ES2307944T3

ES2307944T3 - Sistema generador.

Info

Publication number: ES2307944T3
Application number: ES03733322T
Authority: ES
Inventors: Josuke Nakata
Original assignee: Kyosemi Corp
Current assignee: Kyosemi Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2008-12-01
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: US7378757B2; ATE406607T1; EP1901419B1; WO2004109890A1; DE60323273D1; ES2320045T3; EP1901419A2; EP1633030B1; JPWO2004109890A1; EP1633030A4; AU2003242109A1; HK1113236A1; DE60326666D1; CN1771641A; CA2523574C; CA2523574A1; TWI230492B; US20070034246A1; EP1633030A1; ATE425574T1

Abstract

Un sistema (1) generador de energía que comprende un generador (2) de energía que genera energía de corriente continua, en el que dicho generador (2) de energía comprende una pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía cada uno de los cuales comprende una pluralidad de unidades (30) generadoras de energía; y comprende buses positivo/negativo (6, 7); una pluralidad de primeros medios de conmutación (S11a-17a) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus positivo (6); una pluralidad de segundos medios de conmutación (S11b-17b) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde electrodos negativos (60) de los módulos (21- 28) generadores de energía contiguos a un lado, y una pluralidad de terceros medios de conmutación (S1-S7) para conectar/desconectar electrodos negativos (60) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus negativo (7); caracterizado porque dicho sistema (1) generador de energía comprende además un circuito inversor (3) para convertir la energía de corriente continua generada por el generador (2) de energía en energía de corriente alterna, estando los buses positivo/negativo conectados a un lado de entrada de dicho circuito inversor (3); en el que dichas unidades (30) generadoras de energía son cada una granular y comprenden un electrodo positivo y negativo (35, 36; 41, 42; 48, 49) en lados opuestos de la unidad (30); dicha pluralidad de unidades (30) de generación de energía de dichos módulos (21-28) generadores de energía están alineadas en una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una conexión serie-paralelo; cada módulo (21-28) generador de energía comprende al menos un medio de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) conectado en paralelo con una fila de las unidades (30) generadoras de energía del módulo (21-28); y dicho generador (2) de energía y dicho circuito inversor (3) están incorporados para ser un panel generador común.

Description

Sistema generador.

El presente invento se refiere a un sistema generador de energía eléctrica que genera energía de corriente alterna mediante un circuito inversor a partir de energía de corriente continua generada a partir de baterías solares o celdas de combustible. Más particularmente, el invento se refiere a un mecanismo conmutador perfeccionado para conmutar la tensión de energía de corriente continua en múltiples pasos, y a la prestación de almacenamiento eléctrico y generación de energía.

Gracias a la reciente disminución gradual en el coste de producción de baterías solares usadas en los sistemas generadores eléctricos solares, muchos consumidores utilizan sistemas generadores eléctricos solares domésticos, aunque muchos de los sistemas generadores eléctricos solares domésticos son sistemas del tipo de cooperación conectados a un sistema de corriente alterna monofásica comercial suministrada a áreas residenciales. La batería solar de los sistemas generadores eléctricos de energía solar domésticos está conectada en serie-paralelo a varias docenas de módulos generadores de energía con una pequeña salida en kilovatios. Los sistemas de generación eléctrica solar del tipo de cooperación requieren la conversión de la energía de corriente continua a energía de corriente alterna mediante un circuito inversor que ha de ser usado para sistemas de corriente alterna monofásica.

El sistema generador eléctrico solar conocido públicamente mostrado en la Fig. 24 es un sistema típico del tipo de cooperación que controla un circuito inversor por el método PWM y que tiene una batería solar 100 en la que una pluralidad de las subunidades de una pluralidad de módulos generadores de energía conectados en serie están conectadas en paralelo, el circuito inversor 101 y el dispositivo de control 102 que controla el circuito inversor 101 por conmutación. El dispositivo de control 102 está provisto con un dispositivo 103 de detección de tensión que detecta la tensión estándar del sistema de corriente alterna, un amplificador 104 que amplifica la tensión detectada, un generador 105 de onda triangular y una parte 106 de control de PWM. Como se ha mostrado en la Fig. 24, la parte 106 de control de PWM controla los elementos de conmutación del circuito inversor 101 basado en ondas sinusoidales 107 de la tensión de mando de acuerdo con la tensión estándar mostrada en la fig. 25 y portadoras 108 generadas en el generador triangular 105, y luego realiza la salida al sistema de corriente alterna después de convertir a energía de corriente alterna de onda sinusoidal por la generación de una tensión 109 de corriente alterna de onda cuadrada, como se ha mostrado en la Fig. 25, y el aplanamiento de la tensión 109 de corriente alterna de onda cuadrada a través de un circuito de filtrado.

Sin embargo, con relación a la tecnología que controla el circuito inversor usando el método PWM anterior, hay un problema de que aproximadamente sólo el 90% de la salida de la batería solar es utilizada como la salida de la batería solar, y necesita ser interrumpida intermitentemente para convertirla a energía de corriente alterna. Además, debido a la generación de componentes armónicos procedentes de la frecuente conmutación de los elementos conmutadores en el circuito inversor y a la impedancia del sistema de corriente alterna, necesita preverse un medio de filtrado grande o un medio de eliminación de interferencias electromagnéticas para absorber los componentes armónicos. Además, hay otro problema al tener una gran pérdida en dispositivos de energía, tales como un circuito inversor y elementos de conmutación debido al gran número de frecuencias de conmutación que implican cambios de tensión
significativos.

En contraste, hay otra propuesta para un sistema de generación eléctrico solar que utiliza un sistema de conmutación de baterías cambiando el nivel de tensión de salida en múltiples pasos mediante la conmutación del número de baterías solares de una pluralidad de baterías solares para proporcionar la salida. En este sistema de generación de energía, como se ha mostrado en la Fig. 26, por ejemplo, hay previstos cuatro conjuntos de baterías solares 110 capaces de generar 10 V, 20 V, 40 V y 80 V de energía de corriente continua y solamente un conmutador S1 de los conmutadores S1, S2, S3 y S4 está conectado a la salida de energía de corriente continua de 10 V y la tensión de energía de corriente continua puede ser aumentada/disminuida de modo escalonado en incrementos de 10 V para conmutar a 20 V, 30 V, ... 140 V y 150 V combinando los conmutadores que han de ser conectados. La energía de corriente continua es emitida al sistema de corriente alterna después de ser convertida a energía de corriente alterna como se ha mostrado en la Fig. 27(A) y (B) a través de un circuito inversor 111. En este sistema de generación eléctrica solar que utiliza un sistema de conmutación de baterías, en comparación con el sistema de generación de energía previamente descrito en la Fig. 24, se mitigan los problemas asociados con las ondas armónicas, o la interferencia de campo electromagnético. Sin embargo existe el problema de que la tasa de utilización resulta significativamente menor ya que la totalidad de las cuatro baterías solares son usadas solamente durante un corto tiempo para generar una tensión de pico y una o una pluralidad de baterías solares están en la etapa en vacío la mayor parte del tiempo.

Cuando cualquiera de los cuatro conjuntos de baterías solares 110 está bloqueado por edificios y similares y solamente resulta disponible parcialmente la luz del sol, la energía que ha de ser generada desde la batería solar 110 bloqueada es disminuida significativamente para reducir la tensión de salida que influye en la salida normal de energía de corriente alterna. Además, hay otro problema de que la tensión de corriente continua no es generada desde ninguno de los cuatro conjuntos de las baterías solares 110 durante las noches cuando no hay disponible luz del sol, por ello, el tiempo de generación de energía por la batería solar 110 está limitado para afectar a la prestación de generación de energía por el sistema de generación de energía.

