación de acuerdo con las condiciones de duración y fuente de irrigación determinadas en (c);

e) proyectar en el tiempo la variación de la temperatura de operación y la potencia eléctrica generada por el panel FV debido a la irrigación determinada en (c), hasta que la temperatura de operación y la potencia eléctrica generada correspondan a las proyectadas en (b); calcular en el tiempo la curva de potencia neta definida como la potencia generada proyectada en (e) menos la potencia generada proyectada en (b) menos la potencia consumida proyectada en (d);

calcular la curva de energía neta acumulada en el tiempo definida como la sumatoria del producto de la potencia neta calculada en (f) por el paso del tiempo de análisis;

calcular la curva de potencia neta promedio en el tiempo definida como la relación entre la curva de la energía neta acumulada en el tiempo calculada en (g) y el tiempo correspondiente a cada valor calculado; determinar a partir de la curva calculada en (h) la potencia neta promedio máxima y su tiempo correspondiente, denominado tiempo de beneficio energético máximo;

establecer el nuevo instante de tiempo de potencial irrigación definido como el instante de tiempo actual más el tiempo de beneficio energético máximo determinado en (i);

irrigar el panel FV durante el tiempo determinado en (c) únicamente si la potencia neta promedio máxima es positiva, si el tiempo de beneficio energético máximo es menor al intervalo de tiempo límite para la obtención de un beneficio energético por irrigación (X) y si es el mismo instante de tiempo o un instante de tiempo posterior al instante de tiempo para una nueva etapa de irrigación establecido la última vez que se irrigó.

4. Breve descripción de las figuras

La FIG. 1 muestra los componentes del sistema de la presente invención.

La FIG. 2 muestra los componentes del subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV (200) con orientación A.

La FIG. 3 muestra los componentes del subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV (200) con orientación B.

La FIG. 4 muestra una vista superior de la unidad de difusión/captación (S).

La FIG. S muestra una vista superior de la unidad de difusión/captación (S) y la ubicación de los ejes de corte transversal. La FIG. 6 muestra los cortes transversales de la unidad de difusión/captación (S) indicados en la FIG. 5.

La FIG. 7 muestra una vista frontal de la unidad de difusión/captación (S).

La FIG. 8 muestra una vista de la unidad de difusión/captación (S) en operación instalada en el lado alto de un panel FV (200).

La FIG. 9 muestra la vista posterior de la unidad de irrigación/captación (S).

La FIG. 10 muestra una vista posterior de la unidad de difusión/captación (S) y la ubicación del eje de corte longitudinal.

La FIG. 11 muestra el corte longitudinal de la unidad de difusión/captación (5) indicado en la FIG. 10.

La FIG. 12 muestra el tanque de acopio (15).

La FIG. 13 muestra los componentes del subsistema de monitorización y control.

La FIG. 14 es un diagrama de bloques de la operación general del método de irrigación del panel FV.

La FIG. 15 es un diagrama esquemático de entradas y salidas de las etapas del método de irrigación del panel FV.

La FIG. 16 es un diagrama de bloques de los pasos para la puesta en marcha del método de irrigación del panel FV.

La FIG. 17 es un diagrama de bloques de la implementación preferida de la operación general del método de irrigación del panel FV.

La FIG. 18 es un diagrama de flujo de los pasos para la proyección en el tiempo del efecto de la irrigación en el panel FV.

La FIG. 19 es un diagrama de flujo de los pasos para la proyección en el tiempo de las condiciones de operación del panel FV y del subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV en caso de no irrigación.

La FIG. 20 es un diagrama de flujo de los pasos para la proyección en el tiempo de las condiciones del panel FV y del subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV en caso de irrigación.

La FIG. 21 es un diagrama de flujo de los pasos para la cuantificación del beneficio energético debido a la irrigación del panel FV.

La FIG. 22 es un diagrama de bloques de los pasos para la puesta en marcha del método de irrigación del techo verde.

La FIG. 23 es un diagrama de bloques de la implementación preferida de la operación general del método de irrigación del techo verde. La FIG. 24 es un diagrama de flujo de los pasos para ejecutar la irrigación preferentemente desde la red de suministro del fluido de la edificación.

La FIG. 25 es un diagrama de flujo de los pasos para ejecutar la irrigación preferentemente desde el tanque de acopio.

5. Descripción detallada del invento

La presente invención tiene por objeto principal incrementar la energía generada por los paneles FV a partir de la irrigación de la superficie superior de éstos. Asimismo, la invención puede llevar a cabo la irrigación del techo verde cuando los paneles FV estén instalados sobre éste.

La invención consta de dos partes, aparato y procedimiento de operación. El aparato es el sistema de irrigación de los paneles FV y el techo verde, que consiste en el conjunto integrado de los componentes para el suministro y el control de la irrigación. Este sistema está conformado por tres subsistemas, a saber: i) el subsistema de suministro del fluido para la irrigación del panel FV; ii) el subsistema de monitorización y control; y iii) el subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde.

El procedimiento de operación de la invención consta de dos métodos: un método de irrigación de los paneles FV y un método de irrigación del techo verde, siendo el primero el principal y el segundo complementario en la modalidad preferida de esta invención.

El método de irrigación de los paneles FV tiene por objeto logra la obtención de un balance energético neto positivo de la operación, que consiste en que la energía adicional producida por los paneles FV debido a la irrigación sea mayor a la energía consumida por la invención para tal fin. Para ello, el método determina cuándo se debe iniciar la irrigación de los paneles FV, durante cuánto tiempo se debe irrigar, y cuál debe ser la fuente de irrigación, la red de suministro o el tanque de acopio. Adicionalmente, tales respuestas deben ser obtenidas de manera recurrente, debido a la variación en el tiempo de las condiciones micro-climáticas y de operación de los paneles FV. El método de irrigación del techo verde tiene por objeto garantizar el uso racional y eficiente del agua, por lo cual se determina de manera recurrente si se debe irrigar, cuándo se debe iniciar la irrigación de la vegetación, cuándo se debe detener y cuál debe ser la fuente de irrigación en un instante determinado (red de suministro o tanque de acopio).

En definitiva, la integración de las dos partes de la invención, aparato y procedimiento, crea un sistema inteligente de irrigación. El término "inteligente" hace referencia a que esta invención puede determinar por sí misma las condiciones de operación de acuerdo a las circunstancias en tiempo real, siendo el balance energético neto positivo de la operación del panel FV el criterio principal de decisión.

A continuación se presenta la descripción detallada del sistema y los métodos mencionados.

A. Descripción del sistema de irrigación de paneles FV y techo verde

El problema presentado en la sección de la descripción del estado del arte consiste en la disminución de la eficiencia de los paneles FV debido al aumento de su temperatura de operación, y cómo las invenciones existentes tienen limitaciones para resolver esto, tales como: un consumo de agua significativo inadmisible para los usuarios, no se garantiza un balance energético neto positivo debido a la irrigación, no hay integración con el techo verde ni uso doble propósito del fluido de irrigación (para paneles FV y techo verde), y por último, la infraestructura de suministro y captación del fluido de irrigación no es flexible para adaptarse a la variación de la orientación de los paneles FV.

