ES1257111U - OPEN SKID MODULAR TRANSFORMATION CENTER FOR STRING INVERTERS IN PHOTOVOLTAIC SOLAR PLANTS (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
CENTRO DE TRANSFORMACIÓN MODULAR SKID ABIERTO PARA INVERSORES OPEN SKID MODULAR TRANSFORMATION CENTER FOR INVERTERS
STRING EN PLANTAS SOLARES FOTOVOLTAICASSTRING IN PHOTOVOLTAIC SOLAR PLANTS
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención se inscribe dentro del ámbito de la generación de energía eléctrica, en concreto en el campo de los equipos para plantas solares fotovoltaicas.The present invention falls within the field of electric power generation, specifically in the field of equipment for photovoltaic solar plants.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
La producción de energía mediante fuentes renovables ha ido adquiriendo con el tiempo una importancia cada vez mayor en la producción de energía global, siendo claves en la sostenibilidad del sistema energético y en la lucha contra el llamado cambio climático.Over time, the production of energy through renewable sources has become increasingly important in global energy production, being key in the sustainability of the energy system and in the fight against so-called climate change.
Uno de los principales tipos de energías renovables es la energía solar fotovoltaica, que es aquella que se obtiene al convertir la luz solar en electricidad empleando una tecnología basada en el efecto fotoeléctrico. Esta energía puede producirse en instalaciones que van desde pequeños generadores para autoconsumo hasta grandes plantas industriales.One of the main types of renewable energy is photovoltaic solar energy, which is that obtained by converting sunlight into electricity using a technology based on the photoelectric effect. This energy can be produced in facilities ranging from small generators for self-consumption to large industrial plants.
El efecto fotoeléctrico está basado en la propiedad de determinados materiales por la que son capaces de absorber fotones y liberar electrones, generando una corriente eléctrica. Con estos materiales se realizan los dispositivos denominados celdas o células fotovoltaicas, que pueden ser de silicio u otros materiales semiconductores y constituyen la unidad mínima de producción de energía fotovoltaica.The photoelectric effect is based on the property of certain materials by which they are capable of absorbing photons and releasing electrons, generating an electric current. With these materials, devices called photovoltaic cells or cells are made, which can be made of silicon or other semiconductor materials and constitute the minimum unit of photovoltaic energy production.
Las células fotovoltaicas se agrupan en los paneles fotovoltaicos. La corriente eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos es de tipo continuo y, a fin de poder ser suministrada a la red eléctrica y consumida, ha de ser transformada en corriente alterna. Photovoltaic cells are grouped into photovoltaic panels. The electrical current generated by the photovoltaic panels is of the continuous type and, in order to be able to be supplied to the electrical network and consumed, it must be transformed into alternating current.
A fin de transformar la corriente continua en corriente alterna se emplean los llamados inversores, que transforman una tensión de entrada de corriente continua a una tensión simétrica de salida (senoidal, cuadrada o triangular) de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia necesaria para la aplicación.In order to transform direct current into alternating current, so-called inverters are used, which transform an input voltage of direct current to a symmetrical output voltage (sinusoidal, square or triangular) of alternating current, with the magnitude and frequency necessary for the application.
En una planta solar fotovoltaica puede usarse un único inversor que transforma la corriente del conjunto de paneles fotovoltaicos, llamado de tipo central, o pueden emplearse varios inversores de menor tamaño que convierten cada uno la corriente eléctrica de un grupo o ramal de paneles fotovoltaicos conectados en serie. Son los denominados inversores “string” o en cadena. También existen microinversores para convertir la energía de un único panel.In a photovoltaic solar plant, a single inverter can be used that transforms the current of the set of photovoltaic panels, called the central type, or several smaller inverters can be used that each convert the electrical current of a group or branch of photovoltaic panels connected into Serie. They are called "string" or chain inverters. There are also microinverters to convert the power of a single panel.
La corriente alterna generada por los inversores string es de baja tensión, por lo que se emplean centros de transformación para elevarla a media tensión. El conjunto de un centro de transformación está formado por un transformador BT-MT (baja tensión a media tensión), uno o varios cuadros de baja tensión, que reciben la energía generada de todos los inversores que llegan al centro de transformación, y una celda de media tensión, desde la cual se envía la energía generada en media tensión hacia la subestación. El cuadro de baja tensión contiene, entre otros elementos, un sistema de protecciones eléctricas a fin de proteger contra sobretensiones y sobrecorrientes a los inversores, incluso detectando la perdida de aislamiento en las líneas.The alternating current generated by the string inverters is low voltage, so transformer centers are used to raise it to medium voltage. The assembly of a transformation center is made up of a LV-MT (low voltage to medium voltage) transformer, one or more low voltage panels, which receive the energy generated from all the inverters that arrive at the transformation center, and a cell medium voltage, from which the energy generated in medium voltage is sent to the substation. The low voltage panel contains, among other elements, a system of electrical protections in order to protect the inverters against overvoltages and overcurrents, even detecting the loss of insulation in the lines.