\newpage

En los últimos años, el desarrollo de un sistema de generación de energía que utiliza un sistema de celda de combustible ha avanzado y se espera que sea gradualmente puesto en uso práctico en el próximo futuro como un sistema de generación de energía doméstico.

La celda de combustible está compuesta de celdas únicas o individuales de múltiples capas y está configurada para emitir energía de corriente continua conectando un número de celdas únicas en paralelo. Desde cada celda única se generan aproximadamente 0,6-0,7 V de energía de corriente continua, y existe el mismo problema que en el sistema generador eléctrico solar en el modo en que utiliza la tecnología para proporcionar energía de corriente continua generada desde un sistema generador de energía a un sistema de corriente alterna teniendo el sistema generador de energía que cooperar con un sistema de corriente alterna monofásico doméstico.

El documento US 4.175.249 sobre el que está basada la parte de caracterización previa de la reivindicación 1, describe una disposición de celdas solares auto-configurables en la que alguna de las celdas son conmutadas de modo que puedan estar en serie o bien en derivación dentro de la disposición.

El documento US 5.977.659 describe un aparato inversor con un modo operativo en la operación de conexión con el sistema de energía de corriente alterna de la red que puede ser conmutado desde el modo de operación de conexión al modo de operación de auto-soporte.

De acuerdo con un aspecto del presente invento, se ha creado un sistema generador de energía que comprende un generador de energía que genera energía de corriente continua,

en el que dicho generador de energía comprende una pluralidad de módulos generadores de energía cada uno de los cuales comprende una pluralidad de unidades generadoras de energía; y comprende

buses positivo/negativo;

una pluralidad de primeros medios de conmutación para conectar/desconectar electrodos positivos de la pluralidad de módulos generadores de energía a/desde el bus positivo;

una pluralidad de segundos medios de conmutación para conectar/desconectar electrodos positivos de la pluralidad de módulos generadores de energía a/desde electrodos negativos de los módulos generadores de energía contiguos a un lado, y

una pluralidad de terceros medios de conmutación para conectar/desconectar electrodos negativos de la pluralidad de módulos generadores de energía a/desde el bus negativo; caracterizado porque

dicho sistema generador de energía comprende además un circuito inversor para convertir la corriente continua generada por el generador de energía de corriente alterna estando los buses positivo/negativo conectados a un lado de entrada de dicho circuito inversor; en el que

dichas unidades generadoras de energía son cada una granular y comprenden un electrodo positivo y negativo en lados opuestos de la unidad;

dicha pluralidad de unidades de generación de energía de dichos módulos generadores de energía están alineadas en una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una conexión serie-paralelo;

cada módulo generador de energía comprende al menos un medio de almacenamiento eléctrico conectado en paralelo con una fila de las unidades generadoras de energía del módulo; y

dicho generador de energía y dicho circuito inversor están incorporados para ser un panel generador común.

Cada uno de la pluralidad de módulos generadores de energía reciben luz solar para generar constantemente una tensión especificada de energía de corriente continua y simultáneamente, los medios de almacenamiento eléctrico conectados en paralelo a cada una de la pluralidad de módulos generadores de energía recibe constantemente una tensión especificada de energía de corriente continua proporcionada desde el módulo generador de energía para el almacenamiento eléctrico de energía de corriente continua.

Cuando todos los primeros medios de comunicación están conectados, todos los segundos medios de comunicación están desconectados, y todos los terceros medios de comunicación están conectados, y todos los módulos generadores de energía están conectados en paralelo a los buses positivo/negativo y la tensión de salida de corriente continua resulta la tensión mínima V_{min}.

La pluralidad de los módulos generadores de energía está dividida en una pluralidad de grupos y la pluralidad de módulos generadores de energía en cada grupo está conectada en serie con la pluralidad de segundos medios de conmutación mientras conectan en paralelo a los buses positivo/negativo con los primeros y terceros medios de conmutación. Cuando el número de módulos generadores de energía conectados en serie es cambiado a dos, la tensión de salida de corriente continua resulta 2 V_{min}, el número de módulos generadores de energía es cambiado a cuatro, y la tensión de salida de corriente continua resulta 4 V_{min}. Así, la tensión de salida de corriente continua emitida desde el generador de energía puede ser aumentada/disminuida en múltiples niveles.

Sin embargo, como se ha descrito antes, la tensión de salida de corriente continua puede ser cambiada escalonadamente conmutando simplemente los primeros, segundos y terceros medios de conmutación mientras se utiliza efectivamente la salida de todos los módulos generadores de energía. Sin dejar en vacío los módulos generadores de energía, la tasa de utilización de los módulos generadores de energía es totalmente mejorada.

Aunque la conmutación de la pluralidad de los primeros, segundos y terceros medios de comunicación necesita ser realizada, el cambio de tensión debido a la conmutación de los medios de comunicación es pequeño, y por ello, se generan menos ruido y ondas armónicas en comparación con el método PWM tradicional. Esto permite simplificar la estructura de circuito eléctrico disminuyendo la capacidad de filtro para absorción de ruido y onda armónica o la interferencia de campo electromagnético. Además, la frecuencia de conmutación de la pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación resulta menor en comparación con el elemento de conmutación del circuito inversor del sistema PWM, y pueden usarse pequeños elementos de conmutación para la pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación, lo que disminuye la pérdida de conmutación o el coste de conmutación.

Ahora, cuando el módulo generador de energía es un módulo generador de energía de batería solar, el diseño de conexión de los primeros, segundos y terceros medios de conmutación puede ser cambiado para ajustar la tensión de energía de corriente continua producida desde el generador de energía de acuerdo con la caída de tensión de salida del módulo generador de energía cuando esta nublado, al amanecer o al atardecer, eliminando el uso de un ondulador de refuerzo, que hace este sistema generador de energía versátil y flexible. A continuación, como la facultad eléctrica es tal que la energía de salida disminuye escalonadamente cuando la tensión de salida es incrementada en múltiples niveles, mientras que la corriente de salida aumenta en múltiples niveles cuando la tensión de salida es disminuida escalonadamente, está diseñado conmutando la pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación, puede ser controlada para hacer funcionar el sistema cuando el generador de energía está en un punto de máxima energía.

Alternativamente, incluso cuando la facultad de la tensión de salida de cualquiera de la pluralidad de módulos generadores de energía de batería solar no es consistente o la magnitud de energía generada es significativamente disminuida cuando edificios y similares bloquean parcialmente el módulo generador de energía de batería solar, los medios de almacenamiento eléctrico conectados en paralelo a los módulos generadores de energía que han disminuido la tensión de salida emiten una energía de corriente continua de tensión especificada a los buses positivo/negativo para compensar la caída de tensión de salida para los módulos generador de energía, para nivelar la energía de salida para mejorar la propiedad de tensión de corriente continua-corriente de corriente continua de los módulos generadores de energía. Además, incluso cuando la pluralidad de módulos generadores de energía están generando la energía de corriente continua como resulta por la noche y cuando no hay disponible luz solar, una energía de corriente continua de tensión especificada es producida a partir de los medios de almacenamiento eléctrico en la etapa de almacenamiento eléctrico a los buses positivo/negativo, de modo que la facultad de generación de energía es significativamente mejorada sin limitar el tiempo de generación de energía. Estas son las ventajas del sistema generador de energía del presente invento.

Ahora, es posible adoptar las siguientes distintas modificaciones.

(a) Cada uno de los primeros, segundos y terceros medios de conmutación están individualmente comprendidos de un elemento semiconductor de conmutación, que tiene un dispositivo de control para conmutar la tensión de salida del generador de energía escalonadamente, conmutando esta pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación.

