ES2242177T3 - Dispositivo de bombeo alimentado por energia solar. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de bombeo alimentado por energía solar, que comprende: un convertidor de potencia solar para generar potencia a partir de la luz solar; una bomba accionada por la potencia procedente de dicho convertidor de potencia solar; un accionador para controlar la orientación de dicho convertidor de potencia solar; y un controlador para controlar dicho accionador de modo que oriente dicho convertidor de potencia solar para una generación de potencia óptima, comprendiendo dicho controlador un receptor para recibir datos de tiempo de radiodifusión, y un calculador de efemérides para calcular la posición del sol basándose en los datos de tiempo recibidos.
Description
Dispositivo de bombeo alimentado por energía
solar.
La presente invención se refiere a dispositivos
de bombeo alimentados por energía solar, dispositivos por ejemplo
que pueden ser usados para bombear agua de perforaciones y
transferirla superficialmente a lugares remotos. Tal dispositivo de
bombeo se describe, por ejemplo, en el documento
FR-A-2.722.251.
Un problema particular del bombeo de agua en
áreas remotas es la provisión de potencia la bomba. La provisión de
electricidad de la red es a menudo cara y solo es económica si se
requieren líneas de alimentación de corta extensión o líneas de
potencia para instalaciones particularmente grandes. Los generadores
Diesel proporcionan una potencia previsible pero requieren
mantenimiento y alimentación regulares. Los molinos de aire
proporcionan generalmente buen servicio en lugares adecuados, pero
su potencia es afectada por las corrientes de aire y requieren un
mantenimiento regular. Las bombas alimentadas por energía solar son
por lo tanto ventajosas y son particularmente eficientes y
económicas cuando se necesita una pequeña potencia, el lugar es
remoto y no existe un suministro de electricidad fiable.
Un factor importante para maximizar la eficiencia
de una ordenación de bombeo alimentada por energía solar es el de
maximizar la conversión de energía solar en electricidad. Se dispone
de motores con una eficiencia del 90% o superior y bombas con una
eficiencia del 70% o superior pero las ordenaciones de celdas
solares tienen a menudo una eficiencia inferior al 15%. La
eficiencia de una ordenación de celdas solares puede ser maximizada
colocando las celdas de modo que apunten exactamente al sol.
Sistemas de seguimiento electrónicos conocidos utilizan sensores
sensibles a la luz que miden la radiación o luz solar entrante. Dos
sensores opuestos están colocados sobre la ordenación solar en
ángulos opuestos a la perpendicular a la ordenación. El bastidor de
la ordenación es accionado entonces por un motor para equilibrar la
señal entre los dos sensores. Este sistema no tiene un registro muy
fiable porque los sensores han de estar montados recibiendo el sol
directamente, lo cual puede conducir a su degradación a lo largo del
tiempo. Los sensores deben estar conectados a un controlador por
medio de un conjunto de cables eléctricos, que se encaminan
alrededor del bastidor de la ordenación. Los sensores exteriores es
corriente que se rompan accidentalmente, ya sea en el transporte o
en el uso diario. Estos sistemas pueden incorporar también
detenedores y sensores eléctricos para detectar posiciones de motor
y detenciones extremas, los cuales presentan también problemas de
fiabilidad a largo plazo al estar expuestos continuamente a las
inclemencias del tiempo.
Otro tipo de sistema utiliza tanques llenos de
gas o un bastidor lleno de gas como un método de posicionamiento de
la ordenación solar. A medida que la radiación solar calienta la
ordenación, la transferencia de gas desde un lado de la ordenación
al otro, mueve el bastidor de la ordenación que está, en un estado
de equilibrio, dirigido hacia el sol. Se ha hallado que tales
seguidores de gas tienen el riesgo de fugas de gas y sistemas
desequilibrados que originan un funcionamiento errático. Este
sistema es también de difícil fabricación y transporte pues el
sistema es muy voluminoso y pesado.
Ambos sistemas descritos anteriormente no se
comportan adecuadamente en condiciones nubosas o de poca luz, pues
la radiación solar es limitada en estas ocasiones.
