ES2306310T3 - Dispositivo generador de energia solar. - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo generador de energía solar incluyendo una primera batería solar (1,2,3) para generar energía en corriente continua teniendo una tensión prescrita, una segunda batería solar (4, 5) para generar energía en corriente continua teniendo una tensión menor que la tensión de la primera batería solar (1, 2, 3), un circuito aumentador (16A, 16B) para aumentar la tensión de la energía en corriente continua generada por la segunda batería solar (4, 5), un circuito inversor (8) que convierte la energía en corriente continua aumentada por el circuito aumentador (16A, 16B) y la energía en corriente continua generada por la primera batería solar a energía en corriente alterna y además lleva a cabo el control MPPT (seguimiento del punto de energía máxima), un sensor de tensión (23) para detectar la tensión de la energía en corriente continua generada por la primera batería solar, un temporizador (25) es mantenido desde que la primera y segunda batería solar comienza la generación de energía para contar un periodo continuo de tiempo para el cual un estado donde la tensión detectada del sensor de tensión (23) no sea mayor que una tensión predeterminada, estando el dispositivo caracterizado por comprender: un controlador (24) para comenzar el funcionamiento del circuito aumentador cuando la cuenta de tiempo del temporizador es igual a un tiempo predeterminado.

Description

Dispositivo generador de energía solar.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo generador de energía solar para suministrar energía generada por una batería solar, más concretamente a un dispositivo generador de energía solar para aumentar la energía en corriente continua generada por una batería solar, convirtiendo la energía solar aumentada de esa forma a energía en corriente alterna y de esa forma logrando el suministro de energía en corriente alterna.
2. Descripción de la técnica relacionada
Este tipo de dispositivo generador de energía solar ha sido conocido como dispositivo generador de energía solar en el cual la energía en corriente continua generada por una batería solar es aumentada por un circuito aumentador, la energía en corriente continua de esa forma aumentada es convertida a energía en corriente alterna por un circuito inversor, y la energía en corriente alterna de esa forma convertida es controlada por un controlador para ser regenerada a un sistema de origen de energía comercial (por ejemplo, ver el documento JP-A-2003 00 9398).
La batería solar usada en el dispositivo generador de energía solar como se describió anteriormente tiene una característica tal que la energía de salida de la batería solar aumenta gradualmente cuando la tensión de salida de la batería solar oscila entre Vmax (tensión de liberación) hasta el punto de energía máxima Pm, y la energía de salida decrece gradualmente desde el punto de energía máxima Pm cuando la tensión de salida excede el punto de energía máxima Pm y entonces decrece. Por lo tanto, se conoce al control de Seguimiento del Punto de Energía Máximo como el control para obtener la energía máxima de la batería solar (en lo sucesivo referido como "control MPPT") en el cual el punto de operación de la batería solar es variado por el circuito inversor para así realizar el seguimiento todo el tiempo del punto de energía máxima Pm (por ejemplo, ver el documento JP-A-11-282553).
Sin embargo, de acuerdo al dispositivo generador de energía solar revelado en el documento JP-A-11-282553, una batería estándar en la cual un número predeterminado de paneles de batería solar están conectados uno a otro en serie y obtiene energía en corriente continua en condiciones normales, es decir, la energía en corriente continua estándar que puede ser generada es conectada a un circuito inversor, y además una batería solar más pequeña en la cual son conectados uno a otro en serie paneles de batería solar cuyo número es más pequeño que el número predeterminado, la energía en corriente continua generada por esos paneles de batería solar es mas pequeña que la energía en corriente continua estándar y la tensión de la energía en corriente continua en cuestión es más pequeño que la tensión de la energía en corriente continua estándar que se conecta al circuito inversor a través de un circuito aumentador. En este dispositivo generador de energía solar, cuando la luz solar es débil por la mañana o por la noche o bajo malas condiciones meteorológicas, por ejemplo, el circuito inversor pasa a una forma de funcionamiento intermitente debido a la falta de cantidad de electricidad generada, y de esa forma cuando el circuito aumentador comienza a funcionar antes que el circuito inversor pase a un modo de funcionamiento continuo, el control MPPT del circuito inversor se ve afectado negativamente.
