ES2316268B1 - Sistema de regulacion de la potencia generada por una planta fotovoltaica de conexion a red mediante el empleo de ultracondensadores. - Google Patents
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Abstract
Sistema de regulación de la potencia generada
por una planta fotovoltaica de conexión a red mediante el empleo
de ultracondensadores.
El sistema se basa en intercalar una batería de
ultracondensadores-salida (3) entre los paneles
solares (1) correspondientes a una planta fotovoltaica y el
respectivo inversor de cc/ca, llevándose a cabo un control adecuado
de la carga y descarga de dichos
ultracondensadores-salida (3). Con ello se pretende
laminar la potencia solar, inyectándose potencia a la red eléctrica
durante periodos de tiempo no dependientes de la irradiancia
instantánea disponible, incluso en condiciones de irradiancia nula,
basándose todo ello en un control preciso de la carga y descarga de
los comentados ultracondensadores-salida (3), de
manera que la energía siempre fluirá del inversor (2) hacia la red
y nunca en sentido contrario, buscando así la mayor ventaja
comercial, por lo que los ultracondensadores-salida
(3) son componentes de regulación y no de almacenamiento.
Description
Sistema de regulación de la potencia generada
por una planta fotovoltaica de conexión a red mediante el empleo
de ultracondensadores.
La presente invención se refiere a un sistema
de regulación de la potencia producida por una planta fotovoltaica
de conexión a red, basado en la introducción de ultracondensadores
en la instalación o planta fotovoltaica, así como en el control
adecuado de su carga y descarga, con la finalidad de laminar la
potencia solar, inyectándose potencia a la red eléctrica durante
periodos de tiempo no dependientes de la irradiancia instantánea
disponible, e incluso en condiciones de irradiancia nula.
El sistema de la invención encuentra especial
aplicación en el sector de la electrónica de potencia y control
aplicado a las energías renovables, concretamente a las plantas de
generación eléctrica conectadas a red que usan como fuente de
energía la solar fotovoltaica.
Actualmente, los sistemas fotovoltaicos de
conexión a red están constituidos por un conjunto de paneles
solares que alimentan a un equipo inversor (convertidor cc/ca), con
o sin transformador, que se conecta a la red eléctrica a través de
un contador que permite conocer la energía aportada por la
instalación. En algunas ocasiones el equipo electrónico puede
incluir, entre los paneles solares y el inversor, un convertidor
cc/cc.
El equipo inversor funciona habitualmente a
potencia variable, buscando en todo momento el punto de máxima
potencia de salida, dependiendo esa potencia de la energía que
llegue al inversor procedente de los paneles solares y por lo tanto
de las condiciones de irradiancia. Por otra parte, el inversor se
desconecta automáticamente cuando la energía que le llega está por
debajo de un determinado valor, es decir, cuando la irradiancia es
débil, estando por debajo de un determinado umbral.
En el caso de incluir un convertidor cc/cc
entre los paneles solares y el inversor, éste adaptará la tensión
proporcionada por los paneles a un valor constante que alimentará
el inversor, el cual funcionará automáticamente siempre con la
misma tensión de entrada.
Teniendo en cuenta que en el sistema de la
presente invención se utilizan ultracondensadores como elementos de
innovación, conviene recordar que éstos son componentes eléctricos
con una elevada capacidad (hasta varios miles de faradios) aunque
su tensión es reducida (hasta 2'7 voltios). Actualmente sus
principales aplicaciones están en el campo de los vehículos
eléctricos y vehículos híbridos (aceleración y frenado).
Con aproximadamente diez veces la densidad de
potencia de una batería de tamaño similar y la capacidad de ser
cargados y descargados más de cien veces más rápido que una
batería, los ultracondensadores han encontrado su mejor utilización
como fuente de energía intermedia o como potenciadores del
rendimiento de las baterías. Cuando es utilizado de esta forma, un
ultra-condensador asiste a la fuente primaria de
energía de dos maneras distintas, reduciendo primero el requisito
del tamaño de la batería y en segundo lugar ampliando la vía útil
efectiva de ésta.