Asimismo, el centro de transformación puede llevar otros elementos adicionales como pueden ser un controlador de matriz inteligente, que permite la monitorización del sistema de inversores, un interfaz de comunicaciones con sistemas externos, como un SCADA (Supervisor/ Control And Data Acquisition), así como una unidad SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida).Likewise, the transformation center can carry other additional elements such as an intelligent matrix controller, which allows the monitoring of the inverter system, a communication interface with external systems, such as a SCADA ( Supervisor / Control And Data Acquisition), as well as a UPS (Uninterruptible Power Supply) unit.
Todos estos equipos que forman parte del centro de transformación suelen ir montados en una plataforma modular denominada “skid”, palabra inglesa que hace referencia a un sistema o subsistema de proceso que se monta en una estructura incluyendo todos los elementos necesarios para el funcionamiento íntegro de la máquina que facilita su transporte e instalación. Idealmente las dimensiones de un skid serían las que le permitieran ser transportado en contenedores para transporte marítimo. Los skid pueden llevar una envolvente completa o ser abiertos (sin envolvente).All these equipment that are part of the transformation center are usually mounted on a modular platform called "skid", an English word that refers to a system or process subsystem that is mounted on a structure including all the necessary elements for the full operation of the machine that facilitates its transport and installation. Ideally, the dimensions of a skid would be those that allow it to be transported in containers for maritime transport. The skids can have a complete envelope or be open (without envelope).
Las protecciones de baja tensión actualmente empleadas en las estaciones de potencia están basadas en fusibles, por lo que ocupan mucho tamaño y esto hace que los centros de transformación tengan también gran tamaño, dificultando, dentro del rango de potencias necesarias en las plantas fotovoltaicas, su transporte en contenedores marítimos estándares de 20 y 40 pies.The low voltage protections currently used in power stations are based on fuses, which is why they occupy a lot of size and this means that the transformation centers are also large, making it difficult, within the range of powers necessary in photovoltaic plants, their transport in standard sea containers of 20 and 40 feet.
Por otra parte, los centros de transformación suelen realizarse a medida y ello dificulta su configuración compacta, lo que se facilitaría con una configuración modular para maximizar el aprovechamiento de las dimensiones del skid.On the other hand, transformation centers are usually made to measure and this makes their compact configuration difficult, which would be facilitated with a modular configuration to maximize the use of the skid dimensions.
Además, la multitud de elementos que forman parte de estos dispositivos conlleva un control, instalación, conexión y puesta en marcha compleja, siendo aconsejables para facilitar todo ello sistemas de monitorización y comunicación integrados.In addition, the multitude of elements that are part of these devices entail complex control, installation, connection and start-up, being advisable to facilitate all this integrated monitoring and communication systems.
Por todo ello existe la necesidad en el mercado de centros de transformación abiertos modulares capaces de mejorar la relación volumen/potencia de los dispositivos actualmente disponibles y con ello permitir su configuración en skid con dimensiones compatibles con los contenedores de transporte marítimo, así como permitir una fácil instalación, conexión y puesta en marcha.For all these reasons, there is a need in the market for modular open transformer centers capable of improving the volume / power ratio of the currently available devices and thus allowing their skid configuration with dimensions compatible with maritime transport containers, as well as allowing a easy installation, connection and commissioning.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
El objeto de la presente invención es la obtención de un centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas realizado de forma customizada o a medida cuya estructura modular y tipo skid permite un tamaño compacto para su transporte en contenedores marítimos estándar.The object of the present invention is to obtain a modular open skid transformation center for string inverters in photovoltaic plants made in a customized or bespoke way, whose modular structure and skid type allows a compact size for transport in standard maritime containers.
Otro objeto de la presente invención es la obtención de un centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas que integre sistemas de comunicación y monitorización, facilitando su instalación, conexión y puesta en marcha.Another object of the present invention is to obtain a modular open skid transformation center for string inverters in photovoltaic plants that integrates communication and monitoring systems, facilitating their installation, connection and start-up.
El centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas objeto de la presente invención está formado, al menos, por un transformador de baja tensión a media tensión, una celda de media tensión y uno o varios de cuadros de baja tensión, teniendo dichos cuadros de baja tensión protecciones basadas en interruptores automáticos en lugar de fusibles.The open skid modular transformer station for string inverters in plants photovoltaic plants object of the present invention is formed, at least, by a low voltage to medium voltage transformer, a medium voltage cell and one or more of low voltage panels, said low voltage panels having protections based on automatic switches instead of fuses.
Los elementos anteriores están incluidos en forma de módulos independientes en una estructura única de soporte de tipo skid, cuyas dimensiones permiten su transporte en contenedores marítimos de 20 y/o 40 pies dependiendo del rango de potencia del centro de transformación.The above elements are included in the form of independent modules in a single skid-type support structure, the dimensions of which allow their transport in 20 and / or 40 foot sea containers depending on the power range of the transformation center.
Al estar los cuadros de baja tensión basados en interruptores automáticos, tienen un tamaño compacto que permite reducir el tamaño de los cuadros de baja tensión y aumentar el tamaño del transformador para el mismo volumen total del centro de transformación incluyendo su estructura de soporte, ampliando el rango de potencias que permite su transporte en contenedores marítimos estándar.As the low voltage switchgear is based on circuit breakers, they have a compact size that allows reducing the size of the low voltage switchgear and increasing the size of the transformer for the same total volume of the transformation center including its support structure, expanding the range of powers that allows its transport in standard maritime containers.
Los cuadros de baja tensión pueden incluir junto a las protecciones otros elementos como un interruptor general y un transformador de baja tensión para servicios auxiliares.The low voltage switchboards can include, along with the protections, other elements such as a general switch and a low voltage transformer for auxiliary services.
La estructura de soporte del skid está formada por un bastidor y una serie de travesaños a una distancia tal entre sí que permiten el montaje de transformadores y cuadros de distinto tamaño sin variar el tamaño total de dicho bastidor.The skid support structure is made up of a frame and a series of cross members at such a distance from each other that they allow the mounting of transformers and panels of different sizes without varying the total size of said frame.
Al estar el centro de transformación frecuentemente ubicado a la intemperie y ser de tipo abierto, a fin de proteger los cuadros de baja tensión contra las inclemencias del tiempo, la estructura incluye una cubierta de protección de dichos cuadros.As the transformation center is frequently located outdoors and is of the open type, in order to protect the low voltage switchboards against inclement weather, the structure includes a protective cover for said switchboards.
Estando los distintos elementos del centro de transformación conectados entre sí para su control y monitorización, éste puede incluir un módulo controlador de matriz inteligente que permite monitorizar el sistema de inversores comunicándose mediante protocolos de comunicaciones como pueden ser, de forma no limitativa, TCP/IP y Modbus RTU.Since the different elements of the transformation center are connected to each other for their control and monitoring, it can include an intelligent matrix controller module that allows monitoring the inverter system by communicating through communication protocols such as, without limitation, TCP / IP and Modbus RTU.
Además, el centro de transformación puede también incluir otros módulos, como un sistema de comunicaciones a fin de permitir el citado control y diagnóstico en forma remota a través de un sistema SCADA o similar, pudiendo también incluir un módulo de sistema de alimentación ininterrumpida o SAI.In addition, the transformation center can also include other modules, such as a communications system in order to allow the aforementioned remote control and diagnosis through a SCADA or similar system, and may also include an uninterruptible power supply or UPS module.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.Throughout the description and the claims, the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will be derived in part from the invention and in part from the practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration and are not intended to restrict the present invention. Furthermore, the invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, in which, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented following:
La Figura 1 muestra una vista axonométrica simplificada de una realización preferente del centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas objeto de la presente invención.Figure 1 shows a simplified axonometric view of a preferred embodiment of the open skid modular transformation center for string inverters in photovoltaic plants object of the present invention.
La Figura 2 muestra una vista axonométrica simplificada de una realización preferente de la estructura de soporte del centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas objeto de la presente invención.Figure 2 shows a simplified axonometric view of a preferred embodiment of the support structure of the open skid modular transformation center for string inverters in photovoltaic plants object of the present invention.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Empleando la numeración adoptada en las Figuras 1 y 2 del presente documento para identificar los elementos que componen el centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas objeto de la presente invención, se procede a la descripción de dichos elementos para una realización preferente de la invención. Using the numbering adopted in Figures 1 and 2 of this document to identify the elements that make up the open skid modular transformation center for string inverters in photovoltaic plants object of the present invention, we proceed to the description of said elements for a preferred embodiment of the invention.