En consecuencia, se requiere que al comenzar el funcionamiento del circuito aumentador en esa etapa que se haya comprobado que el circuito inversor funcione continuamente. En este caso, el funcionamiento continuo del circuito inversor puede ser comprobado por la realización de comunicaciones con un microordenador de control del circuito inversor. Alternativamente, el funcionamiento continuo del circuito inversor puede ser comprobado suministrando sensores de tensión y corriente a la parte de entrada del circuito de batería estándar y midiendo la corriente en base a las salidas de los sensores de tensión y corriente.
Sin embargo, en el caso anterior, es posible conectar a únicamente un circuito inversor adaptado para comunicaciones, y es imposible conectar a un circuito inversor el cual no está adaptado para comunicaciones. En este último caso, el número de piezas se incrementa, y los costes aumentan.
El documento EP-A-0 947 905 revela un dispositivo generador de energía solar teniendo las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Sumario de la invención
Por lo tanto, la presente invención tiene como objeto proporcionar un dispositivo generador de energía solar que pueda mantener una versatilidad general, evitar el aumento del coste y prevenir que el control MPPT del circuito inversor se vea afectado negativamente cuando el circuito aumentador comience su funcionamiento.
Con el fin de lograr el objeto anterior, de acuerdo a un primer aspecto de la invención, un dispositivo generador de energía solar incluyendo una primera batería solar (1, 2, 3) para generar energía en corriente continua con una tensión prescrita, una segunda batería solar (4, 5) para generar energía en corriente continua teniendo una tensión menor que la tensión de la primera batería solar (1, 2, 3), un circuito aumentador (16A, 16B) para aumentar la tensión de la energía en corriente continua generada por la segunda batería solar (4, 5), y un circuito inversor (8) que convierte la energía en corriente continua aumentada por el circuito aumentador (16A, 16B) y la energía en corriente continua generada por la primera batería solar a energía en corriente alterna y además lleva a cabo el control MPPT (seguimiento del punto de energía máxima); un sensor de tensión (23) para detectar la tensión de energía en corriente continua generada por la primera batería solar; un temporizador (25) es mantenido desde que la primera y segunda batería solar comienza la generación de energía para contar un periodo de tiempo continuo para el cual un estado donde la tensión detectada del sensor de tensión (23) no sea mayor que una tensión predeterminada estando dicho dispositivo caracterizado por comprender: un controlador (24) para comenzar el funcionamiento del circuito aumentador cuando el contador de tiempo del temporizador sea igual a un tiempo predeterminado.
En el dispositivo generador de energía solar, la tensión predeterminada es establecida a un valor que se logra al substraer una tensión de determinación del comienzo de un circuito aumentador preestablecido de una tensión de salida máxima preestablecida de la primera batería solar.
En el dispositivo generador de energía solar, cuando el controlador (24) determina que la tensión de la energía en corriente continua (Vs) generada por la primera batería solar (1, 2, 3) es mayor que la tensión de salida máxima preestablecida (Vmax), el controlador establece la tensión de la energía en corriente continua a la tensión de salida máxima preestablecida, y para la operación del circuito aumentador (16A, 16B).
De acuerdo a la presente invención, no es necesario hacer el circuito inversor adaptable a las comunicaciones, la versatilidad general puede ser mantenida y el aumento de coste puede ser evitado. Además, cuando el circuito aumentador comienza a funcionar, puede evitarse que le afecte negativamente el control MPPT del circuito inversor.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama mostrando el sistema general de un dispositivo generador de energía solar;
La Fig. 2 es un diagrama de un circuito de un dispositivo de conexión conteniendo un circuito aumentador; y
La Fig. 3 es un diagrama de flujo mostrando el control cuando el circuito aumentador comienza a funcionar.
Descripción detallada de la realización preferente
Una realización preferente de acuerdo con la presente invención será descrita a continuación con referencia a los dibujos que se acompañan.