(b) Una pluralidad de módulos generadores de energía está dividida en una pluralidad de grupos y el dispositivo de control conecta los módulos generadores de energía de cada grupo en paralelo con los buses positivo/negativo por primeros y terceros medios de conmutación mientras la pluralidad de los segundos medios de conmutación conectan la pluralidad de módulos generadores de energía de cada grupo en serie.

(c) Un circuito inversor comprende una pluralidad de elementos semiconductores de conmutación, que son controlados por el dispositivo de control.

(d) Un medio de detección de tensión que detecta la tensión de un sistema de energía de corriente alterna al que dicho sistema de generación de energía suministra la energía a él, en el que el dispositivo de control controla los primeros, segundos y terceros medios de conmutación y la pluralidad de elementos semiconductores de conmutación del circuito inversor basado en las señales de detección de los medios de detección de tensión.

(e) Cada una de las unidades de generación de energía está compuesta por una celda solar formada de materiales semiconductores granulares con una unión pn.

(f) Un generador de energía está comprendido de una celda de combustible en capas con una pluralidad de celdas únicas y la unidad de generación de energía está comprendida de las celdas únicas.

(g) Un medio de almacenamiento eléctrico está comprendido de un condensador eléctrico de doble capa.

(h) El medio de almacenamiento eléctrico está comprendido de una batería secundaria.

\vskip1.000000\baselineskip

El presente invento será descrito a continuación adicionalmente, a modo de ejemplo, sólo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es un diagrama de circuito de un sistema de generación de energía;

la Fig. 2, la Fig. 3 y la Fig. 4 son vistas en sección transversal de unidades generadoras de energía;

la Fig. 5 es un diagrama de circuito de transistor que muestra la configuración de conmutadores S1-S7;

la Fig. 6 es un diagrama de circuito de transistor que muestra la configuración de conmutadores S11a-S17a y S11b-S17b;

la Fig. 7 es un diagrama de bloques de un dispositivo de control del sistema generador de energía;

la Fig. 8 es un diagrama de circuito del sistema de generación de energía en modo M1;

la Fig. 9 es un diagrama de circuito del sistema de generación de energía en modo M2;

la Fig. 10 es un diagrama de circuito del sistema de generación de energía en modo M4;

la Fig. 11 es un diagrama de circuito del sistema de generación de energía en modo M8;

la Fig. 12 es un diagrama de la forma de onda de tensión de la energía de corriente continua producida desde el sistema generador de energía en la Fig. 1 y la forma de onda de tensión de un sistema de corriente alterna monofásica a un nivel de luz incidente elevado;

la Fig. 13 es un diagrama de la forma de onda de tensión de la energía de corriente continua producida a partir del sistema generador de energía en la Fig. 1 y la forma de onda de tensión de un sistema de corriente alterna monofásico y a un nivel de luz incidente bajo;

la Fig. 14 es una vista en planta de un sistema de generación de energía empaquetado;

la Fig. 15 es una vista en sección transversal a lo largo de la línea N-N de la Fig. 14;

la Fig. 16 es una vista en planta de un sustrato de batería solar situado en el lado superior;

la Fig. 17 es una vista posterior de un sustrato de componente eléctrico situado en el lado inferior;

la Fig. 18 es un diagrama de bloques del sistema de generación de energía de acuerdo con una realización modificada;

la Fig. 19 es un diagrama de circuito de los módulos generadores de energía de la Fig. 18;

la Fig. 20 es una tabla que describe el modo de generación de energía y la tensión de salida en el sistema generador de energía de la Fig. 18;

la Fig. 21 es un diagrama de bloques del sistema generador de energía provisto con dos conjuntos del sistema generador de energía de la Fig. 18;

la Fig. 22 es una tabla que describe la tensión de salida en el sistema generador de energía de la Fig. 21;

la Fig. 23 es un diagrama de una forma de onda de tensión de la energía de corriente continua producida a partir del sistema generador de energía y una forma de onda de tensión de un sistema de corriente alterna monofásica;

la Fig. 24 es un diagrama de bloques del sistema de generación de energía que utiliza el método PWM de la técnica anterior;

la Fig. 25 es un diagrama de tiempos que muestra la onda sinusoidal de tensión de mando, la portadora y la tensión de corriente alterna de onda cuadrada en el método PWM en la Fig. 24;

la Fig. 26 es un diagrama de bloques del sistema de generación de energía que utiliza el método de conmutación de baterías de la técnica anterior;

la Fig. 27(A) es un diagrama de forma de onda de tensión generada por el sistema de generación de energía de la Fig. 26;

la Fig. 27(B) es una forma de onda de energía generada por el sistema de generación de energía de la Fig. 26.

Una realización preferida para poner en práctica un sistema generador de energía del presente invento será descrita de aquí en adelante.

Como se ha mostrado en la Fig. 1 a la Fig. 7, el sistema 1 generador de energía comprende un generador 2 de energía que genera eléctricamente energía de corriente continua, un circuito inversor 3 para convertir la energía de corriente continua generada por el generador 2 de energía en energía de corriente alterna para emitir al sistema de corriente alterna monofásica, un mecanismo de conmutación Sm para conmutar la tensión de corriente continua del generador 2 de energía en múltiples niveles, un dispositivo de control 4 que controla estos mecanismos de conmutación Sm y elementos de conmutación 51-54 del circuito inversor 3, y un detector 5 de tensión que entra al dispositivo de control 4 después de detectar la tensión del sistema de corriente alterna monofásica.

Con objeto de simplicidad de las descripciones, el generador 2 de energía de acuerdo con la presente realización comprende 8 módulos 21-28 generadores de energía, los condensadores eléctricos 29a de doble capa para almacenamiento eléctrico cada uno de los cuales está conectado al electrodo positivo 62 y el cable 59 de conexión en paralelo en el centro, y condensadores eléctricos 29b de doble capa para almacenamiento eléctrico, cada uno de los cuales está conectado al cable 59 de conexión paralelo y el electrodo 60 negativo conectado en paralelo a cada uno de los módulos 21-28 generadores de energía. Éstos módulos 21-28 generadores de energía están alineados con la misma dirección de la generación de energía y cada uno de los módulos 21-28 generadores de energía está comprendido de 10 unidades 30 generadoras de energía que están alineadas en una matriz de 2X5 (2 filas; 5 columnas) conectada en una conexión serie-paralelo.

Cada unidad 30 generadora de energía está, por ejemplo, hecha de cualquier celda solar de los tres tipos de celdas solares granulares 30A-30C mostradas en la Fig. 2-Fig. 4 y es capaz de generar, por ejemplo, 0,5-0,6 V de corriente continua a la recepción de luz solar.

La celda solar 30A en la Fig. 2 está comprendida de un semiconductor 31 esférico de tipo n de aproximadamente 1,5-3,0 mm de diámetro hecho de un silicio de tipo n, una capa 32 de difusión de tipo p, una unión 33 pn, un aislante 34 de óxido de silicio y el electrodo positivo 35 y el electrodo negativo 36 opuestos entre sí con el centro del semiconductor esférico 31 en el medio. Además, este tipo de celda solar 30A está ya descrita en el documento WO98/15983 por el autor del presente invento. La celda solar 30B en la fig. 3 está comprendida de un semiconductor esférico 37 del mismo tamaño que el anterior, la capa de difusión 38 de tipo n, la unión 39 pn, el aislante 40 de óxido de silicio y el electrodo positivo 41 y el electrodo negativo 42 opuestos entre sí con el centro del semiconductor esférico 37 en el medio, y estando equipado el electrodo positivo 41 sobre la superficie plana formada en la parte inferior del semiconductor esférico 37 para distinguir el electrodo positivo 41 del electrodo negativo 42. La celda solar 30C mostrada en la Fig. 4 está comprendida de un semiconductor cilíndrico 43 de aproximadamente 1,5-3,0 mm de diámetro hecho de la silicio de tipo p, la capa de difusión 44 de tipo n, la unión 45 pn, la capa de difusión 46 de tipo p+, el aislante 47 de óxido de silicio y el electrodo positivo 48 y el electrodo negativo 49 situados en ambos bordes.