Tal necesidad identificada es atendida por la presente invención mediante un sistema y dos métodos de irrigación, para paneles FV y techo verde, donde le primero permite reducir la temperatura de operación de las celdas FV. Como se explicará en detalle en el presente documento, esto se logra a partir de la extracción del calor almacenado en el panel FV, debido al contacto entre un fluido de irrigación y la superficie superior del panel FV. El fluido de irrigación, que en las modalidades preferidas de la presente invención puede ser agua, actúa como disipador de calor debido a que la temperatura de dicho líquido es menor que la temperatura de operación del panel FV.

En una modalidad preferida de la presente invención, la irrigación de paneles FV se realiza sobre techos verdes. Por tal motivo, la presente invención aprovecha el líquido irrigado para dos propósitos: irrigar tanto los paneles FV como el techo verde.

En la FIG. 1, se muestra una modalidad del sistema de irrigación de paneles FV y techo verde del presente invento, el cual comprende: i) paneles FV dispuestos sobre una estructura mecánica que varía su inclinación; ii) un techo verde integrado con las bases de soporte de la estructura mecánica; iii) un sistema de irrigación de fluido conformado por un subsistema de suministro de fluido para la irrigación de paneles FV y un subsistema de suministro de fluido para la irrigación del techo verde; y iv) un subsistema de monitorización y control conformado por una unidad de control (controlador) y por sensores de temperatura, de radiación solar, de nivel del fluido en un tanque de acopio, y de humedad del techo verde. La unidad de control determina las condiciones de irrigación del panel FV y el techo verde a partir del sensado de variables micro-climáticas y del nivel del tanque de acopio (1S), junto con el accionamiento de bombas sumergibles (80 y 85) y una electroválvula de varias vías (20).

El sistema del presente invento podrá ponerse en funcionamiento aunque no exista necesariamente un techo verde, es decir, que el sistema de irrigación podrá funcionar sobre los paneles FV sin necesidad de utilizar el fluido para irrigar el techo verde. En esencia, el sistema de irrigación de paneles FV y techo verde del presente invento podrá estar conformado por tres subsistemas, a saber: i) el subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV; ii) el subsistema de monitorización y control; y iii) el subsistema de suministro de fluido para irrigación del techo verde. Se debe entender en la presente invención que el sistema de irrigación de los paneles FV y el techo verde puede ser instalado en uno o varios paneles FV (200) y proveer el fluido de riego para el techo verde que se encuentra debajo y cercanos a éstos. Para facilitar la comprensión de los elementos que conforman la presente invención, a continuación se presenta una lista de los elementos con los respectivos números de referencia utilizados en las figuras:

5

0

5

0

5

En una modalidad de la presente invención como la mostrada en la F1G. 1, F1G. 2, o FIG. 3, el sistema está conformado por unos paneles FV (200), los cuales se pueden instalar con diferentes grados de inclinación y orientación de acuerdo a la ubicación geográfica. Tal ajuste de la inclinación y orientación tiene como propósito captar mayor radiación solar para aumentar la generación de energía. En la presente invención, se debe entender que la inclinación corresponde al ángulo formado entre la superficie del panel FV (200) y una superficie horizontal de referencia; asimismo, la orientación hace referencia al ángulo formado entre la proyección horizontal del vector normal a la superficie del panel FV (200) y la dirección sur geográfica. En las modalidades de la presente invención cuando un panel FV (200) de forma rectangular está inclinado, dos de sus lados están paralelos a la superficie horizontal de referencia, aunque a diferente altui ntal a mayor altura se denomina lado alto ; mientras, el lado paralelo a la superficie horizontal a menor altura se denomina "lado bajo".

Una de las ventajas del presente invento, es que es un sistema modular y liviano diseñado para ser integrado a la infraestructura existente de sistemas de techos verdes; por lo cual algunos componentes se instalan de la siguiente manera: las unidades de difusión/captación (5) se fijan al marco del panel FV (210), la caja de control (40) y el piranómetro (75) se pueden instalar en la estructura de soporte (21S) de los paneles FV (200), y los sensores de temperatura de contacto (45) se ubican en la pane posterior del panel FV (200).

Las unidades de difusión/captación (S) corresponden a piezas que se instalan sobre el marco del panel FV (210), que pueden cumplir dos funciones (no de forma simultánea), difusión del fluido de irrigación en forma de película sobre la superficie superior panel FV (200) y captación del fluido de irrigación. La función a ser realizada por la unidad dependerá del lado de instalación de la unidad, lo cual se explica posteriormente.

Asimismo, se debe entender que la caja de control (40) corresponde al elemento para resguardar el controlador (IOS) y los relés de operación (90, 95, 100). Por otro lado, algunos componentes son instalados sobre el sustrato de la cubierta vegetal, tales como: el tanque de acopio (15), la electroválvula de varias vías (20), la tubería de suministro de fluido de la red (25), tubería flexible (30) para la interconexión de los tanques de acopio (15) y la tubería de irrigación del techo verde (35). En la modalidad preferida de esta invención la tubería de será de tipo flexible, aunque no se limita a ésta.

£1 tanque de acopio (15) podrá contener dos bombas sumergibles (80 y 85), las cuales son componentes electromecánicos que toman fluido en reposo y la mueven para transportarla a determina presión y altura con respecto al punto donde fue captada. La bomba sumergible 1 (80) tiene por objeto suministrar fluido contenido en el tanque de acopio (15) a las unidades de difusión/captación (5); mientras que, la bomba sumergible 2 (85) lleva el fluido del tanque de acopio (15) a la tubería de irrigación del techo verde (35).

A continuación se describe en detalle cada uno de los tres subsistemas, a saber: i) el subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV; ii) el subsistema de monitorización y control; y iii) el subsistema de suministro de fluido para la irrigación del techo verde. i) Subsistema de suministro del fluido para la irrigación del panel FV

Los componentes principales para la irrigación son las unidades de difusión/captación (5), la válvula de distribución (10), los ible (30), la electroválvula de varias vías (20) y la Las unidades de difusión/captación (5) son instaladas en los lados alto y bajo de los paneles FV (200), tal como lo muestra la FIG. 2. Cuando la unidad de difusión/captación (S) está instalada en el lado alto del panel FV (200), esta unidad realiza la difusión del fluido, que en las modalidades preferidas es agua - pero debe entenderse que puede ser cualquier otro fluido que permita reducir la temperatura de los paneles FV (200) - esparciéndose en forma de película.

Cuando la unidad de difusión/captación (S) está instalada en el lado bajo del panel FV (200), dicha unidad realiza la captación del fluido de irrigación. El fluido de irrigación va del lado alto al lado bajo del panel FV (200) por efecto de la gravedad.

Las unidades de difusión/captación (5) pueden cumplir funciones tanto de difusión como de captación del fluido, aunque no de forma simultánea. Esta doble función busca garantizar la operación de la invención en caso de que se desee cambiar la orientación de los paneles FV (200), lo que conlleva a que un mismo lado del panel FV puede ser el lado alto durante unos meses del año, y posteriormente ser el lado bajo durante los otros meses del año, tal como se aprecia en la FIG.3 en contraste con la FIG. 2. Dicho cambio se justifica cuando la radiación solar directa puede incidir tanto desde el sur como desde el norte según sea el mes del año.

Para la presente invención, la tubería flexible (30) permite que los tramos de conexión entre los componentes se ajusten por si mismos cuando se varía la orientación de los paneles FV (200). La válvula de distribución (10) puede ajustar su dirección de distribución del agua para que sólo sea conducida a las unidades de difusión/captación (5) instaladas en el lado alto de los paneles FV (200).