La Fig. 1 es un diagrama sistemático mostrando el sistema general del dispositivo generador de energía solar. En la Fig. 1, los números de referencia del 1 al 3 representan baterías solares estándar (primeras baterías solares). Cada batería solar estándar tiene un número predeterminado, por ejemplo, de cinco paneles de batería solar conectados uno a otro en series, y pueden generar energía en corriente continua en condiciones normales, esto es, energía en corriente continua estándar. Los números de referencia 4 y 5 representan unas baterías solares más pequeñas (segunda baterías solares). Cada batería solar más pequeña tiene paneles de batería solar cuyo número es más pequeño que el número predeterminado, por ejemplo, de tres paneles de batería solar conectados uno a otro en serie. La energía en corriente continua generada por cada batería solar más pequeña es menor que la energía en corriente continua estándar y la tensión de la energía en corriente continua en cuestión es menor que la tensión de la energía en corriente continua estándar.
El número de referencia 6 representa un dispositivo de conexión conteniendo un circuito aumentador (convertidor Corriente Continua/Corriente Continua) descrito posteriormente el cual se aloja en la colocación 6A. La referencia número 7 representa un acondicionador de energía teniendo un circuito inversor 8 conectado al dispositivo de conexión 6, y el acondicionador de energía 7 esta conectado a un sistema de energía comercial. El acondicionador de energía 7 lleva a cabo el control MPPT (control de Seguimiento de Punto de Energía Máxima) de variar el punto de funcionamiento de la batería solar a fin de que el punto de funcionamiento de la batería solar sigue todas las veces el punto de energía máxima para obtener la máxima energía de la batería solar.
El dispositivo de conexión 6 será descrito a continuación con referencia a la Fig.2.
Los números de referencia 10A, 10B y 10C representan los circuitos de entrada estándar conectados a la baterías solares estándar 1, 2 y 3 a través de los terminales 11A, 11B y 11C respectivamente, y el número de los circuitos de entrada estándar es igual al número de las baterías solares a conectar. Los números de referencia 12A, 12B y 12C representan diodos impidiendo el flujo de vuelta conectados a los lados de salida de los circuitos de entrada estándar 10A, 10B y 10C respectivamente.
Los números de referencia 16A y 16B representan circuitos aumentadores (convertidor Corriente Continua/
Corriente Continua), y los circuitos aumentadores 16A y 16B están conectados a las baterías más pequeñas 4 y 5 a través de los terminales 17A y 17B y el primer y segundo sensor de tensión 18A y 18B. El número de referencia 22 representa un tercer sensor de tensión para detectar la tensión de salida de los circuitos aumentadores 16A y 16B, y el número de referencia 23 representa un cuarto sensor de tensión para detectar las tensiones de salida de los circuitos de entrada estándar 10A, 10B y 10C (en adelante referido como "tensiones de entrada estándar"). Aquí, la energía de control para los circuitos aumentadores 16A y 16B se logra de las baterías solares más pequeñas 4 y 5, y de esta forma no sirve como una carga en las baterías solares 1, 2 y 3.
El número de referencia 24 representa un controlador como por ejemplo un microordenador o similar. El controlador 24 está equipado con una CPU (unidad central de proceso), una RAM (memoria de acceso aleatoria), una ROM (memoria de solo lectura), las cuales no se muestran en las figuras, y un temporizador 25. El controlador 24 está además equipado con un detector de tensión de entrada 26 y un detector de tensión de salida 27. Además el controlador 24 emite a una señal de control a los circuitos aumentadores 16A y 16B a través de un circuito de control PWM (modulación por ancho de pulsos) 28 (circuito de control de modulación por ancho de pulsos). El dispositivo de conexión 6 está conectado al acondicionador de energía 7 a través de un terminal de lado de salida 30.
El funcionamiento del dispositivo generador de energía solar, en particular, el funcionamiento del dispositivo generador de energía solar cuando comienza a funcionar será descrito en referencia al diagrama de flujo de la Fig. 3.