Sin embargo, las anteriores celdas solares 30A-30C son ilustrativas solamente y distintos módulos generadores de energía con la función de generar aproximadamente 1,0-10,0 V de corriente continua (por ejemplo, una batería solar de un solo panel, una batería solar de panel por combinación de una pluralidad de pequeñas baterías solares de panel y celdas de combustible) son aplicables como un módulo generador de energía. Además, distintas unidades de generación de energía o partes de generación de energía que generan relativamente energía de corriente continua de baja tensión (por ejemplo, una o una pluralidad de partes de generación de energía o partes funcionales de generación de energía contenidas en una batería solar de un solo panel o batería solar de panel por combinación de una pluralidad de peque-
ñas baterías solares de panel y celda de combustible) es aplicable como una unidad 30 de generación de energía.

Los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa para almacenamiento eléctrico son menos contaminantes, tienen un excelente comportamiento de carga-descarga y son capaces de una capacidad de almacenamiento eléctrico relativamente grande ya que utilizan carbón activado que hace contacto con un electrolito como electrodos y almacenan de una manera similar a condensadores cuando los electrolitos y el carbón activado están en contacto para polarizar la interfaz como la tensión. En cada módulo generador de energía, el condensador eléctrico 29a de doble capa está conectado al electrodo positivo 62 y el cable 59 de conexión paralela, así como conectado en paralelo a las cinco unidades superiores 30 de generación de energía conectadas en paralelo. Además, el condensador eléctrico 29b de doble capa está conectado al cable 59 de conexión paralela y al electrodo negativo 60, así como estando conectado en paralelo a las cinco unidades 30 inferiores de generación de energía conectadas en paralelo.

Por ello, los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa reciben energía de corriente continua generada por una pluralidad de unidades 30 de generación de energía conectadas en paralelo y almacenan energía de corriente continua de almacenamiento constante. Sin embargo, cuando la cantidad de generación de energía de una o una pluralidad de unidades 30 de generación de energía es significativamente reducida, los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa producen una energía de corriente continua de tensión especificada a los buses positivo/negativo 6 y 7 para compensar la energía de salida reducida.

El circuito inversor 3 es por ejemplo, un circuito que conecta cuatro elementos conmutadores 51-54 IGBT de tipo de canal n en una forma de puente, y diodos de reflujo 55-58 están conectados a cada elemento de conmutación 51-54. Estos cuatro elementos de conmutación 51-54 son controlados por señales de control procedentes del dispositivo de control 4.

Haciendo conducir alternativamente elementos de conmutación pareados 51 y 54 y elementos de conmutación pareados 53 y 52, la corriente alterna es emitida desde los terminales 8 y 9 al sistema de corriente alterna monofásica.

A continuación se describirá el mecanismo de conmutación Sm.

El bus positivo 6 y el bus negativo 7 están conectados al lado de entrada del circuito inversor 3. El mecanismo de conmutación Sm está situado entre el generador 2 de energía y el circuito inversor 3 y conecta un número arbitrario de los ocho módulos 21-28 generadores de energía en paralelo para permitir, a cada uno de tal grupo de módulos generadores de energía conectado en serie, conectar en paralelo al circuito inversor 3 con el fin de conmutar escalonadamente la tensión de salida de energía de corriente continua generada por el generador 2 de energía que ha de ser emitida al circuito inversor 3. El mecanismo de conmutación Sm está comprendido de una pluralidad de conmutadores S1-S7, S11a-S17a y S11b-S17b. Los conmutadores S1-S7 son los conmutadores que conectan/desconectan cada uno de los electrodos negativos 60 de los siete módulos 21-27 generadores de energía a/desde el bus negativo 7. Cada uno de los conmutadores S1-S7 está comprendido, por ejemplo, como se ha mostrado en la fig. 5, de un transistor bipolar 61 de tipo npn que es hecho conducir o no por el dispositivo de control 4.

Los conmutadores S11a-S17a son los conmutadores que conectan/desconectan cada uno de los electrodos positivos 62 de los siete módulos 22-28 generadores de energía a/desde el bus positivo 6. Los conmutadores S11b-S17b son los conmutadores que conectan/desconectan los electrodos positivos 62 de los siete módulos 22-28 generadores de energía a/desde los electrodos negativos 60 de los módulos 21-27 generadores de energía contiguos al lado del electrodo positivo 62. Cada uno de los conmutadores S11a-S17a está comprendido, por ejemplo, como se ha mostrado en la fig. 6, de un transistor bipolar 63 de tipo npn hecho conducir o no por el dispositivo de control 4, y los conmutadores S11b-S17b están compuestos, por ejemplo, como se ha mostrado en la Fig. 6, de un transistor bipolar 64 de tipo npn que es hecho conducir o no por el dispositivo de control 4.

Sin embargo, cuando el transistor 63 es hecho conducir, el transistor 64 deja de conducir, mientras que cuando el transistor 64 es hecho conducir, el transistor 63 deja de conducir. De este modo, el electrodo positivo 62 es conectado/desconectado al bus positivo 6 por el transistor bipolar 63 y el electrodo positivo 62 de los módulos generadores de energía es conectado/desconectado al bus negativo 7, contiguo al lado del electrodo positivo 62 por el transistor bipolar 64.

Además, la pluralidad de transistores 63 como conmutadores S11a-S17a corresponde a la pluralidad de primeros medios de conmutación, la pluralidad de transistores 64 como conmutadores S11ba-S17b corresponde a la pluralidad de segundos medios de conmutación y la pluralidad de transistores 61 como conmutadores S1-S7 corresponde a la pluralidad de terceros medios de conmutación. Además, los transistores bipolares 61, 63 y 64 de tipo npn son solamente ilustrativos, y cualesquiera elementos de conmutación capaces de controlar la conducción o no de una manera similar puede ser aplicado. Los elementos de conmutación 51-54 del circuito inversor 3 son solamente ilustrativos, y otros elementos de conmutación tales como MOSFET pueden ser aplicados.

A continuación, será descrito el dispositivo de control 4.

Como se ha mostrado en la Fig. 7, el dispositivo de control 4 está comprendido principalmente de un ordenador que incluye CPU 65, ROM 66 y RAM 67 y una interfaz de entrada/salida 68, y los conmutadores S1-S7, conmutadores S11a-S17a y conmutadores S11b-S17b están conectados de manera individual a la interfaz de entrada/salida 68. El detector de tensión 5 que detecta la tensión de corriente alterna de dicho sistema de corriente alterna monofásica está previsto y las señales procedentes del detector de tensión 5 son introducidas al dispositivo de control 4. La ROM 66 del dispositivo de control 4 preinstala el programa de control para conmutar los conmutadores S1-S7, los conmutadores S11a-S17a y los conmutadores S11b-S17b basado en las señales de detección procedentes del detector de tensión 5 que ha de ser descrito posteriormente.

El dispositivo de control 4 controla por conducción/no conducción los conmutadores S1-S7, los conmutadores S11a-S17a y los conmutadores S11b-S17b basado en el programa de control de la ROM 66 para conmutar la tensión de salida de la energía de corriente continua del generador 2 de energía en múltiples niveles.

Como la tensión de generación de energía de cada uno de los módulos 21-28 generadores de energía de acuerdo con la presente realización es de aproximadamente 1,0-1,2 V, como se ha mostrado en la fig. 8, el generador 2 de energía que genera energía recibiendo la luz solar emite energía de corriente continua de aproximadamente 1,0-1,2 V cuando todos los módulos 21-28 generadores de energía están conectados a los buses positivo/negativo 6 y 7 en paralelo cuando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a son conmutados (Este estado es denominado un modo M1 de generación de energía).