Finalmente, decir que la aplicación de los
ultracondensadores asociados a la energía solar se reduce a su
empleo en pequeños vehículos solares.
El sistema que se preconiza está previsto para
conseguir una regulación de la potencia generada por los sistemas
fotovoltaicos de conexión a la red mediante el empleo de
ultracondensadores.
Más concretamente, el sistema de la invención se
basa en que en la configuración clásica de una planta solar
fotovoltaica, se intercala una batería de ultracondensadores
(ultracondensadores-salida) que queda comprendida
entre los respectivos paneles solares y el inversor de la planta
fotovoltaica.
Además, el sistema puede complementarse
opcionalmente o en ocasiones con un convertidor cc/cc que a su vez
puede incorporar o no en su entrada otro grupo de ultracondensadores
(ultracondensadores-entrada), todo ello situado a la
salida de los paneles solares, siendo este convertidor el que, en
general, regulará la tensión de los paneles en busca del punto de
máxima potencia.
El inversor que incluye la planta fotovoltaica,
según la invención, puede funcionar a potencia constante
(programable previamente) o en modo mixto potencia
constante-potencia variable (buscando el punto de
máxima potencia en determinados momentos), todo ello en función de
los diferentes métodos de control que pueden usarse.
El funcionamiento del inversor puede ser a
potencia constante, en cuyo caso lo que se pretende es laminar la
potencia solar, es decir, que no solo se inyecte a la red la máxima
potencia durante los periodos de tiempo en que se alcance una
determinada irradiancia y que cuando ésta sea reducida o nula la
potencia aportada sea cero, sino que se inyecte a la red una
potencia constante definida por el inversor, pero durante un
periodo de tiempo independiente de la potencia disponible, incluso
cuando la irradiancia sea muy reducida o nula.
Cuando la potencia generada por los paneles
solares sea mayor a la potencia que debe aportar el inversor a la
red, se realizará la carga de los
ultracondensadores-salida, descargándose éstos en
momentos determinados y aportando la energía necesaria al inversor
para que siga inyectando a la red la potencia constante
establecida, de manera que esta potencia de salida vendrá definida
por la relación entre la potencia de los paneles solares, los
ultracondensadores-salida disponibles y el propio
inversor, todo ello de manera tal que la potencia de salida del
inversor ha de ser la que garantice un buen rendimiento energético
y conseguir con ello la eficiencia óptima del sistema.
El funcionamiento del inversor en modo mixto,
es decir, potencia constante-potencia variable, está
previsto para aprovechar los momentos en los que los paneles
solares aporten una baja potencia como consecuencia de una baja
radiación. En esta situación se funcionaría a potencia constante,
interviniendo los ultracondensadores-salida. Pero
cuando la radiación sea lo suficientemente elevada y los paneles
aporten una alta potencia, se pasaría a funcionar a potencia
variable buscando en todo momento el punto de máxima potencia. El
sistema retornaría a un funcionamiento a potencia constante cuando
de nuevo la potencia aportada por los paneles se reduzca.
En el sistema propuesto, los ultracondensadores
se dimensionarán en función de las tensiones de trabajo de los
sistemas implicados. Dada su tensión máxima de funcionamiento, el
número de ultracondensadores en serie empleados será tal que la
tensión a la que se encuentren no resulte peligrosa para los mismos
y no supere sus limitaciones.
Por otro lado, es de destacar que en el sistema
de la invención, sin incluir el convertidor cc/cc ni los
ultracondensadores-entrada, no se realiza
seguimiento del punto de máxima potencia de los paneles, sino que
lo que hace es recorrer un rango de tensiones a las que la potencia
dada por los paneles solares se encuentra por encima de un
determinado porcentaje de la potencia máxima, de tal manera que
dicho rango de tensiones se modificará en función de la temperatura
de los paneles, siendo dichas tensiones aquellas a las que se
encuentra la batería de
ultracondensadores-salida.