La válvula de distribución (10) podrá tener dos posiciones de operación, las cuales pueden ser seleccionadas de forma manual o automática, siendo la primera opción la modalidad preferida de esta invención. Cada posición de operación de la válvula de distribución permite el flujo de agua en un solo sentido. Como se indicará más adelante, el sistema y método de irrigación del panel FV de la presente invención puede realizar el trabajo de irrigación de forma automática e inteligente dependiendo de las condiciones del medio ambiente y del sistema.

En la modalidad en la que se utiliza en modo manual, se selecciona la posición de la válvula de distribución (10) para que el agua alimente a las unidades de difusión/captación (5) instaladas en lado alto de los paneles FV (200). El suministro de agua a la válvula de distribución (10) puede ser realizado desde la red a través de una tubería flexible (30) o desde el tanque de acopio (15) a través de una tubería flexible (30) debido al impulso dado por la bomba sumergible 1 (80). En caso de que no se desee cambiar la orientación de los paneles FV (200), se selecciona únicamente la posición de operación de la válvula de distribución (10) que suministre agua a las unidades de difusión/captación (5) instaladas en el lado alto de los paneles FV (200). En esta modalidad en que no se varía la orientación, no es necesario instalar la tubería flexible (30) entre las unidades de difusión/captación (5) instaladas en el lado alto de los paneles FV (200) y el tanque de acopio (1S), ni entre la válvula de distribución (10) y las unidades de difusión/captación (5) instaladas en el lado bajo del panel FV (200).

Aunque las consideraciones antes mencionadas están referidas para el caso de paneles FV con orientación fija (seguimiento solar estático), también son aplicables al caso en que haya seguimiento solar que involucre cambio de orientación, como puede ser el caso de seguimiento solar basado en la rotación sobre su eje vertical.

La unidad de difusión/captación (5) puede contar a lo largo de su estructura con un número variable de difusores de agua (115) y captadores de agua (120) intercalados, tal como lo muestra la FIG. 4, lo cual le permite cumplir su doble función, según el lado del panel FV (200) donde se encuentre instalado. Se debe entender que, aunque la FIG. 4 muestra una estructura de nueve difusores de agua (115) y ocho captadores de agua (120), la unidad de difusión/captación (5) puede contar con una cantidad mayor o menor de difusores (115) y captadores (120) de agua.

Las características técnicas de las unidades de difusión/captación (S) varían a lo largo de la estructura para posibilitar la doble función que éstas deben cumplir. Con el fin de apreciar el detalle técnico de su interior, la FIG. S indica los cortes transversales de una unidad de difusión/captación (5).

La unidad de difusión/captación es simétrica con respecto a su punto medio (eje de corte E- E'), razón por la cual se repiten los cortes Α-Α', B-B\ C-C' y D-D\ La FIG. 6 presenta el detalle de la vista de los cinco cortes transversales indicados por la FIG. 5.

Cuando las unidades de difusión/captación (S) están instaladas en el lado alto de los paneles FV (200), se suministra el agua para irrigación del panel FV (200) por medio de la boquilla de ingreso de agua (12S), la cual se aprecia en la vista A-A' de la FIG. 6. Tal como lo indica la FIG. 7, cada unidad de difusión/captación (S) tiene dos boquillas de ingreso de agua (125).

La válvula de distribución (10) suministra el agua a la boquilla de ingreso de agua (125) a través de una tubería flexible (30). La boquilla de ingreso de agua (125) transporta el agua hasta la tubería interna de abastecimiento (130), mostrada tanto por las vistas de la FIG. 6 como por la FIG. 7. La tubería interna de abastecimiento (130) está fijada a la superficie curva a desnivel (ISO) por medio de secciones laminares (1SS). El desnivel de la superficie curva hace referencia a que ésta no es paralela con la superficie horizontal de referencia, puesto que debe dirigir el agua a un punto determinado, que es la boquilla de desagüe (14S). Las secciones laminares son elementos planos, delgados y no flexible instalados al interior de la unidad de difusión/captación (S), para dar rigidez mecánica a ésta. La tubería interna de abastecimiento (130) está conectada con los conductos (160) de la unidad de difusión/captación, tal como se muestra en las vistas Β-Β', C-C y E-E' de la FIG. 6. Cada conducto (160) abastece a un difusor de agua (115), el cual entrega el agua en varias direcciones. La acción conjunta de los difusores de agua (11S) permite crear una película de agua que cubre la totalidad del área de celdas FV (20S), tal como muestra la FIG. 8.

Cada unidad de difusión/captación (5) se sujeta físicamente al marco del panel FV (210) a partir de varios puntos de contacto, que en la modalidad preferida son cuatro puntos. Dos de estos puntos se dan entre las piezas de contacto (140) y la parte superior del marco del panel FV (210), como se muestra en la vista B-B' de la FIG. 6 como por la FIG. 7.

Los otros dos puntos se dan entre las piezas de sujeción mecánica (135) y la parte inferior del marco de panel FV (210). Las piezas de sujeción mecánica (135) se apoyan en las aletas de soporte mecánico (165) para ejercer presión. Las aletas de soporte mecánico (165) deben ser cuerpos rígidos para evitar deformaciones.

Se debe entender para la presente invención, que las piezas de sujeción mecánica (135) pueden ser de acción manual, entre otras, sin limitarse a éstas, en donde la modalidad preferida corresponde al principio de funcionamiento tipo tornillo.

Las unidades de difusión/captación (5) instaladas en el lado bajo de los paneles FV (200) tienen como función captar el agua proveniente del lado alto de los paneles FV (200). Cuando los paneles FV (200) son irrigados, los captadores (120) conducen el agua al interior de las unidades de difusión/captación (5).

La unidad de difusión/captación (5) es una estructura hueca delimitada por una superficie curva con desnivel (150), tal como muestra la FIG. 6. Dicho desnivel está dirigido a la boquilla de desagüe (145), el punto más bajo del componente, tal como lo muestran las FIG. 7 y 9.

El agua captada por la unidad de difusión/captación (5) es conducida a través de la boquilla de desagüe hasta el tanque de acopio (15) por medio de una tubería flexible (30) que conecta los dos componentes.

Con el fin de mostrar más detalles de resenta en la FIG.11 el detalle del corte longitudin El tanque de acopio (1S) tiene como funciones almacenar el agua captada por la unidad de difusión/captación (5) y abastecer de agua a la bomba sumergible 1 (80) para que se pueda irrigar el panel FV (200), si el controlador asf lo indica. Este proceso describe el ciclo de recirculación del fluido de irrigación de la presente invención.

En la modalidad preferida del presente invento, el tanque de acopio (1S) se instala debajo del panel FV (200) y sobre el sustrato (22S) del techo verde, cercano al punto medio de la proyección del panel FV sobre el sustrato. Esto con el fin de evitar que la radiación solar directa caliente el agua para la recirculación, ya que cuando el agua de recirculación aumenta su temperatura se reduce la remoción de calor del panel FV (200), y con ello se limita el mejoramiento de la eficiencia de conversión energética del panel FV (200).