Como se ha mostrado en la Fig. 9, cuando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos 21-28 generadores de energía son divididos en cuatro grupos cada uno de los cuales incluye dos módulos, y cada uno de los dos módulos generadores de energía están conectados en serie (Este estado es denominado el modo M2 de generación de energía), el generador 2 de energía emite energía de corriente continua de aproximadamente 2,0-2,4 V mientras los cuatro grupos de módulos generadores de energía están conectados en paralelo a los buses positivo/negativo 6 y 7.

Como se ha mostrado en la Fig. 10, cuando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos 21-28 generadores de energía son divididos en dos grupos cada uno de los cuales incluye cuatro módulos, y cada uno de los cuatro módulos generadores de energía están conectados en serie (Este estado es denominado un modo M4 de generación de energía), el generador 2 de energía emite energía de corriente continua de aproximadamente 4,0-4,8 V mientras los dos grupos de módulos generadores de energía están conectados en paralelo a los buses positivo/negativo 6 y 7.

Como se ha mostrado en la Fig. 11, cuando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos 21-28 generadores de energía están conectados en serie (Este estado es denominado un modo M8 de generación de energía), el generador 2 de energía emite energía de corriente continua de aproximadamente 8,0-9,6 V. Sin embargo, en cualquier estado del modo de generación de energía M1, M2, M4 o M8 descrito antes, cada uno de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa almacena de manera constante la tensión de energía de corriente continua para la misma magnitud de tensión de generación de energía de las unidades 30 generadoras de energía conectadas en paralelo (aproximadamente 0,5-0,6 V). Especialmente, cuando el consumo de energía por el sistema de corriente alterna monofásica es bajo, la energía de corriente continua sin usar generada por las unidades 30 generadoras de energía es puntualmente almacenada en los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa para estar en estado de carga completa.

Ahora, cuando la luz incidente elevada sugiere que la luz incidente por luz solar es abundante tal como durante los días soleados, como se ha mostrado en la fig. 12, el dispositivo de control conmuta los elementos de conmutación 51-54, conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b apropiadamente para las formas de onda 70 de corriente alterna de la tensión de corriente alterna del sistema de corriente alterna monofásico detectado por el detector de tensión 5 (los espacios rayados indican estado de "CONDUCCIÓN", mientras que los espacios indican el estado de "NO CONDUCCIÓN"), y la energía de corriente alterna de las formas de onda 71 de tensión, que cambian en pasos o escalones como se ha mostrado con la línea continua, es emitida desde los terminales de salida 8 y 9 del circuito inversor 3 al sistema de corriente alterna monofásica conmutando al modo M1 de generación de energía en el primer intervalo de tiempo t1, a continuación al modo M2 de generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t2 y al modo M4 de generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t3 en pasos.

En contraste, cuando la luz incidente baja sugiere que la luz incidente por luz solar está menos disponible tal como durante los días nublados, mañanas o atardeceres, como se ha mostrado en la fig. 13, el dispositivo de control 4 conmuta los elementos de conmutación 51-54, conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b apropiadamente para las formas de onda 70 de corriente alterna de la tensión de corriente alterna del sistema de corriente alterna monofásica detectada por el detector de tensión 5 (espacios rayados indican estado de "CONDUCCIÓN", mientras que los espacios indican estado de "NO CONDUCCIÓN"), y la energía de corriente alterna de las formas de onda 72 de tensión, que cambian en escalones como se ha mostrado con la línea continua, es emitida de manera efectiva desde los terminales de salida 8 y 9 del circuito inversor 3 al sistema de corriente alterna monofásica incluso si la luz incidente está menos disponible, conmutando al modo M1 de generación de energía en el primer intervalo de tiempo t1, a continuación al modo M2 de generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t2, al modo M4 de generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t3, y al modo M4 de generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t4 en pasos o escalones.

En este instante, los intervalos de tiempo, t1, t2, t3 y t4 como se ha mostrado en las figuras están programados previamente en el ordenador para coincidir con la frecuencia del sistema de corriente alterna monofásica para distinguir la luz incidente elevada y la luz incidente baja y la tensión de salida es conmutada en escalones conmutando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b de acuerdo con el nivel de luz incidente basado en la tensión de detección del detector de tensión 5.

A continuación, cuando la tensión del sistema de corriente alterna monofásica cambia de negativa a positiva, los elementos de conmutación 51 y 54 son hechos conductores y los elementos de conmutación 53 y 52 son hechos no conductores, mientras que cuando la tensión del sistema de corriente alterna monofásica cambia de positiva a negativa, los elementos de conmutación 53 y 53 son hechos conductores y los elementos de conmutación 51 y 54 son hechos no conductores.

Ahora, por ejemplo, cuando la facultad de tensión de salida de todas o de una parte de las cinco unidades 30 generadoras de energía superiores conectadas en paralelo fuera de la pluralidad de unidades 30 de generación de energía de los módulos 21 generadores de energía no es/son consistentes o la cantidad total de energía generada desde estas cinco unidades 30 generadoras de energía disminuye significativamente cuando edificios y similares bloquean parcialmente las unidades 30 generadoras de energía para hacer la tensión de salida menor que la tensión de almacenamiento eléctrico almacenada en el condensador eléctrico 29a de doble capa, el condensador eléctrico 29a de doble capa emite una energía de corriente continua de tensión especificada a los buses positivo/negativo para compensar la caída de tensión de salida, para nivelar la energía de salida para mejorar la facultad de tensión de corriente continua-intensidad de corriente continua de los módulos 21 generadores de energía. Esto se ha descrito para el caso de los módulos 21 generadores de energía. Sin embargo, los otros módulos 22-28 generadores de energía funcionan de una manera puntual similar a como lo hacen los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa están equipados de manera similar.

Además, cuando la tensión de corriente continua no es generada desde ninguno de la pluralidad de módulos 21-28 generadores de energía durante las noches cuando no hay disponible luz solar, una energía de corriente continua de tensión especificada almacenada en los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa es emitida a los buses positivo/negativo 6 y 7, de manera que la facultad de generación de energía por el generador 2 de energía es mejorada de manera significativa sin limitar el tiempo de generación de energía. Además, la capacidad de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa será ajustada adecuadamente cuando sea necesario.

Como se ha descrito antes, el sistema 1 generador de energía es capaz de aumentar o disminuir la tensión de salida de corriente continua producida escalonadamente desde el sistema 1 generador de energía conmutando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b del mecanismo de conmutación Sm en distintas combinaciones para corresponder al modo de generación de energía.

Además, la tensión de salida de corriente continua puede ser cambiada en múltiples niveles simplemente conmutando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b mientras que utiliza de manera efectiva las salidas de todos los módulos 21-28 generadores de energía. De este modo, sin hacer funcionar en vacío los módulos 21-28 generadores de energía, la tasa de utilización de los módulos 21-28 generadores de energía es totalmente mejorada.

Aunque la conmutación de la pluralidad de conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b necesita aún ser realizada, el cambio de tensión antes y después de la conmutación es pequeño, y por ello, son generados menos ruido y menos ondas armónicas. Esto permite simplificar la estructura del circuito eléctrico unido internamente disminuyendo la capacidad de filtro para la absorción de ruido y ondas armónicas o interferencia de campo electromagnético. Además, la frecuencia de conmutación de los conmutadores S1-S7, S11a-S17a y S11b-S17b resulta menor en comparación con el elemento de conmutación del circuito inversor del sistema PWM, y pueden usarse elementos de conmutación pequeños para conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b, que disminuyen la pérdida de conmutación o el coste de conmutación.