En primer lugar, el controlador 24 establece el valor máximo Vmax de la tensión de entrada estándar a cero (restablece a cero) (S1), y lee la tensión actual de la entrada estándar Vs detectada por el cuarto sensor de tensión 23 (S2). Posteriormente, el controlador 24 determina si los circuitos aumentadores 16A y 16B están parados (S3). Si están parados, el controlador 24 lee el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax el cual se almacena por adelantado en la RAM, y compara la tensión de entrada estándar actual Vs con el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax (S4).
Si la tensión de entrada estándar actual Vs no es mayor que el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax, el controlador 24 determina si la tensión de entrada estándar actual Vs es menor que el valor obtenido al substraer una tensión de determinación del comienzo del circuito aumentador preestablecido Vn almacenado en RAM del valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax (S5). Si la tensión de entrada estándar actual Vs es menor que el valor en cuestión (en lo sucesivo referido como "estado menor"), el temporizador 25 comienza la cuenta de tiempo. Cuando el estado menor en cuestión es seguido por un tiempo mayor que un tiempo de determinación del comienzo Tn del circuito inversor 8 prealmacenado en RAM (en base al tiempo de determinación del comienzo Tn, puede ser determinado que el circuito inversor 8 funciona, particularmente el circuito inversor 8 funciona continuamente) y el temporizador 25 cuenta el tiempo de determinación del comienzo Tn y entonces agota el tiempo de espera (S6), el controlador 24 determina que el circuito inversor 8 del acondicionador de energía 7 funciona. Por lo tanto, el controlador 24 da salida a una señal de comienzo a los circuitos aumentadores 16A, 16B y comienza el funcionamiento de cada uno de los circuitos aumentadores 16A y 16B (S7).
Como se describió anteriormente, en base a la tensión de entrada estándar Vs, el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax y la tensión de determinación del comienzo del circuito aumentador, se determina a través del contador de tiempo del temporizador 25 que el circuito inversor 8 funciona continuamente, y entonces cada uno de los circuitos aumentadores 16A y 16B es controlado para comenzar su funcionamiento. Por lo tanto, el circuito inversor 8 proporcionado al acondicionador de energía 7 no está obligado a ser diseñado para ser adaptable a las comunicaciones. Por lo tanto, la versatilidad general puede ser mantenida, y es innecesario de nuevo proporcionar un sensor de corriente, etc en el lado 10A, 10B, 10C del circuito de entrada estándar. En consecuencia, el aumento de los costos puede ser evitado, y cuando es comenzado el funcionamiento de los circuitos aumentadores 16A, 16B, se puede evitar que afecte negativamente el control MPPT del circuito inversor 8.
Además, cuando el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax es leído y comparado con la tensión de entrada estándar actual Vs, la tensión de entrada estándar actual Vs es mantenida al valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax (S8) si el controlador 24 determina que la tensión de entrada estándar actual Vs es mayor que el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax. En este caso, el contador de tiempo del temporizador 25 es establecido a cero (restablecido a cero) (S9) y se para el funcionamiento de los circuitos aumentadores 16A, 16B (S10) como en el caso donde la tensión de entrada estándar actual Vs no sea mayor que el valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax, y como resultado de la determinación en cuanto si la tensión de entrada estándar actual Vs es menor que el valor obtenido de substraer la tensión de determinación del comienzo del circuito aumentador preestablecido Vn almacenado en la RAM del valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax, la tensión de entrada estándar actual Vs no es menor que el valor en cuestión. En este caso, el restablecimiento del temporizador 25 no es requerido necesariamente para parar los circuitos aumentadores 16A, 16B, y el temporizador 25 puede ser restablecido con algún tiempo que transcurra después que los circuitos aumentadores 16A, 16B sean parados para comprobar la determinación en cuanto si el menor estado de Vs es seguido por un periodo más largo que Tn. Sin embargo, es preferible que el temporizador 25 se restablezca a la vez qué cuando ha sido detenido de los circuitos aumentadores
16A, 16B.