Si la invención se implementa para un solo panel FV (200), el tanque de acopio (1S) contendrá una bomba sumergible 1 (80), una bomba sumergible 2 (85), un sensor de temperatura del fluido (55) y un sensor de nivel de fluido (SO), tal como muestra la FIG. 12. En caso de que la invención se implemente para dos o más paneles FV (200), la bomba sumergible 1 (80), la bomba sumergible 2 (85), el sensor de temperatura del fluido (55) y el sensor de nivel de fluido (50) podrán ser distribuidos en los tanques de acopio (15) que existan, tal como se muestra en la FIG. 1.

El tanque de acopio (15) tiene un conjunto de aberturas en su superficie, tal como lo muestra la FIG. 12. La abertura superior para el ingreso de agua (170) está conectada a la tubería flexible (30) que conduce el agua captada por la unidad de difusión/captación (5). La abertura superior para el paso de tubería (175) permite la instalación de tubería flexible (30) que conduce el agua impulsada por la bomba sumergible 1 (80) hasta la válvula de distribución (10). La abertura lateral para el paso de tubería (180) permite la instalación de tubería flexible (30) que conduce el agua impulsada por la bomba sumergible 2 (85) hasta la tubería de irrigación del techo verde (35). La abertura lateral de rebose (185) permite liberar el exceso de agua cuando se ha alcanzado la capacidad máxima del tanque de acopio (15), lo cual puede ocurrir cuando hay precipitaciones y el agua lluvia captada por el panel FV (200) es conducida hasta el tanque de acopio (15). Las aberturas para el paso de cableado (190) permiten la alimentación eléctrica de la bomba sumergible 1 (80) y la bomba sumergible 2 (85), así como la comunicación cableada con el sensor de temperatura (55) y el sensor de nivel de agua (50). Las aberturas laterales para conexión de tubería (195) permiten la interconexión de tanques de acopio (15) a partir de tubería flexible (30), con el fin de distribuir el agua captada de manera uniforme en todos los tanques de acopio (15) y aumentar el volumen máximo de captación. En caso que no se requiera o no se desee la interconexión de los tanques de acopio (15), se deberán taponar las aberturas laterales para la conexión de tubería (195). Por otro lado, se recomienda mitigar en lo posible la temperatura del fluido de irrigación, ya que éste ingresará al tanque de acopio (1S) con una temperatura mayor a la temperatura ambiente como resultado del proceso de extracción de calor a los paneles FV. Tal situación es desfavorable, ya que a mayor temperatura del fluido menor será la extracción de calor en el panel FV (200), y por ende, menor el incremento de la potencia generada. La mitigación de la temperatura del fluido puede ser realizada en tres componentes del subsistema de suministro de fluido para la irrigación del panel FV después de la irrigación, los cuales son: la unidad de difusión/captación (S), la tubería flexible (30) y el tanque de acopio (1S). En primer lugar, se puede dar aireamiento al agua al fluido captado de la unidad de difusión/captación (5) por medio de aberturas en la parte superior de la superficie curva con desnivel (150). En segunda instancia, la tubería flexible (30), que lleva el fluido de la unidad de difusión/captación (5) al tanque de acopio (1S), podrá ser introducida en el sustrato (22S) del techo verde para aumentar la pérdida de calor, ya que el sustrato cercano al tanque de acopio (1S) tendrá sombreamiento continuo del panel FV (200), y su temperatura será cercana a la temperatura ambiente.

En tercer lugar, el diseño e instalación del tanque de acopio (15) puede favorecer la pérdida de calor del agua en su interior. Tal transferencia de calor hacia el entorno puede ser realizada por conducción y convección; será por conducción debido al contacto entre las paredes del tanque de acopio (15) y el sustrato (225) del techo verde; será por convección entre las paredes del tanque de acopio (15) y el aire circundante, o entre el agua y aire contenido en el tanque de acopio (15), por lo que el tanque de acopio (15) podría tener aberturas para ventilación natural en la parte superior. Para este último caso, la tasa de evaporación del agua dependerá de las condiciones climáticas del lugar, como por ejemplo de la humedad relativa del sitio. En la modalidad preferida del tanque de acopio (15), se busca que el área de contacto con el sustrato (225) sea la mayor posible.

Otra forma de enfriar el agua de irrigación es agregar agua con menor temperatura menor a la temperatura ambiente, inclusive hielo. Aunque debe entenderse que pueden aplicarse una pluralidad de métodos para bajar la temperatura del agua.

En caso de lluvia, el agua captada reducirá la temperatura del agua captada debido a la mezcla; y en caso de que se requiera, el agua en exceso podrá salir por la abertura lateral de rebose (185). ii) Subsistema de monitorización y control

El subsistema de monitorización y control determina las condiciones de operación de los subsistemas de suministro del fluido para la irrigación del panel FV y de suministro del fluido para la irrigación del techo nsadas y los métodos de control de irrigación insta Se debe entender para la presente invención que el método de irrigación de los paneles FV busca obtener un balance energético neto positivo. Dicho balance energético debe considerar la energía adicional generada por los paneles FV (200) y el consumo de energía de los dispositivos eléctricos y electrónicos utilizados para tal fin. En la modalidad preferida, se utiliza el método definido en la presente invención, sin limitarse a éste.

El subsistema de monitorización y control monitoriza condiciones micro-climáticas (estas deben entenderse como condiciones climáticas para un sitio determinado) del lugar de instalación, tales como: radiación solar, temperatura ambiente, velocidad del viento y humedad relativa del aire, entre otras. En la modalidad preferida se considera la monitorización de la radiación solar, la velocidad del viento y la temperatura ambiente.

En la modalidad preferida, como se muestra en la FIG. 13, los componentes de monitorización del subsistema son dos sensores de temperatura de contacto (45), un sensor de nivel del fluido (SO), un sensor de temperatura del fluido (SS), un sensor de humedad de sustrato (60), un sensor de temperatura ambiente (65), un sensor de velocidad de viento (anemómetro) (70), un piranómetro (75), y una base de instalación (110), en la cual se ubican un sensor de temperatura ambiente (65) y un sensor de velocidad de viento (anemómetro) (70). El sensor de nivel del fluido (50) y el sensor de temperatura del fluido (55) se ubican dentro del tanque de acopio (15).

Los componentes de control del subsistema son un controlador (105), un relé de operación 1 (90), un relé de operación 2 (95), un relé de operación 3 (100) y una caja de control (40) que alberga a los demás componentes listados, la cual debe tener un nivel de protección 1P56 o superior (e.g. 1P67).

Para la presente invención, el sensor de temperatura ambiente (65) y el sensor de velocidad del viento (70) se deben instalar a una altura cercana al plano de trabajo de los paneles FV (200) y contiguo a éstos, con el fin de llevar a cabo correctamente la monitorización. La modalidad preferida considera el uso de una base de instalación (110), sin limitarse a ésta, puesto que los sensores podrían fijarse a la estructura de soporte (215) de los paneles FV (200). La modalidad preferida del medio de comunicación entre los sensores (45, 50, 55, 60, 65, 70 y 75) y el controlador (105) es cableada, sin limitarse a ésta.