Ahora, el diseño de conexión de los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b puede ser cambiado para ajustar la tensión de energía de corriente continua producida desde el generador de energía de acuerdo con la caída de tensión de salida de los módulos 21-28 generadores de energía cuando está nublado, en la mañana o al atardecer, eliminando el uso de un ondulador de refuerzo, que hace este sistema generador de energía versátil y flexible. A continuación, ya que una facultad eléctrica tal como la corriente de salida disminuye en escalones cuando la tensión de salida es aumentada en escalones, mientras que la corriente de salida aumenta en escalones cuando la tensión de salida es disminuida en escalones, está diseñado conmutando los conmutadores S1-S7, S11a-S17a, S11b-S17b, puede ser controlado para hacer funcionar el sistema cuando el generador 2 de energía está en un punto de energía máximo.

Como el condensador eléctrico 29a de doble capa y el condensador eléctrico 29b de doble capa están alineados para conectar cada uno de los módulos 21-28 generadores de energía en paralelo y cuando la facultad de tensión de salida de algunas de las unidades 30 generadoras de energía no son consistentes o la tensión de salida procedente de las unidades 30 generadoras de energía resulta menor que la tensión de almacenamiento eléctrico almacenada eléctricamente en los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa cuando edificios y similares bloquean parcialmente alguna de las unidades 30 generadoras de energía, los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa emiten una energía de corriente continua de tensión especificada a los buses positivo/negativo 6 y 7 para compensar la caída de tensión de salida, para nivelar la energía de salida procedente del módulo 21-28 de generador de energía. En este instante, como cada uno de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa están conectados en paralelo a la pluralidad de unidades 30 generadoras de energía, la sobretensión anormal no afecta a cada una de las unidades 30 generadoras de energía. Por ello, la fabricación compacta y de bajo coste del sistema 1 generador de energía es conseguida ya que no es necesario instalar diodos para impedir el flujo de retorno asociado con cada una de las unidades 30 generadoras de energía.

Especialmente, cuando la energía eléctrica es requerida en el sistema de corriente alterna monofásico cuando ninguno de los módulos 21-28 generadores de energía está generando energía tal como por la noche, la energía de corriente continua almacenada en la pluralidad de condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa es emitida a los buses positivo/negativo 6 y 7, que resultan las condiciones de uso de pérdida de energía limitadas para mejorar significativamente la facultad de generación de energía por el generador 2 de energía.

El sistema 1 generador de energía tiene una excelente versatilidad y flexibilidad ya que la frecuencia de energía producida desde el circuito inversor 3 puede ser modificada controlando el dispositivo de control 4. La explicación anterior está descrita a continuación usando el ejemplo de cuando la energía de corriente alterna es emitida controlando la tensión, y puede ser diseñada para emitir la energía de corriente alterna controlando la corriente a través de las operaciones de conmutación de los conmutadores S1-S7, S11a-S17a y S11b-S17b.

Ejemplo específico de aplicación práctica del sistema de generación de energía empaquetado en un diseño compacto como se ha descrito antes será explicado con referencia a la Fig. 14 a la Fig. 17.

\newpage

El sistema 1 generador de energía está compuesto de un alojamiento 80 del cuerpo principal en forma de caja hecho de resina sintética con una excelente durabilidad, un miembro de tapa 81 hecho de resina sintética que cubre la parte superior del alojamiento 80 del cuerpo principal, un sustrato 82 de batería solar almacenado en el alojamiento 80 del cuerpo principal, un sustrato 83 de componente electrónico, una pluralidad de condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa y un circuito inversor 3.

Como se ha mostrado en la Figs. 15-16, el sustrato 82 de batería solar es almacenado hacia arriba en el alojamiento 80 del cuerpo principal, y los grabados del electrodo positivo 62, bus positivo 6, electrodo negativo 60 y bus negativo 7 están individualmente formados sobre el sustrato 82 de batería solar. Además, la pluralidad de conmutadores S1-S7 están previstos entre el bus negativo 7 y el electrodo negativo 60 de la pluralidad de módulos 21-28 generadores de energía, la pluralidad conmutadores S11a-S17a están previstos entre el bus positivo 6 y el electrodo positivo 62 de la pluralidad de módulos 21-28 generadores de energía, y la pluralidad de conmutadores S11b-S17b están previstos entre el electrodo positivo 62 y el electrodo negativo 60. La pluralidad de unidades 30 de generación de energía están alineados en una matriz en cada uno de los electrodos positivos 62 como se ha mostrado en la Fig. 1 y cableados como se ha mostrado en la figura.

El sustrato 83 de componente eléctrico almacenado hacia abajo en el alojamiento 80 del cuerpo principal está, como se ha mostrado en la Fig. 15 y en la Fig. 7, conectado al detector 5 de tensión, CPU 65, ROM y RAM 66 y 67 a través del cable 84 de conexión grabado y conectado a los elementos de conmutación 51-54 del circuito inversor 3 y los diodos de reflujo 55-58 como se ha mostrado en la figura. Los terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna están equipados en las esquinas opuestas y una parte de los terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna son estirados hacia fuera a través del alojamiento del cuerpo principal. Además, una referencia numérica 83a indica una parte de conexión de sustrato 82 de batería solar con el bus positivo 6, mientras una referencia 83 indica una parte de conexión del sustrato 82 de batería solar con el bus negativo 7. La línea de control del dispositivo de control 4 está mostrada en líneas de trazos.

La pluralidad de condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa están situados entre la parte superior del sustrato 82 de batería solar y la parte inferior del sustrato 83 de componente eléctrico y cada uno de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa, como se ha mostrado en la Fig. 1, están conectados eléctricamente a los módulos 21-28 generadores de energía.

Mientras el sustrato 82 de batería solar y el sustrato 83 de componente eléctrico en el que la pluralidad de condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa están situados y colocados horizontalmente a media altura dentro del alojamiento 80 del cuerpo principal y están rellenados por dentro con silicona transparente 85, la parte superior es firmemente cerrada herméticamente con el miembro de tapa 81. En la superficie superior del miembro de tapa 81, partes 81a de lente semiesférica están individualmente formadas para corresponder con cada una de las pluralidad de unidades 30 de generación de energía.

El sistema 1 generador de energía empaquetada de este modo es instalado en el lugar donde hay disponible luz solar incidente, la luz solar ilumina efectivamente las unidades 30 generadoras de energía a través de las partes 81a de lente semiesférica para emitir suficiente corriente alterna desde los terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna. Alternativamente, la pluralidad empaquetada de sistemas generadores de energía puede ser situada en una matriz para conectar con los terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna cuando se necesite.

De acuerdo con la realización como se ha descrito antes, el generador 1 de energía que tiene ocho módulos 21-28 generadores de energía fueron usados como un ejemplo para facilitar la comprensión del presente invento. Sin embargo, para el sistema generador de energía doméstico que ha de ser conectado a un sistema de corriente alterna monofásica comercial, necesita diseñarse para interconectar un sistema de corriente alterna de 100 Vrms (tensión RMS) y aproximadamente 140 Vp (tensión de pico). Además, es deseable diseñarlo de modo que la tensión máxima de salida del sistema general de generación de energía sea mayor de 200 V considerando la caída de la salida del sistema generador de energía en días nublados, las mañanas o los atardeceres. Un ejemplo de tal sistema de generación de energía está descrito usando la Fig. 18-Fig. 23.

El sistema 1A generador de energía en la Fig. 18 toma una estructura de panel ensamblado sobre un único panel y puede ser denominado un panel de generación de energía.