A medida que los paneles solares van aportando
energía, ésta se regula en los
ultracondensadores-salida, de manera que cuando se
alcanza un valor de tensión máximo entra a funcionar el inversor
que descargará los ultracondensadores-salida hasta
que se llegue a un valor de tensión mínimo. De este modo se
pretende hacer que el inversor trabaje a una
potencia constante, determinada por la curva de rendimiento del
propio inversor, que sea la de máxima eficiencia.
Se dice que el control se realiza mediante
tensión, porque además de determinar el umbral de potencia de
funcionamiento, si éste aumenta demasiado por las condiciones que
se han explicado con anterioridad, se va acercando la tensión de
cortocircuito de los paneles solares, con lo que desciende la
potencia aportada por los mismos y por tanto sería capaz de
transmitir la potencia a la red y llegar a una tensión de
equilibrio.
Por otra parte, el sistema de la invención,
cuando incluye el convertidor cc/cc sin los
ultracondensadores-entrada, efectúa un seguimiento
del punto de máxima potencia de los paneles solares realizándose
el control mediante la tensión a la que se encuentran los
ultracondensadores-salida, aunque en éste caso la
tensión no influye directamente en la potencia aportada por los
paneles solares, ya que éstos trabajan a su tensión de máxima
potencia gracias al convertidor cc/cc.
En el caso de que el sistema de la invención
incluya el convertidor cc/cc y además los
ultracondensadores-entrada, se efectuará también un
seguimiento del punto de máxima potencia de los paneles solares,
siempre que se supere una potencia mínima de funcionamiento que
garantice un adecuado rendimiento del citado convertidor cc/cc. Si
la potencia aportada por los paneles estuviera por debajo de esta
potencia mínima, intervendrán los
ultracondensadores-entrada que se cargarán hasta
que dispongan de la energía suficiente, descargándose sobre el
convertidor cc/cc que aportará a su salida durante algún tiempo una
potencia constante igual a la mínima requerida.
Los paneles solares transfieren su potencia, a
través del convertidor cc/cc, a los
ultracondensadores-salida, de ahí que se hable de
control mediante tensión, funcionando el inversor de igual forma
que la anteriormente comentada, es decir a potencia constante,
pero ahora con un rango de tensión de funcionamiento que puede ser
más amplio, de modo que el tiempo de funcionamiento del inversor a
potencia constante es más continuado que en el caso anterior, con
menos arranques y paradas, siendo por tanto menor el número de
cargas y descargas de los
ultracondensadores-salida, aunque éstas sean más
profundas.
Asimismo, es de destacar el hecho de que el
sistema de la invención, sin convertidor de cc/cc ni
ultracondensadores-entrada, puede realizar el
control mediante la potencia, según dos métodos. Un primer método
de control sería establecer dos niveles de funcionamiento del
inversor a potencia constante, pasando de uno a otro en función de
la potencia aportada en cada momento por los paneles solares como
consecuencia de la radiación. Cuando ésta sea escasa se funcionaria
al nivel bajo de potencia, pasando a funcionar al nivel alto cuando
la radiación sea elevada, manteniéndose la potencia constante en
cada nivel.
El segundo método de control de la potencia
consiste en fijar una potencia de funcionamiento por debajo de la
cual el sistema funcionará cargando los
ultracondensadores-salida y descargándolos a través
del inversor a potencia constante. Por encima de la citada
potencia de funcionamiento el sistema funcionará a potencia
variable aportando a la red la potencia que le llega de los
paneles, sin pasar por los
ultracondensadores-salida, buscando en todo momento
el punto de potencia máxima.
Con este último método se pretende aunar todas
las mejoras correspondientes a los anteriores métodos de
regulación, ya que por un lado se realiza un seguimiento de la
máxima potencia de los paneles, aprovechando toda la energía que
éstos puedan aportar, y por otro lado la presencia de los
ultracondensadores-salida evita que haya pérdidas de
eficiencia por potencias de generación bajas para las que el
inversor, solo, no funcionaría.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra el esquema de bloques
correspondiente al sistema de regulación de potencia de la
invención.