Con base en el método instalado en el controlador (105) y los valores sensados de las variables de interés para la presente invención (radiación solar, temperatura ambiente, velocidad del viento, temperatura del panel FV (200), temperatura del agua del tanque de acopio (15) y nivel del agua del t utar diversas acciones. Las acciones a ser ejecutadas pueden ser: activar la electroválvula de varias vías (20) para irrigar los paneles FV (200), activar la electroválvula de varias vías (20) para irrigar el techo verde, activar la bomba sumergible 1 (80) para irrigar los paneles FV (200), activar la bomba sumergible 2 (85) para irrigar el techo verde. El tiempo de inicio y duración de cada una de las acciones es determinada por el método instalado en el controlador (IOS).

Las activaciones de la electroválvula de varias vías (20), la bomba sumergible 1 (80) y la bomba sumergible 2 (85) son realizadas por medio de los relés de operación 1 (90), de operación 2 (95) y de operación 3 (100), respectivamente, a partir de una señal de control emitida por el controlador (105). En la modalidad preferida, los relés de operación 1 (90), de operación 2 (95) y de operación 3 (100) son normalmente abiertos (NA), sin limitarse a éstos. Un subsistema de control y monitorización puede operar n subsistemas de suministro del fluido para la irrigación de los paneles FV (200) y m subsistemas de suministro del fluido para la irrigación del techo verde, donde n y m son números enteros mayores a uno, los cuales pueden ser diferentes. Si p es igual al número máximo entre n y m, se debe garantizar que el controlador (105) tenga como mínimo p conjuntos de tres salidas para el control de los relés. Esto se debe a que hay tres relés de operación (90, 95 y 100) con un solo subsistema de cada tipo, siendo esta la modalidad preferida de esta invención.

El sistema de la presente invención puede restringir la irrigación de agua a los paneles FV (200), debido a la baja presión del agua de salida, en el caso por ejemplo, de que se accionen de manera simultánea las electroválvulas de varias vías (20) para la irrigación de varios paneles FV (200) y la irrigación del techo verde. Por tal motivo, la irrigación de los paneles FV y del techo verde no debe ser simultánea cuando el fluido provenga de la red de suministro. iii) Subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde

Los componentes principales del subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde son: el tanque de acopio (15), la electroválvula de varias vías (20), la tubería flexible (30), la tubería de irrigación del techo verde (35) y la bomba sumergible 2 (85).

La operación del subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde es determinada por las consignas de un método programado en el controlador (105) y el nivel de humedad del sustrato, el cual es monitorizado por medio de un sensor de nivel de humedad (60).

El controlador puede ejecutar una de e varias vías (20) para irrigar el techo verde usand e suministro del fluido de la red (25), o activar la bomba sumergible 2 (85) para hacer uso del fluido almacenado en el tanque de acopio (15). Tanto la electroválvula de varias vías (20) como la bomba sumergible 2 (85) pueden suministrar el fluido a la tubería de irrigación del techo verde (35) por medio de tubería flexible (30). El método de operación define la fuente de irrigación (red (25) o tanque de acopio (15)), el tiempo de inicio de la irrigación y la duración de la irrigación. Se aclara que la irrigación del techo verde puede realizarse varias veces en el día o no realizarse, esto depende de la variación en el tiempo del nivel de humedad del sustrato. El controlador da la instrucción de irrigación cuando la lectura proveniente del sensor de nivel de humedad (60) es inferior a un nivel de humedad crítico. La irrigación del sustrato continua hasta que el sensor de nivel humedad (60) registra un nivel aceptable de humedad en el sustrato. Los niveles humedad crítico y aceptable son definidos por el usuario cuando realiza la configuración del controlador.

Para la presente invención, se considera que la modalidad preferida de irrigación es goteo, debido a que permite llevar a cabo suministro del fluido al techo verde en cualquier momento, así haya radiación solar, y reduce el consumo del fluido ya que el suministro se hace directamente al sustrato. La irrigación por goteo se caracteriza porque la tubería de irrigación tiene perforaciones y el agua puede salir en forma de gotas por efecto de la presión de la fuente de suministro de agua. Esta tubería se instala sobre el sustrato.

Si se instala el sistema de la presente invención en un sistema FV donde no haya techo verde, o no se desee irrigar por medio del subsistema de irrigación de techo verde de la presente invención, se podrá omitir la instalación de los siguientes componentes: tubería de irrigación del techo verde (35), bomba sumergible 2 (85), sensor de nivel de humedad (60), y algunos tramos de tubería flexible (30).

B. Descripción de los métodos de irrigación

Esta sección presenta dos métodos para la operación inteligente de los subsistemas de suministro del fluido de irrigación para paneles FV y techo verde, a ser implementados sobre un sistema que incluya un techo verde GRIPV - Green roof integrated photovoltaics. Sin embargo, se aclara que el método para la irrigación de los paneles FV puede ser ejecutado aunque no exista techo verde, o éste sea irrigado de forma independiente. i. Método de irrigación de los paneles FV

La irrigación de los paneles FV puede ser llevada a cabo con régimen continuo durante el tiempo de radiación solar, el cual ocurre en la zona tropical comúnmente entre 6 a.m. y 6 p.m. También puede darse con régim conformado por un tiempo de irrigación a y un tie l régimen se determina por el balance neto energético correspondiente, el cual puede ser positivo o negativo. Será positivo cuando la energía adicional generada por los paneles FV debida a la irrigación sea mayor que la energía consumida por la invención para tal fin; y será negativo en caso contrario.

La irrigación de los paneles FV requiere de una minuciosa operación para obtener un balance neto energético positivo. Tal condición es garantizada por la presente invención, y más aún, se orienta a incrementar dicho balance ya que la estrategia de decisión se basa en un proceso de optimización, lo cual permite determinar de forma inteligente cuándo se debe iniciar la irrigación de los paneles FV, durante cuánto tiempo se debe irrigar, y cuál debe ser la fuente de irrigación, la red de suministro o el tanque de acopio (1S). Adicionalmente, tales respuestas deben ser obtenidas de manera recurrente durante el día, ya que las condiciones micro-climáticas y de operación de los paneles FV varían en el tiempo. Por esta razón, es que la aplicación de este método hace que el subsistema de irrigación de los paneles FV opere de forma inteligente.

£1 método consiste en la ejecución diaria de cuatro etapas, tal como lo presenta la FIG. 14. La etapa de determinación de condiciones de operación del panel FV de referencia (311) permite establecer la línea base (potencia generada) con respecto a la cual se realiza el análisis comparativo de los efectos de irrigación. £1 panel FV de referencia es un panel que nunca es irrigado.

La etapa de determinación de las condiciones de operación de los paneles FV irrigados (313) describe el efecto de la irrigación en el comportamiento de los paneles FV si ésta se llevará a cabo; lo cual se hace por medio de la estimación y proyección en el tiempo de la temperatura de operación y la potencia generada.

La etapa de realización de la toma de decisión sobre la irrigación (31S) se basa en un proceso de optimización, que permite determinar si se debe iniciar la irrigación de los paneles FV en el instante de tiempo de análisis, durante cuánto tiempo se debe irrigar, o cuál debe ser la fuente de irrigación. Asimismo, el presente método determina el régimen de operación de diversos componentes de la invención (e.g. electroválvula de varias vías (20) y bomba sumergible 1 (80)) para efectuar la irrigación de los paneles FV. Finalmente, la etapa de cuantificación del beneficio energético diario (317) determina la energía generada adicional por efecto de la irrigación, la energía consumida para lograr la irrigación, y la diferencia entre éstas, lo que es el balance energético.