El sistema 1A generador de energía está compuesto de 48 módulos 21A-25A generadores de energía alineados en línea con la misma dirección de generación de energía, incluyendo el generador de energía 2A la pluralidad de condensadores eléctricos 29 de doble capa, el circuito inversor 3A similar al circuito inversor 3, bus positivo 6A y bus negativo 7A en el lado de entrada del circuito inversor 3A, mecanismo de conmutación Sma (Este está comprendido de los conmutadores S71-S74 y conmutadores S81-S84), terminales de salida 8A y 9A y dispositivo de control (no mostrado). El mecanismo de conmutación Sma es para obtener la función similar a la del mecanismo de conmutación del sistema 1 generador de energía mostrado en la realización anterior de la Fig. 1, los conmutadores S71-S74 son, de modo similar a los conmutadores S1-7 para conectar/desconectar el electrodo negativo 60A de los módulos 21A-24A generadores de energía a/desde el bus negativo 7A. Los conmutadores S81-S84, de modo similar a los conmutadores S11a-S17a, S11b-S17b, conectan alternativamente el electrodo positivo 62A de los módulos 22A-25A generadores de energía al electrodo negativo 60A de los módulos 21A-24A generadores de energía contiguos al electrodo positivo o al bus positivo 6A.

Como los módulos 21A-24A generadores de energía tienen la misma estructura, los módulos 21A generadores de energía y el condensador eléctrico 29 de doble capa serán descritos. Como se ha mostrado en la Fig. 19, los módulos 21A generadores de energía tienen una pluralidad de unidades 30A de generación de energía alineadas en una matriz de 10x100 (10 filas; 100 columnas) y conectan estas unidades 30A generadoras de energía que están conectadas en una conexión serie-paralelo. En este caso, un condensador eléctrico 29 de doble capa está conectado en paralelo a 100 de las unidades 30A generadoras de energía conectadas en paralelo para cada fila. Por ello, este sistema tiene una excelente practicidad y durabilidad cuando una parte de las unidades 30A de generación de energía son desconectadas debido a la facultad inconsistente de tensión de salida o bloqueo de luz solar, la energía de corriente continua almacenada es emitida desde el condensador eléctrico 29 de doble capa conectado en paralelo para maximizar la facultad de generación de energía por los módulos 21A generadores de energía.

Además, dicha "matriz de 10x100" es ilustrativa solamente, y el número de filas puede ser 100 o varios cientos de filas ya que el número de filas no está limitado a 10 filas. Similarmente, el número de columnas puede ser varias docenas, varios cientos o varios miles de columnas.

Además, no es necesario prever diodos a cada una de las unidades 30A de generación de energía para la prevención del flujo de retorno para facilitar la reducción de tamaño y disminuir el coste de fabricación del sistema 1A generador de energía.

Las propias unidades 30A de generación de energía son similares a las unidades 30 de generación de energía y la tensión de salida de cada unidad 30A de generación de energía es 0,5-0,6 V. Por ello, la máxima tensión de salida (salida durante día soleado) de los módulos 21A-25A generadores de energía es de 5,0-6,0 V por ejemplo.

Conmutando los conmutadores S71-S74 en el lado de la pluralidad de electrodos negativos y los conmutadores S81-S84 en el lado de la pluralidad de electrodos positivos según sea necesario, los modos de generación de energía M1, M2, ... M48 y la "tensión de salida" como se ha mostrado en la Fig. 20 están diseñados para ser seleccionados.

La tecnología para configurar los módulos generadores de energía tales como los módulos 21A generadores de energía en una estructura a modo de panel está propuesta en una pluralidad de solicitudes internacionales (por ejemplo WO 02/35613, WO 03/017382, WO 03/036731, WO 03/056633) presentadas por el autor del presente invento.

El sistema 1A generador de energía (panel de generación de energía) como se ha descrito antes puede adoptar una estructura del sistema generador de energía consistente en la pluralidad de paneles generadores de energía, en vez de un panel generador de energía. Sin embargo, sólo un conjunto de dispositivo de control es suficiente. Por ejemplo, como se ha mostrado en la Fig. 21, dos paneles del sistema 1A generador de energía (panel de generación de energía) están previstos en el sistema generador de energía y el mecanismo de conmutación que conmuta los dos sistemas 1A generadores de energía en conexión en serie o en paralelo puede estar equipado. Este mecanismo de conmutación está compuesto de conmutadores S65 y S66. El conmutador S65 conecta/desconecta a/desde que circuito en la figura y, de modo similar a los conmutadores S1-S7, está hecho de un transistor bipolar de tipo npn, por ejemplo. El conmutador S66 conecta/desconecta alternativamente uno de los puntos de contacto y, de modo similar a los conmutadores S11a-S17a y a los conmutadores S11b-S17b, está hecho de dos transistores bipolares de tipo npn. Este mecanismo de conmutación conmuta la conexión de los dos generadores de energía 1A en serie o en paralelo. A continuación, los terminales de salida 8B y 9B del generador de energía hecho a partir de los dos generadores de energía 1A están conectados al sistema de corriente alterna, y el sistema generador de energía controla su energía de salida para interconectar con la frecuencia del sistema de corriente alterna y la tensión por el dispositivo de control.

Cuando dos de los paneles de generación de energía están conectados en paralelo, la tensión de salida del sistema generador de energía es conmutada como se ha mostrado en la Fig. 20. Además, cuando el modo de generación de energía de los dos paneles de generación de energía está dispuesto para conectar en serie, la tensión de salida del sistema generador de energía es conmutada como se ha mostrado en la Fig. 22.

Sin embargo, conmutando las condiciones de conexión de los dos paneles de generación de energía en paralelo o en serie, para ajustar el modo de generación de energía de ambos paneles de generación de energía cuando se necesite, la tensión de salida del generador de energía puede ser conmutada a 5-6 V, 10-12 V, 15-18 V, 30-36 V, 40-48 V, 60-92 V, 80-96 V, 120-144 V, 200-240 V, 240-288 V, 360-432 V o 480-576 V. sin embargo, la anterior tensión de salida o la tensión de salida en la Fig. 20 y en la Fig. 22 son todas ilustrativas de cuando todas las unidades de generación de energía generan la máxima salida. Como la luz del sol está menos disponible en un día nublado, mañanas o atardeceres, cuando la tensión de salida del generador de energía es disminuida, la energía de salida total mostrada en la Fig. 22 disminuirá en un pequeño porcentaje a varias docenas de tanto por 100. Con tal sistema generador de energía, como se ha mostrado en la Fig. 23, la energía de corriente alterna de las formas de onda 71 de tensión, que cambia en múltiples niveles como se ha mostrado por la línea continua, es emitida para el sistema de corriente alterna monofásico comercial para las formas de anda 70 de corriente alterna de la tensión de corriente alterna del sistema de corriente alterna monofásico comercial.

En este sistema 1A generador de energía, la pluralidad de módulos semiconductores 21A-25A, pluralidad de condensadores 29 eléctricos de doble capa, circuito inversor 3A y la pluralidad de conmutadores S71-74 y S80-S84 son todos ensamblados en un único panel, y es posible configurar el circuito inversor y la pluralidad de conmutadores en un chip semiconductor según se necesite, lo que simplifica la estructura y reduce el coste de fabricación.

Además, este sistema es versátil y flexible combinando distintos tipos de una pluralidad de sistemas generadores de energía (panel de generación de energía) para generar una frecuencia deseada, tensión de salida deseada y energía de corriente alterna deseada de la corriente de salida.

Aunque la Fig. 21 y la Fig. 22 están descritas usando el sistema generador de energía equipado con los dos paneles de generación de energía (sistema generador de energía) como un ejemplo, en realidad es posible configurarlo de modo que la energía que coincide con la tensión o la corriente del sistema de corriente alterna monofásico comercial servida al hogar conmutando la conexión de la pluralidad de paneles de generación de energía en paralelo o en serie.