Para contrarrestar el problema de la poca luz,
los seguidores solares electrónicos pueden usar un reloj horario
para mantener el seguimiento de la posición del sol pero entonces se
requiere una base horaria segura, por otra parte puede producirse un
error de tiempo acumulativo muy grande a lo largo de años de
funcionamiento. También es necesario establecer inicialmente la hora
y ajustar el sistema para el emplazamiento del dispositivo, lo cual
puede introducir errores.
Un objeto de la presente invención es, por lo
tanto, proporcionar un dispositivo de bombeo alimentado por energía
solar mejorado.
Según la presente invención, se proporciona un
dispositivo de bombeo alimentado por energía solar que
comprende:
un convertidor de potencia solar para generar
potencia a partir de la luz solar;
una bomba accionada por la potencia procedente de
dicho convertidor de potencia solar;
un accionador para controlar la orientación de
dicho convertidor de potencia solar; y
un controlador para controlar dicho accionador
para orientar dicho convertidor de potencia solar para una óptima
generación de potencia, comprendiendo dicho controlador un receptor
para recibir datos de tiempo de radiodifusión, y un calculador de
efemérides para calcular la posición del sol basándose en los datos
de tiempo recibidos.
Basando el cálculo de la posición del sol y por
tanto el control de la orientación del convertidor de potencia solar
en la información de radiodifusión del tiempo, se evita la necesidad
de un reloj interno preciso en el dispositivo y se simplifica el
montaje del dispositivo en la instalación. La información de tiempo
de radiodifusión se prefiere que está basada en un sistema de
posicionamiento basado en satélites, tal como el GPS, que garantiza
que la señal de tiempo puede ser recibida en cualquier lugar del
mundo en que esté situado el dispositivo. En adición, la información
de posición puede ser deducida de las señales GPS y usada como la
base del cálculo de efemérides de modo que el montaje y
funcionamiento del dispositivo son completamente automáticos.
La bomba es preferiblemente una bomba de cavidad
progresiva. Tales bombas tienen una eficiencia relativamente
constante con variación en cabeza y velocidad de modo que el
dispositivo permanece eficiente sometido a condiciones de luz solar
que varíen y con una carga variable.
La invención es particularmente ventajosa cuando
se aplica a dispositivos que usan una ordenación de celdas solares
como dispositivo de conversión de potencia pues tales ordenaciones
son relativamente sensibles a una orientación inferior a la
óptima.
La presente invención se describirá mejor con
referencia a las realizaciones a modo de ejemplo y los dibujos que
se acompañan, en los cuales:
la figura 1 es un esquema de un dispositivo de
bombeo alimentado por energía solar según la presente invención;
la figura 2 es una vista lateral de la ordenación
de celdas solares y la disposición de control del dispositivo de
bombeo según la presente invención; y
la figura 3 es un esquema de una disposición de
control alternativa que puede ser usada en un dispositivo de bombeo
según la presente invención.
En las diversas figuras, las partes similares se
designan con los mismos números de referencia.
Un dispositivo 1 de bombeo según una primera
realización de la invención se muestra en las figuras 1 y 2. La
ordenación o panel 2 de celdas solares convierte la luz solar en
electricidad que alimenta el motor eléctrico 9 que acciona la bomba
10 y alimenta también el controlador 6. Para proporcionar la máxima
potencia de la ordenación de celdas solares esta debe seguir al sol
y con este fin se monta sobre el soporte 7 por medio del pivote 5.
El accionador 3, que está montado sobre el soporte 7 y conectado a
la ordenación 2 de celdas solares por el enlace 4, que hace girar la
ordenación 2 de celdas solares alrededor del pivote 5 bajo el
control del controlador 6.
El controlador 6 incluye un receptor 61 de GPS
que, cuando está activado, proporciona una corriente de datos que
incluye la hora (Hora del meridiano de Greenwich) y datos de
posición, que incluyen la latitud, la longitud y la elevación. Un
microprocesador 62 recibe la corriente de datos y extrae la
información deseada, principalmente datos de longitud y hora,
necesarios para calcular la posición relativa actual (efemérides)
del sol. A partir de esta, puede ser determinada una orientación
apropiada de la ordenación 2 de las celdas solares para la máxima
potencia y el accionador 3 es accionado por medio del controlador 63
de motor para posicionar la ordenación de celdas solares
apropiadamente.