La FIG. 15 ilustra un diagrama esquemático de las principales entradas y salidas de las tres primeras etapas del método. Las tablas 1, 2 y 3 presentan los parámetros, las variables monitorizadas y las variables calculadas. Los parámetros deben ser suministrados por el usuario al controlador antes de la pu describe las funciones de cálculo requeridas para y la potencia generada por el panel FV para los casos de no irrigación (funciones 1 y 2) e irrigación (funciones 3 y 4), así como el intervalo de tiempo de la irrigación (Función 3). La evaluación de las funciones podrá ser realizada con base en los parámetros y variables presentadas en las tablas 1, 2 y 3.

La FIG. 16 indica los tres pasos para la puesta en marcha del método. Inicialmente, se debe realizar la instalación del método (321) por medio de un archivo computacional en el controlador del sistema. Posteriormente, se debe dar la configuración inicial (323), lo cual abarca la inclusión de los parámetros como los indicados en la Tabla 1

Finalmente, se pone

en marcha el método para que se lleve a cabo la ejecución diaria de las instrucciones (32S).

La FIG. 17 describe la modalidad preferida de la implementación de la operación general del método mostrado en la FIG. 14. El presente método es de aplicación diaria, por lo que comienza cada nuevo día (331). £1 tiempo de análisis diario (333) hace referencia a un instante de tiempo después de la franja de tiempo diaria útil para la generación de energía, o sea en la parte final del día, en el cual se calcula el impacto energético de la irrigación sobre el panel FV. La ejecución diaria del método es repetitiva durante el tiempo en el que haya radiación solar (e.g. 6 a. m. a 6 p. m.) (335), esto con el fin de limitar el tiempo de operación de los componentes de monitorización y del controlador, lo cual reduce el consumo energético debido a éstos.

La lectura de variables (337) se encarga de adquirir la información de cada uno de los sensores del subsistema de monitorización y control. En la modalidad preferida de esta invención, se monitorizan las variables listadas en la

Tabla 2, aunque no se limita solo a éstas.

Con el fin de posibilitar el inicio de las estimaciones, se lleva a cabo la determinación de las condiciones iniciales de las variables en el primer instante del tiempo de radiación solar (339) (e.g. 6 a.m.), para lo cual se usan los datos obtenidos de la primera lectura de variables ocurrida con el inicio de la radiación solar diaria. Asimismo, se asigna valores iniciales a variables de las cuales e instante de tiempo de análisis, como por ejemplo es el caso del tiempo de la última irrigación de los paneles FV.

Cada vez que se inicie un nuevo ciclo de trabajo según el intervalo de tiempo de análisis - a (e.g. 1, 2 o 5 minutos), se estima la potencia generada en los paneles FV (3311), por medio de la función 2 si no está siendo irrigado en ese instante de tiempo, o por medio de la función 5 si es irrigado en ese instante de tiempo; las funciones 2 y 5 se describen en la Tabla 4. Esta potencia se calcula en tiempo real a partir de la lectura de la radiación solar y la temperatura de operación del panel FV para el tiempo t. Esta

curva de potencia que se construye durante el día describe el efecto de la irrigación ejecutada, y es de la cual se obtiene el beneficio energético diario al final del día.

La línea base se refiere al caso en que el panel FV opera sin irrigación y se describe por medio de las proyecciones de las condiciones de operación del panel FV de referencia (3313), que corresponden a la temperatura de operación y la potencia

generada para lo cual se hace uso de las funciones 1 y 2 descritas en la Tabla

4. Dicho cálculo consiste en la proyección para una ventana de tiempo determinada contada a partir instante del tiempo t de análisis, considerando solamente los valores sensados de las variables monitorizadas en ese instante de tiempo. Esta curva de potencia generada sera Ia línea base o de referencia.

De manera similar, se estima el efecto de la irrigación en cada uno de los paneles FV (331S) como la proyección en el tiempo de la temperatura de operación Ia

potencia generada Esta curva de potencia será la línea de mejora potencial. A partir de un análisis comparativo de la línea base y la línea de mejora potencial, se puede establecer si se deben o no irrigar los paneles FV (3317). Se irriga siempre y cuando se cumplan varias condiciones, como que habrá un balance energético neto positivo.

Dependiendo de la decisión que se tome, es fundamental llevar a cabo la determinación de las condiciones de operación de los paneles FV (temperatura de operación y potencia generada) y del subsistema de suministro del fluido de irrigación para paneles FV (estado de operación de las electroválvulas y de las bombas sumergibles 1

ya Para el caso de no irrigación (3319) o para el caso de irrigación

(3321). Posterior a la culminación de cualquiera de estas actividades, el método inicia un nuevo ciclo de análisis de acuerdo al intervalo de tiempo de análisis -

min) mientras haya radiación solar.

Posterior a la finalización del tiempo de radiación solar, se espera a que sea el instante de tiempo de análisis diario (333), para cuantificar el beneficio energético debido a la irrigación de los paneles FV (3323) ón diaria del método (3325). La FIG. 18 expone en detalle el paso de la proyección del efecto potencial de la irrigación en el panel FV (331S) presentado en la FIG. 17. Solo se puede dar inicio si es el instante de tiempo para evaluar el inicio de una nueva etapa de irrigación (t^) potencial (341). En caso que no se cumpla la condición mencionada (que sea el instante de tiempo para evaluar el inicio de una nueva etapa de irrigación), el método retorna al punto A para iniciar un nuevo ciclo de trabajo. La descripción del cálculo del tiempo de una nueva etapa de irrigación se presenta posteriormente.

Inicialmente, se procede a determinar el intervalo de tiempo de irrigación según la fuente de irrigación (343) y el volumen de agua (345) necesarios por cada fuente de irrigación (red de suministro o tanque de acopio (13)), de forma tal que se reduzca la temperatura de operación de los paneles FV a un nivel cercano a la temperatura ambiente. El tiempo de irrigación de cada fuente se determina aplicando la Función 3 descrita en la Tabla 4. El volumen de agua requerido para enfriar el panel FV se calcula como el producto del tiempo de irrigación estimado y el flujo de agua (parámetro introducido en la etapa configuración inicial), dicho cálculo se realiza por fuente.

El procedimiento para determinar la fuente de irrigación potencial (347) se basa en considerar a la red de suministro como la primera opción de irrigación, debido al menor consumo energético que representa. La red puede impulsar el agua por efecto de la presión; caso contrario a lo que sucedería si la fuente es el tanque de acopio (1S), pues se hace necesario el uso de una bomba para llevar el agua hasta los paneles FV. Para establecer si la red de suministro puede ser la fuente preseleccionada de irrigación, es necesario que el volumen de agua de irrigación que aportaría por la red de suministro sea inferior al volumen libre en el tanque de acopio (1S) para el instante t del análisis. Este volumen libre es la diferencia entre el volumen máximo del tanque de acopio (15) y el volumen de agua existente (variable). Esta variable puede ser

determinada a partir de la monitorización del nivel de agua en el tanque de acopio (15)

La no preselección de la red de suministro, según la condición mencionada,

significa de forma directa que el tanque de acopio (15) será la fuente de irrigación preseleccionada. Seguidamente, se proyecta la potencia a ser consumida según la fuente de irrigación potencial (349). Los consumos energéticos serán debidos a la electroválvula de varias vías (20), si el agua proviene de la red, o la bomba sumergible 1 (80), si el fluido proviene del tanque de acopio (15). La proyección en el tiempo de las condiciones de operación de los paneles FV en caso de irrigación (3411) o variaciones debid ración de los paneles ^se realiza por medio de las

funciones 4 y 5 descritas en la Tabla 4. Dicho cálculo consiste en la proyección de las variables mencionadas para una ventana de tiempo determinada contada a partir del instante t de análisis, considerando solamente los valores sensados de las variables monitorizadas en ese mismo instante. La ventana de tiempo o intervalo de tiempo debe ser tal que el electo de la irrigación sea prácticamente nulo, es decir que las curvas de potencia

proyectadas lleguen a ser iguales. Esta ventana de tiempo es la misma

considerada en los pasos proyecciones de las condiciones de operación del panel FV de referencia (3313) y proyección de la potencia a ser consumida según la fuente de irrigación potencial (349).