Para el sistema generador de energía mostrado en la Fig. 18 o el sistema generador de energía mostrado en la Fig. 21, básicamente se obtendrán la misma ventajas que con el sistema generador de energía 1 y por ello, se ha omitido la explicación.

El ejemplo modificado parcialmente de la realización anterior será explicado a continuación.

(1) En el sistema generador de energía 1, 1A, aunque un filtro situado en el circuito del lado de salida del circuito inversor 3 y la impedancia no fueron descritos, se situará un filtro y una impedancia según sea necesario en el sistema de generación de energía real.

(2) En el circuito inversor 3, 3A, aunque se ha explicado cuando la corriente alterna monofásica es generada, es posible que energía de corriente continua generada por generador 2, 2A de energía, puede ser convertida a corriente alterna trifásica por el circuito inversor, en este caso, la energía de corriente continua generada por generador de energía será convertida a energía de corriente alterna correspondiente a cada fase de la corriente alterna trifásica.

(3) El sistema completo 1 generador de energía podría ser diseñado como una única placa o estructura a modo de panel. El sistema generador de energía mostrado en la Fig. 18 podría estar diseñado, por ejemplo, como una pluralidad de placas únicas o estructura a modo de panel del sistema generador de energía como se ha mostrado en la Fig. 21.

(4) No es necesario fabricar individualmente cada una de la pluralidad de módulos 21-28, 21A-25A generadores de energía, pueden ser fabricados como una forma integrada en su totalidad. Por ejemplo, es posible que la pluralidad de módulos generadores de energía como se ha mostrado en la Fig. 18 estén diseñados para ser hechos de un módulo único generador de energía de semilla para tomar una constitución de la pluralidad de módulos generadores de energía como se ha mostrado en la Fig. 18 en términos de circuito eléctrico.

(5) Aunque el sistema generador de energía 1, 1A ha sido descrito usando el sistema generador de energía de tipo excitado por separado interconectado a un sistema de corriente alterna externo como un ejemplo, es natural que el presente invento sea aplicable a un sistema generador de energía del tipo autoexcitado que contiene los medios para generar corriente alterna estándar.

(6) El sistema 1, 1A generador de energía anterior, puede ser diseñado de modo que conmutadores marcha/parada sean conectados en paralelo a los condensadores 29a y 29b eléctricos de doble capa en la posición de conexión paralelo de cada uno de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa y los condensador eléctricos 29a y 29b de doble capa emiten corriente continua solamente cuando los conmutadores de marcha/parada estén conmutados al lado de marcha cuando sea necesario.

(7) Los medios de almacenamiento eléctrico no están limitados a los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa, y puedan usarse distintos medios eléctricos capaces de almacenar energía generada tales como un condensador electrolítico, una batería secundaria y una batería con gran capacidad de almacenamiento eléctrico.

Claims

1. Un sistema (1) generador de energía que comprende un generador (2) de energía que genera energía de corriente continua, en el que dicho generador (2) de energía comprende una pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía cada uno de los cuales comprende una pluralidad de unidades (30) generadoras de energía; y comprende buses positivo/negativo (6, 7); una pluralidad de primeros medios de conmutación (S11a-17a) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus positivo (6); una pluralidad de segundos medios de conmutación (S11b-17b) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde electrodos negativos (60) de los módulos (21-28) generadores de energía contiguos a un lado, y una pluralidad de terceros medios de conmutación (S1-S7) para conectar/desconectar electrodos negativos (60) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus negativo (7); caracterizado porque dicho sistema (1) generador de energía comprende además un circuito inversor (3) para convertir la energía de corriente continua generada por el generador (2) de energía en energía de corriente alterna, estando los buses positivo/negativo conectados a un lado de entrada de dicho circuito inversor (3); en el que dichas unidades (30) generadoras de energía son cada una granular y comprenden un electrodo positivo y negativo (35, 36; 41, 42; 48, 49) en lados opuestos de la unidad (30); dicha pluralidad de unidades (30) de generación de energía de dichos módulos (21-28) generadores de energía están alineadas en una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una conexión serie-paralelo; cada módulo (21-28) generador de energía comprende al menos un medio de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) conectado en paralelo con una fila de las unidades (30) generadoras de energía del módulo (21-28); y dicho generador (2) de energía y dicho circuito inversor (3) están incorporados para ser un panel generador común.

2. Un sistema (1) generador de energía según la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación (S11a-17a, S11b-17b, S1-S7) están individualmente compuestos de elementos semiconductores de conmutación; teniendo dicho sistema (1) generador de energía un dispositivo de control (4) para conmutar una tensión de salida de dicho generador (2) de energía en múltiples niveles conmutando esta pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación (S11a-17a, S11b-17b, S1-S7).

3. El sistema generador de energía según la reivindicación 2, en el que dicha pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía están divididos en una pluralidad de grupos y dicho dispositivo de control (4) controla los primeros y terceros medios de conmutación (S11a-17a, S1-S7) para conectar en paralelo con la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía de cada grupo de buses positivo/negativo (6, 7) mientras la pluralidad de segundos medios de conmutación (S11b-17b) conecta la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía de cada grupo en serie.

4. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 2, en el que dicho circuito inversor (3) comprende una pluralidad de elementos semiconductores de conmutación y estos elementos (51-54) semiconductores de conmutación están controlados por dicho dispositivo de control (4).

5. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 2, que comprende un primer sustrato (82) que tienen una superficie superior para fijar en ella dicha pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía, dicha pluralidad de primeros medios de conmutación (S11a-17a), dicha pluralidad de segundos medios de comunicación (S11b-17b) y dicha pluralidad de terceros medios de comunicación (S1-S7); un segundo sustrato (83) para fijar en él dicho circuito inversor (3) y dicho dispositivo de control (4); un alojamiento (80) de cuerpo principal para instalar dichos primer y segundo sustratos (82, 83); y un miembro de tapa (81) para cubrir la parte superior de alojamiento (80) del cuerpo principal; en el que dicha pluralidad de medios de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) están situados entre dichos primer y segundo sustratos (82, 83) y dichos primer y segundo sustratos (82, 83) y dicha pluralidad de medios de almacenamiento eléctricos (29a, 29b) están embebidos dentro de dicho alojamiento (80) de cuerpo principal y dicho miembro de tapa (81).

6. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 3, que comprende medios (5) de detección de tensión que detectan una tensión del sistema de energía de corriente alterna en el que dicho sistema (1) de generación de energía alimenta energía a él, en el que dicho dispositivo de control (4) controla los primeros, segundos y terceros medios de conmutación (S11a-17a, S11b-17b, S1-S7) y la pluralidad de elementos (51-54) semiconductores de conmutación de dicho circuito inversor (3) basado en las señales de detección de los medios (5) de detección de tensión.

7. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 1, en el que cada una de dichas unidades (30) de generación de energía está comprendida de una celda solar (30A, 30B, 30C) hecha de materiales semiconductores granulares (31; 37; 42) con una unión pn (33; 39; 45).

8. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 1, en el que dicho generador (2) de energía está comprendido de una celda de combustible cada una de las cuales está formada en capas con una pluralidad de celdas únicas y dicha unidad (30) de generación de comprende está comprendida de dichas celdas únicas.

9. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 1, en el que dichos medios de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) son un condensador eléctrico de doble capa.

10. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 1, en el que dichos medios (29a, 29b) de almacenamiento eléctrico son una batería secundaria.

11. El sistema (1) generador de energía según la reivindicación 5, en el que dichos primer y segundo sustratos y dicha pluralidad de medios de almacenamiento de eléctrico (29a, 29b) están horizontalmente situados a mitad de altura dentro de dicho alojamiento (80) de cuerpo principal y dicho miembro de tapa (8) y están rellenados con silicona transparente (85).