La figura 2.- Muestra la gráfica en la que se
representa la potencia de los paneles solares y la potencia de
salida del inversor para tres potencias de funcionamiento
diferentes, en función del tiempo.
A la vista de la figura 1, puede verse como el
diagrama de bloques en el que se materializa el sistema de la
invención, comprende una planta o generador fotovoltaico con sus
correspondientes paneles solares (1) y el inversor de cc/ca (2),
con la particularidad de que entre dichos componentes va
intercalada la batería de ultracondensadores-salida
(3).
Opcionalmente, el sistema incluye un
convertidor cc/cc (4) que a su vez puede llevar o no en su entrada
la batería de ultracondensadores-entrada (5), todo
ello situado a la salida de los paneles solares (1), de manera que
el comentado convertidor (4) realiza, en general, la regulación de
la tensión de los paneles solares (1) en busca del punto de máxima
potencia.
El sistema de regulación con los componentes
referidos puede ofrecer un funcionamiento del inversor (2) a
potencia constante o funcionar en modo mixto, es decir, potencia
constante y potencia variable, buscando el punto de máxima potencia
en determinados momentos.
En cuanto a la forma de regulación de la
potencia generada por la planta fotovoltaica de conexión a red,
puede realizarse mediante la tensión a la que se encuentran los
ultracondensadores-salida (3), sin incluir en este
caso el convertidor (4) ni los
ultracondensadores-entrada (5), dimensionándose la
batería de ultracondensadores-salida (3) en función
de las tensiones de trabajo de los sistemas implicados.
Por otro lado, la regulación de potencia cuando
incluye el convertidor (4) con o sin los
ultracondensadores-entrada (5) se realiza de igual
manera que la referida en el párrafo anterior (tensión de los
ultracondensadores-salida) pero sin que la tensión
influya directamente en la potencia aportada por los paneles solares
(1), ya que éstos trabajan, en general, a su tensión de máxima
potencia gracias al convertidor (4) a través del cual se realizará
la transferencia de potencia de los paneles (1) a los
ultracondensadores-salida (3) y al inversor (2) que
funcionará a potencia constante.
Finalmente, la regulación cuando no incluye
convertidor (4) ni ultracondensadores-entrada (5)
puede realizarse también mediante la potencia, bien estableciendo
dos niveles de funcionamiento a potencia constante, o bien fijando
una potencia de funcionamiento por encima de la cual el sistema va
a funcionar a potencia variable aportando a la red la potencia que
le llega, sin pasar por los
ultracondensadores-salida (3), buscando el punto de
potencia máxima, y por debajo de dicha potencia realizándose la
carga de los citados ultracondensadores y su descarga a través del
inversor (2), a potencia constante.
En la figura 2, como ya se ha dicho, se
muestra, en función del tiempo, la gráfica (6) correspondiente a la
potencia de los paneles solares (1), así como la potencia de salida
del inversor (2) para tres potencias constantes de funcionamiento
diferentes y que corresponden a las gráficas
(7-8-9), siendo la potencia de la
gráfica (7) mayor que la potencia de la gráfica (8) y ésta mayor
que la potencia de la gráfica (9), de manera tal que como se ve en
el esquema referido, cuando la potencia disminuye el tiempo de
funcionamiento del inversor aumenta, aportándose potencia a la red
con baja o incluso con nula energía solar, lo que se conseguirá
con la aportación de la energía almacenada en los
ultracondensadores-salida (3).
Claims (8)
1. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, que siendo
aplicable a una planta que incluye los correspondientes paneles
solares (1) y el inversor (2) de cc/ca, se caracteriza
porque entre dichos paneles solares (1) y el referido inversor (2)
se monta intercaladamente una batería de
ultracondensadores-salida (3), determinando un medio
de regulación de la potencia generada por los propios paneles
solares (1).
2. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque opcionalmente
incorpora un convertidor cc/cc (4) dispuesto a la salida de los
paneles solares (1), para la regulación de la potencia generada por
éstos, buscando el punto de máxima potencia.
3. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque incorpora a la
entrada del convertidor cc/cc (4) otra batería de
ultracondensadores-entrada (5), todo ello dispuesto
a la salida de los paneles solares (1), para la regulación de la
potencia generada por éstos, buscando el punto de máxima potencia,
siempre que se supere una mínima potencia a la que corresponda un
adecuado rendimiento del convertidor cc/cc.
4. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque la regulación se
efectúa mediante la tensión a que se encuentran los
ultracondensadores-salida (3), sin seguimiento del
punto de máxima potencia, de manera que la potencia que
progresivamente aportan los paneles solares (1) es regulada en los
propios ultracondensadores-salida (3), de forma que
al alcanzar éstos una tensión máxima entrará a funcionar el
inversor (2), a potencia constante, descargando los citados
ultracondensadores hasta alcanzar un valor mínimo de tal tensión,
momento en el que el inversor se desconecta y los
ultracondensadores-salida (3) vuelven a cargarse
hasta la tensión máxima.
5. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque la regulación
se efectúa mediante la tensión a que se encuentran los
ultracondensadores-salida (3), realizando el
convertidor (4) un seguimiento del punto de máxima potencia
proporcionada por los paneles solares (1), efectuándose la
transferencia de potencia de dichos paneles solares (1) a través
del convertidor (4), realizándose la regulación de la potencia como
en la reivindicación 4ª mediante la carga y descarga de los
ultracondensadores-salida (3) sobre el inversor
(2), funcionando a potencia constante.
6. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicaciones 1ª, 2ª y 3ª, caracterizado porque la
regulación se efectúa mediante la tensión a que se encuentran los
ultracondensadores-salida (3), realizando el
convertidor (4) un seguimiento del punto de máxima potencia,
siempre que se supere una mínima potencia correspondiente a un
adecuado rendimiento del convertidor cc/cc. Si la potencia aportada
por los paneles estuviera por debajo de esta potencia mínima,
intervendrán los ultracondensadores-entrada (5) que
se cargarán hasta que dispongan de la energía suficiente,
descargándose sobre el convertidor cc/cc (4) que aportará a su
salida durante algún tiempo una potencia constante igual a la
mínima requerida. La transferencia de potencia se realizará desde
los paneles solares (1) o desde los
ultracondensadores-entrada (5) a través del
convertidor (4), realizándose la regulación de la potencia como en
la reivindicación 4a mediante la carga y descarga de los
ultracondensadores-salida (3) sobre el inversor
(2), funcionando a potencia constante.
7. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque la regulación se
realiza mediante la potencia, estableciéndose previamente dos
niveles de funcionamiento del inversor (2) a potencia constante,
pasando de uno a otro en función de la potencia aportada por los
paneles en cada momento, realizándose la regulación en cada nivel
como en la reivindicación 4ª mediante la carga y descarga de los
ultracondensadores-salida (3) sobre el inversor (2),
funcionando a potencia constante.
8. Sistema de regulación de la potencia
generada por una planta fotovoltaica de conexión a red, según
reivindicación 1ª, caracterizado porque la regulación se
realiza mediante la potencia, fijándose previamente una potencia de
funcionamiento, por encima de la cual se aporta potencia a la red
sin pasar por los ultracondensadores-salida (3),
funcionando el inversor (2) a potencia variable buscando el punto
de potencia máxima, y por debajo de la citada potencia de
funcionamiento la regulación se realizará como en la reivindicación
4ª mediante la carga y descarga de los
ultracondensadores-salida (3) sobre el inversor (2),
funcionando a potencia constante.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200700137A ES2316268B1 (es) | 2007-01-16 | 2007-01-16 | Sistema de regulacion de la potencia generada por una planta fotovoltaica de conexion a red mediante el empleo de ultracondensadores. |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200700137A ES2316268B1 (es) | 2007-01-16 | 2007-01-16 | Sistema de regulacion de la potencia generada por una planta fotovoltaica de conexion a red mediante el empleo de ultracondensadores. |
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| ES2316268A1 ES2316268A1 (es) | 2009-04-01 |
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