Además, es preferible que el estado de parada de los circuitos aumentadores 16A, 16B se mantenga desde el comienzo de tiempo del contador de tiempo hasta la desconexión de tiempo del temporizador cuando la tensión de entrada estándar actual Vs no sea mayor que el valor máximo de la tensión de entrada estándar Vmax y se determine si la tensión de entrada actual Vs es menor que el valor obtenido al substraer la tensión de determinar el comienzo del circuito aumentador preestablecido Vn almacenado en la RAM del valor máximo de tensión de entrada estándar Vmax.
Después de que cada circuito aumentador 16A y 16B comience su funcionamiento, en base a las tensiones de salida de las baterías solares más pequeñas 4 y 5 detectadas por el primer y el segundo sensor de tensión 18A y 18B y las tensiones de salida de los circuitos aumentadores 16A y 16B detectados por el tercer sensor de tensión 22, el detector de tensión de entrada 26 y el detector de tensión 27 del controlador 24 están funcionando, y el controlador 24 controla los circuitos aumentadores 16A y 16B a través del circuito de control 28, a fin de que la tensión de salida de los circuitos aumentadores 16A, 16B que sea mantenida igual a la tensión de salida de los circuitos de entrada estándar 10A, 10B y 10C, a fin de que la corriente teniendo una tensión predeterminado pueda ser proporcionada desde el dispositivo generador de energía solar.
Varias variaciones, correcciones y modificaciones pueden ser realizadas en base a la descripción anterior.
Por ejemplo, en la realización anteriormente descrita, el número de las primeras baterías solares, el número de las segundas baterías solares, el número de circuitos aumentadores, y el número de otras piezas no están limitadas a las de la realización anteriormente descrita, y ello puede ser establecido adecuadamente a cualquier número, como demande la ocasión.

Claims (4)

1. Un dispositivo generador de energía solar incluyendo
una primera batería solar (1,2,3) para generar energía en corriente continua teniendo una tensión prescrita,
una segunda batería solar (4, 5) para generar energía en corriente continua teniendo una tensión menor que la tensión de la primera batería solar (1, 2, 3),
un circuito aumentador (16A, 16B) para aumentar la tensión de la energía en corriente continua generada por la segunda batería solar (4, 5),
un circuito inversor (8) que convierte la energía en corriente continua aumentada por el circuito aumentador (16A, 16B) y la energía en corriente continua generada por la primera batería solar a energía en corriente alterna y además lleva a cabo el control MPPT (seguimiento del punto de energía máxima),
un sensor de tensión (23) para detectar la tensión de la energía en corriente continua generada por la primera batería solar,
un temporizador (25) es mantenido desde que la primera y segunda batería solar comienza la generación de energía para contar un periodo continuo de tiempo para el cual un estado donde la tensión detectada del sensor de tensión (23) no sea mayor que una tensión predeterminada,
estando el dispositivo caracterizado por comprender:
un controlador (24) para comenzar el funcionamiento del circuito aumentador cuando la cuenta de tiempo del temporizador es igual a un tiempo predeterminado.
2. El dispositivo generador de energía solar de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tensión predeterminada es establecida a un valor obtenido de substraer una tensión de determinación del comienzo del circuito aumentador preestablecido (Vn) desde una tensión de salida máxima preestablecida (Vmax) de la primera batería solar.
3. El dispositivo generador de energía solar de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cuando el controlador (24) determina que la tensión de la energía en corriente continua (Vs) generada por la primera batería solar (1, 2, 3) es mayor que la tensión de salida máxima preestablecida (Vmax), el controlador establece la tensión de la energía en corriente continua a la tensión de salida máxima preestablecida (Vmax), y para el funcionamiento de los circuitos aumentadores (16A, 16B).
4. El dispositivo generador de energía solar de acuerdo con la reivindicación 3, en el que cuando el controlador (24) determina que la tensión de la energía en corriente continua (Vs) generada por la primera batería solar (1, 2, 3) es mayor que la tensión de salida máxima preestablecida (Vmax), el temporizador (25) restablece la cuenta de tiempo a cero.
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