Seguidamente, se calcula la curva de potencia neta (3413) como la curva proyectada de la potencia generada por el panel FV debido a la irrigación menos la curva proyectada de la potencia generada por el panel FV de referencia menos la curva proyectada de potencia a ser consumida por la operación del sistema para efectuar la irrigación potencial.

A partir de la curva de potencia neta es posible estimar si hay un beneficio energético neto positivo debido a la irrigación. Es más, el presente método hace un esfuerzo por maximizar dicho beneficio.

El procedimiento de optimización inicia con el cálculo de la energía neta acumulada, que se define como la sumatoria del producto de la potencia neta por el paso de tiempo de análisis

1 minuto), desde el inicio de la irrigación que la temperatura de operación del

panel FV en el caso de irrigación corresponda nuevamente a la temperatura de operación estimada para el panel FV referencia.

Se procede a calcular la curva de la variable denominada potencia neta promedio, la cual se define como la relación entre la energía neta acumulada y el intervalo de tiempo en la cual cada valor de esta energía es obtenido. La potencia promedio adicional varía para cada instante de tiempo ya que representa la tasa de energía equivalente obtenida para un intervalo de tiempo determinado.

A partir de la curva de la potencia neta promedio se obtienen los índices de máximo beneficio energético (3415), los cuales son: potencia neta promedio máxima y el tiempo de beneficio energético máximo que es el intervalo de tiempo cuando

ocurre el primero. La potencia neta promedio máxima es el valor máximo de la variable potencia neta promedio.

A partir de estos índices calculados se establece si se deben o no irrigar

los paneles FV (3317); específicamente se considerará viable la opción de irrigar si y solo si la potencia neta promedio máxim de beneficio energético máximo es menor al intervalo de tiempo límite para la obtención de un

beneficio energético por irrigación (A); en caso contrario, no se irrigará.

El diagrama de flujo de la FIG. 19 muestra en detalle el paso determinación de las condiciones de operación de los paneles FV y del subsistema de suministro del fluido de irrigación para el panel FV en caso de no irrigación (3319) presentado en la FIG. 17. Para ello, se inicia con el cálculo de las condiciones de operación de los paneles FV en caso de no irrigación (351); es decir, la temperatura de operación del panel FV y la potencia generada, las cuales se pueden calcular por medio de las funciones 1 y 2 descritas en la Tabla 4. Se aclara que, para la modalidad preferida, estas condiciones de operación en el escenario de no irrigación pueden diferir de la línea base obtenidas para el caso del panel FV de referencia (3311), ya que para un instante de análisis determinado t, los paneles FV pueden evidenciar aún el efecto de la etapa de irrigación anterior, por lo cual la temperatura de operación sería menor con respecto a la línea base, y por ende la potencia generada sería mayor.

Considerando lo mencionado, se procede a calcular la curva de la potencia neta para el caso de no irrigación de los paneles FV (353), lo cual corresponde a la diferencia entre la curva de potencia obtenida para el caso de no irrigación y la potencia generada según la línea base.

Teniendo claro que no hay irrigación, se procede también a determinar el estado de las variables de operación del subsistema de suministro del fluido de irrigación para los paneles FV (355) que garantice dicha condición, como por ejemplo indicar un estado de apagado de operación de la electroválvula de varias vías (20) y la bomba sumergible 1 (80).

Finalmente, se define el instante tiempo de la nueva etapa de irrigación considerando que no hubo irrigación en la etapa actual (357). Este nuevo instante de tiempo se calcula como la suma del instante de tiempo actual y el intervalo de tiempo de análisis

La FIG. 20 expone en detalle el paso la determinación de las condiciones de operación de los paneles FV y del subsistema de suministro del fluido de irrigación del panel FV en caso de irrigación (3321) presentado en la FIG. 17. Como primer paso se define el instante de tiempo de la nueva etapa de irrigación considerando que hay irrigación en la etapa actual (361). Este nuevo tiempo se calcula como la suma del instante de tiempo actual t y el tiempo de beneficio energético máximo - t _bm¡íX . Con es lógico, habrían varios instantes de tiempo para las nuevas etapas de irrigación.

Suponiendo que hay irrigación, se procede también a definir el estado de las variables operación del subsistema de irrigación de los paneles FV (363) que garantice dicha condición, como por ejemplo indica roválvula de varias vías (20) y la bomba sumergible 1 (Sí)) durante el tiempo de irrigación determinado (343) según la fuente de irrigación seleccionada.

La FIG. 21 muestra en detalle el paso cuantificación del beneficio energético debido a la irrigación de los paneles FV (3323) presentado en la FIG. 17. Inicialmente, se cuantifica la energía diaria generada por el panel FV de referencia (371), lo cual consiste en realizar una sumatoria del producto de la potencia efectivamente generada en los paneles FV (3311) por intervalo de tiempo de análisis minutos). De manera similar se calcula la energía diaria generada por cada panel FV irrigado (373).

Enseguida, se cuantifica la energía consumida debido a la operación del subsistema de irrigación de los paneles FV (375), la cual es la suma de dos potencias variantes en el tiempo. La primera es la potencia demandada por la electroválvula de varias vías (20) y la bomba sumergibles 1 (80), que tiene un comportamiento intermitente, ya que refleja la operación en breves instantes de tiempo de estos dispositivos, las cuales nunca son simultáneas. La segunda es la potencia de consumo del controlador y los sensores, la cual es generalmente constante durante el tiempo de radiación solar, siendo menor o nula durante el tiempo de no radiación solar, lo cual depende de los dispositivos utilizados. Finalmente, se calcula la energía neta adicional diaria debida a la irrigación de los paneles FV (377), la cual se define como la energía diaria generada por cada panel FV irrigado (373) menos la energía diaria generada por el panel FV de referencia (371) menos la energía consumida por la operación del subsistema de suministro del fluido para la irrigación de los paneles FV (37S). ii. Método de irrigación del techo verde

La irrigación automática de un techo verde puede ser llevada a cabo a partir de un régimen horario, una o varias veces al día, para el cual se programa(n) la(s) hora(s) de inicio y la duración de la(s) sesión(es). Puede ser ejecutada cada día o sólo algunos días de la semana.

Esta modalidad de irrigación se caracteriza por un consumo de agua fijo, ya que el tiempo de operación no varía; adicionalmente, no garantiza el uso racional del agua, puesto que puede suministrar más agua de la requerida. Lo anterior puede ocurrir por varios motivos:

· No se tiene en cuenta el aprovechamiento del agua lluvia.