El accionador 3 puede comprender un motor de
corriente continua reversible cuyo movimiento giratorio es
convertido en un movimiento lineal mediante el enlace 4 y/o
engranaje. Un sensor apropiado, por ejemplo un conmutador de
láminas, un sensor de efecto Hall, un codificador, o un dispositivo
de medición de corriente se proporciona para determinar la posición
del motor, y por consiguiente de la ordenación de celdas solares, de
modo que la ordenación 2 de celdas solares pueda ser detenida en la
posición correcta por medio de un bucle de realimentación.
El motor 9 en esta realización es un motor de
corriente continua sumergible sin escobillas que tiene una alta
eficiencia debido a la utilización de imanes de rotor de tierras
raras, bobinas de estator de baja pérdida y conmutación electrónica
de fuerza contraelectromotriz. Es activado por medio del circuito 8
de activación, un seguidor de pico de potencia máxima (MPPT) que
proporciona una salida de corriente relativamente constante con una
tensión y por consiguiente una velocidad de motor que varían con los
niveles de luz solar. Esto maximiza la eficiencia del dispositivo.
La bomba es una bomba de desplazamiento positivo, tal como una bomba
de cavidad progresiva.
Un controlador alternativo 6', que tiene algunas
características opcionales adicionales se muestra en la figura
3.
El controlador 6' incluye una batería 66, con
suministro de potencia y cargador 65 para cargar la batería, para
permitir que el controlador funcione correctamente, incluso cuando
los niveles de iluminación son bajos, y para proporcionar potencia
para estacionar la ordenación de celdas solares en una posición
horizontal durante la noche y para accionar esta hacia una posición
enfrentada hacia el este en la mañana. Un circuito 64 de
realimentación de la posición de motor detecta electrónicamente los
picos de corriente cuando las escobillas de motor pasan por el
conmutador y por tanto puede proporcionar una señal de posición de
motor, evitando la necesidad de un sensor de posición exterior.
La presentación 69, el teclado 67 y el puerto 68
de comunicación están conectados al microcontrolador 62 para
permitir funciones adicionales tales como las de contrarrestar
manualmente, diagnosticar y descargar datos operacionales.
Aunque se ha descrito una realización concreta de
la invención, se apreciará que pueden hacerse variaciones. La
presente invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas
y no por la descripción anterior.
Claims (6)
1. Un dispositivo de bombeo alimentado por
energía solar, que comprende:
un convertidor de potencia solar para generar
potencia a partir de la luz solar;
una bomba accionada por la potencia procedente de
dicho convertidor de potencia solar;
un accionador para controlar la orientación de
dicho convertidor de potencia solar; y
un controlador para controlar dicho accionador de
modo que oriente dicho convertidor de potencia solar para una
generación de potencia óptima, comprendiendo dicho controlador un
receptor para recibir datos de tiempo de radiodifusión, y un
calculador de efemérides para calcular la posición del sol basándose
en los datos de tiempo recibidos.
2. Un dispositivo de bombeo según la
reivindicación 1, en el que dicho receptor está destinado a obtener
dicha información de radiodifusión de un sistema de posicionamiento
basado en satélites, tal como el GPS.
3. Un dispositivo de bombeo según la
reivindicación 2, en el que dicho receptor está destinado además a
obtener información de posición a partir de dichas señales de
radiodifusión mediante dicho sistema de posicionamiento basado en
satélites.
4. Un dispositivo de bombeo según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes en el que dicha bomba es una
bomba de cavidad progresiva.
5. Un dispositivo de bombeo según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes en el que dicho convertidor de
potencia solar es una ordenación de celdas solares.
6. Un dispositivo de bombeo según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha bomba es
accionada por un motor eléctrico alimentado por dicho convertidor de
potencia solar.
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