En una realización preferente, el centro de transformación modular skid abierto para inversores string en plantas fotovoltaicas objeto de la presente invención está formado, al menos, por un transformador de baja tensión a media tensión (1), una celda de media tensión (3) y una serie de cuadros de baja tensión (2), teniendo dichos cuadros de baja tensión (2) protecciones basadas en interruptores automáticos en lugar de fusibles.In a preferred embodiment, the open skid modular transformer station for string inverters in photovoltaic plants object of the present invention is formed, at least, by a low to medium voltage transformer (1), a medium voltage cell (3) and a series of low-voltage panels (2), said low-voltage panels (2) having protections based on automatic switches instead of fuses.
Los elementos anteriores están incluidos en forma de módulos independientes en una estructura única de soporte (4) de tipo skid, cuyas dimensiones permiten su transporte en contenedores marítimos de 20 y/o 40 pies dependiendo del rango de potencia del centro de transformación.The above elements are included in the form of independent modules in a single skid-type support structure (4), the dimensions of which allow their transport in 20 and / or 40 foot maritime containers depending on the power range of the transformation center.
Al estar los cuadros de baja tensión (2) basados en interruptores automáticos, tienen un tamaño compacto que permite reducir el tamaño de los cuadros de baja tensión y aumentar el tamaño del transformador (1) para el mismo volumen total del centro de transformación incluyendo su estructura de soporte, ampliando el rango de potencias que permite su transporte en contenedores marítimos estándar.As the low voltage switchboards (2) are based on circuit breakers, they have a compact size that allows reducing the size of the low voltage switchboards and increasing the size of the transformer (1) for the same total volume of the transformation center including its support structure, expanding the range of powers that allows its transport in standard maritime containers.
En una realización preferente de la invención, los cuadros de baja tensión (2) incluyen junto a las protecciones otros elementos como un interruptor general y un transformador de baja tensión para servicios auxiliares.In a preferred embodiment of the invention, the low voltage panels (2) include, together with the protections, other elements such as a general switch and a low voltage transformer for auxiliary services.
La estructura de soporte (4) del skid está formada por un bastidor (9) con una serie de travesaños (10) a una distancia tal entre sí que permiten el montaje de transformadores (1) y cuadros (2) de distinto tamaño sin variar el tamaño total de dicho bastidor.The support structure (4) of the skid is formed by a frame (9) with a series of cross members (10) at such a distance from each other that they allow the assembly of transformers (1) and panels (2) of different sizes without varying the total size of that frame.
A fin de proteger los cuadros de baja tensión (1) contra las inclemencias del tiempo, estando el sistema frecuentemente ubicado a la intemperie, la estructura incluye una cubierta de protección (8) de dichos cuadros (1).In order to protect the low voltage switchboards (1) against inclement weather, the system being frequently located outdoors, the structure includes a protective cover (8) for said switchboards (1).
En una realización preferente, los distintos elementos del centro de transformación están conectados entre sí para su control y monitorización, incluyendo un módulo controlador de matriz inteligente (5) que permite monitorizar el sistema de inversores comunicándose mediante protocolos de comunicaciones como pueden ser, de forma no limitativa, TCP/IP y Modbus RTU.In a preferred embodiment, the different elements of the transformation center are connected to each other for their control and monitoring, including an intelligent matrix controller module (5) that allows monitoring the inverter system by communicating through communication protocols such as, non-limiting, TCP / IP and Modbus RTU.
El centro de transformación incluye también en una realización preferente un módulo de comunicaciones (6) a fin de permitir dicho control y diagnóstico en forma remota a través de un sistema SCADA, así como un módulo de sistema de alimentación ininterrumpida o SAI (7). The transformation center also includes, in a preferred embodiment, a communications module (6) in order to allow said control and diagnosis remotely through a SCADA system, as well as an uninterruptible power supply or UPS module (7).
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|---|---|---|---|---|
| US11881672B1 (en) | 2021-11-24 | 2024-01-23 | Gridworks, Inc. | Quick connection system for energy storage and photovoltaic equipment |
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| US11881672B1 (en) | 2021-11-24 | 2024-01-23 | Gridworks, Inc. | Quick connection system for energy storage and photovoltaic equipment |
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