• La demanda de agua puede variar según las condiciones micro-climáticas. En días con menor nivel de radiación solar, la tasa de evapotranspiración será menor y por ende la demanda de agua del techo verde disminuirá.

• La estimación, realizada por el usuario, del agua requerida por el techo verde puede ser elevada. Para garantizar un nivel aceptable de humedad del sustrato del techo verde y reducir el consumo de agua, se debe establecer un método que base su operación en dos parámetros: el nivel de humedad crítico y el nivel de humedad aceptable. El primer parámetro indica que el sustrato está en el nivel más bajo permisible, y debe ser la señal para iniciar la irrigación de forma inmediata. El segundo parámetro hace referencia al límite superior de la zona razonable de humedad del techo verde, y debe ser la señal para detener la irrigación. Con respecto a la fuente de irrigación, hay dos opciones, la red de suministro o el tanque de acopio (1S). Por lo tanto, este método responde los siguientes interrogantes: ¿Cuándo se debe iniciar la irrigación?, ¿Cuándo se debe detener la irrigación?, ¿Cuál es la fuente de la irrigación en un instante determinado? Adicionalmente, tales respuestas deben ser obtenidas de manera recurrente durante el día, ya que es posible que se deba irrigar una o varias veces en un día determinado. También es posible que no se requiera irrigar. Por lo antes mencionado, se considera que la aplicación de este método hace que el subsistema de suministro del fluido para la irrigación del techo verde opere de forma inteligente.

La FIG. 22 indica los tres pasos para la puesta en marcha del método. Inicialmente, se debe realizar la instalación del método (411) por medio de un archivo computacional en el controlador (105). Posteriormente, se debe dar la configuración inicial (413), lo cual abarca la inclusión de parámetros como los indicados en la Tabla S. Finalmente, se pone en marcha para que se lleve a cabo la ejecución diaria de las instrucciones (415).

Tal como muestra la FIG. 23, el método inicia su ejecución cada día (421) a las 12:00a.m.; sin embargo, sólo ejecuta ciclos de trabajo durante el intervalo de tiempo en el que haya radiación solar (e. g. 6 a. m. a 6 p. m.) (43), el cual es determinado de acuerdo al nivel de radiación solar medida. La definición la franja de tiempo se hace con el fin de limitar el tiempo de operación de los componentes de monitorización y del controlador (IOS), lo cual está en consonancia con la misma franja de operación del método de irrigación de los paneles FV. De esta manera se reduce el consumo energético debido a la operación de todo el sistema. La lectura de variables (425) consiste en adquirir la información de los parámetros de cada uno de los sensores del subsistema de monitorización y control. En la modalidad preferida de esta invención, se monitorizan el nivel de humedad del sustrato y el nivel de agua en el tanque, aunque no se limita solo a éstas.

La decisión de irrigar (427) se toma cuando el nivel de humedad del sustrato medido es inferior al nivel de humedad crítico. La selección de la fuente preferida de irrigación (429) es determinada de acuerdo con la configuración inicial realizada por el usuario en la puesta en marcha del método. De acuerdo a esto, se podrá ejecutar la irrigación preferentemente desde la red de suministro (4211) o desde el tanque de acopio (4213).

La opción de preferencia entre las dos fuentes existe para que el usuario seleccione aquella que energéticamente sea más conveniente para el sistema. Se recomienda seleccionar la red de suministro cuando el consumo diario promedio de la bomba de irrigación 2 (85) (irrigación del techo verde) sea mayor al consumo diario promedio de la bomba de irrigación 1 (80) (irrigación de paneles FV). En caso contrario, se recomienda seleccionar al tanque de acopio (15) como fuente preferida.

Se aclara que la selección es preferente y no exclusiva para ninguna de las fuentes. En el caso de que la fuente preferida sea la red de suministro, la mayoría del tiempo ésta será usada para irrigar el techo verde; sin embargo, cada determinado tiempo - (e.g. 3 o 5 días) se recomienda cambiar el agua almacenada en el tanque de acopio (15) para irrigar los paneles FV, lo cual se denomina intervalo de tiempo máximo para cambio del agua - 1½κ _α , el cual es determinado por el usuario al configurar el controlador.

En el caso de que la fuente preferida sea el tanque de acopio (15), se debe tener presente que en ocasiones el agua almacenada en el tanque de acopio (15) no es suficiente para lograr el nivel aceptable de humedad del sustrato; por lo que se deberá culminar la irrigación con agua proveniente de la red. Lo anterior se puede llevar a cabo siempre y cuando la tubería de irrigación del techo verde tenga alimentación tanto de la red de suministro como del tanque de acopio (15).

La FIG. 24 describe en detalle el paso ejecución de la irrigación preferentemente desde la red (4211) presentado en la FIG. 23. Se inicia determinando si es tiempo de extraer el agua del tanque de acopio (15) (431). En caso de que aún no sea así, se procede a ejecutar la irrigación del techo verde con agua suministrada de la red (433), que requiere activar la electroválvula de varias vías (20) correspondiente.

Este método realiza continuamente la lectura del nivel de humedad del sustrato (435) para determinar si se ha alcanzado el nivel de humedad aceptable (437). Mientras no sea así, se continúa con la irrigación del sus aceptable es alcanzado, se detiene la acción d esactivar la electroválvula de varias vías (20) correspondiente; posteriormente, se procede a retornar al punto de inicio de la operación diaria.

En caso de sea tiempo de cambiar el agua del tanque de acopio (1S) (431), se procede a ejecutar la misma secuencia de pasos de la irrigación preferentemente desde el tanque de acopio (4213), que describe la FIG. 25.

La irrigación del techo verde con agua del tanque de acopio (15) debe cumplir con la siguiente restricción, que el volumen de agua existente en el tanque de acopio (1S) en el instante de tiempo de análisis t sea mayor a un valor crítico (441). Tal condición se fijó para garantizar que las bombas al interior del tanque de acopio (1S) no traten de operar en vacío, ya que esto podría ocasionar su avería.

Si el volumen de agua es mayor al nivel crítico, se procede a ejecutar la irrigación (443), que consiste en activar la bomba sumergible 2 (85) correspondiente. Posterior a ello, se hace lectura del nivel de humedad del sustrato (445) para determinar si se ha alcanzado el nivel de humedad aceptable (447). Mientras no sea así, se continúa con la irrigación del sustrato. Ahora, si el nivel de humedad aceptable es alcanzado, se detiene la acción de irrigación (449), que consiste en desactivar la bomba sumergible 2 (85).

Dado que el vaciado del tanque de acopio (15) se detuvo antes de llegar al valor mínimo, se debe establecer un nuevo tiempo para culminar el proceso (4411). Posteriormente, se procede a retornar al punto de inicio de la operación diaria. Por otro lado, si la irrigación no se lleva a cabo porque el volumen de agua es menor al volumen crítico (441), significa que no hay agua para ser extraída, y por ende, se debe fijar un nuevo tiempo para efectuar la extracción del agua que ingresará posteriormente al tanque de acopio (15) (4413), de conformidad al intervalo de tiempo máximo para cambio del agua (e.g. 3 o 5 días) con respecto al instante de análisis t. Posteriormente, se procede a retornar al punto de inicio de la operación diaria.

Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, y la persona versada en la técnica entenderá que pueden efectuarse numerosas variaciones y modificaciones que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.