ES2322406T3 - Sistema de iluminacion de alta eficiencia. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de potencia para suministrar potencia para aplicaciones de iluminación y otras aplicaciones de uso final, que requieren potencia eléctrica DC y que mantiene condiciones normales de iluminación con instalaciones de iluminación convencionales, comprendiendo dicho sistema de potencia: medios de control de potencia para recibir potencia eléctrica desde una primera fuente y potencia DC desde una fuente de potencia DC alternativa para soportar carga o cargas de dispositivos de uso final eléctricos DC compatibles son o sin fuente de potencia DC alternativa en servicio; en el que los medios de control de potencia tienen medios para recibir potencia eléctrica de corriente alterna AC de muchas frecuencias; medios para convertir dicha potencia eléctrica desde una primera fuente en potencia eléctrica regulada de tensión DC; medios para suministrar potencia eléctrica DC de baja tensión regulada requerida para alimentar lámpara o lámparas adecuadas dentro de dichas instalaciones de iluminación y/o al menos una carga de dispositivo de uso final compatible DC; y medios para combinar dicha potencia eléctrica convertida desde una primera fuente con dicha fuente de potencia DC alternativa en servicio para soportar al menos una carga o cargas de dispositivos de uso final compatibles DC, y dichos medios de control de potencia están dispuestos para alterar dicha tensión de salida DC convertida como un medio de control de potencia suministrada por dicha fuente de potencia DC alternativa.
Description
Sistema de iluminación de alta eficiencia.
El campo de la invención se refiere a sistemas
de iluminación ininterrumpible de baja tensión, de corriente
continua (DC), de alta eficiencia y a sistemas de potencia DC,
capaces de funcionar simultáneamente con una pluralidad de fuentes
de potencia de corriente alterna (AC) y DC.
Las fuentes de alimentación ininterrumpibles son
accesorios conocidos, especialmente cuando se aplican a equipo de
ordenador para "superar" cortes de corriente breves de línea,
para que no se pierdan o se pongan en un compromiso datos y en
sistemas de iluminación de emergencia, en los que la integridad de
la iluminación es esencial. Muchos tienen capacidad de
almacenamiento limitada en batería debido a los requerimientos de
volumen de almacenamiento de normalmente altos de la batería y alto
coste de la unidad de batería de almacenamiento. Por lo tanto, los
periodos de funcionamiento con medios ininterrumpibles
convencionales no se pueden mantener durante un corte de corriente
prolongado. Algunos sistemas de iluminación especiales están
protegidos también de una manera similar por una fuente de potencia
alterca AC para aplicaciones críticas, tales como salas de
operaciones en hospitales. Tales sistemas, ya utilicen baterías de
almacenamiento o fuentes de potencia auxiliares de AC tienden a ser
complejas y relativamente costosas, y como resultado están limitadas
solamente a las aplicaciones más valiosas. Teniendo en cuenta el
coste, muchos de estos sistemas se ponen también en un compromiso en
cuanto al rendimiento de salida y la duración. En lugar de tales
consideraciones, se proporcionan cantidades reducidas de
iluminación de emergencia auxiliar u otras necesidades de potencia
solamente para aplicaciones especiales y son servidas por sistemas
"agregados" empaquetados, que solamente se aplican y se emplean
durante cortes de potencia y no para necesidades de iluminación
estándar normal; estos tipos de paquetes se utilizan con frecuencia
en cajas de escalera y están constituidos por una carcasa sencilla
que incluye una batería, un cargador básico, un medio sensor de
potencia y una o dos lámparas de iluminación sencillas de capacidad
limitada de salida de la luz.
Estos sistemas de la técnica anterior, incluso
si son de construcción más compleja y elaborada, están comprometidos
en rendimiento, debido al coste, y no aportan nada para mejorar la
calidad de la iluminación, la eficiencia, o para mejorar de otra
manera el valor de la aplicación de la potencia, excepto a través de
su funcionamiento ininterrumpido durante los cortes de potencia
críticos, o no deberían considerarse como sustitutos equivalentes o
económicos de la iluminación convencional u otros usos finales.
Un objeto de esta invención es proporcionar un
sistema de iluminación ininterrumpible y/o un sistema de potencia
de uso final que puede ser más versátil y que puede sustituir
rutinariamente una iluminación convencional de un edificio u
oficina y otros usos finales, como si estuviese destinado para
necesidades de uso final sin comprometer el rendimiento de uso
final.
Otro objeto de esta invención es proporcionar
funcionamiento de alta eficiencia con coste de funcionamiento más
bajo que los sistemas de iluminación incandescentes y fluorescentes
convencionales.
Todavía otro objeto de esta invención es
proporcionar continuidad de larga duración (3 horas o más) con
volúmenes de almacenamiento pequeños.
Un objeto de esta invención es proporcionar una
gestión óptima de la batería para vida de almacenamiento de la
batería estacionaria más prolongada, bajo mantenimiento y
funcionamiento más económico.
Otro objeto de esta invención es proporcionar
una conexión compatible y económica a fuentes de energía
alternativa, tales como paneles fotovoltaicos solares (PV), células
de combustible y otros dispositivos de fuentes de potencia DC
similares y gestionar estas fuentes con relación a carga o cargas de
salida, manteniendo al mismo tiempo la batería de almacenamiento
dentro de su rango de actuación preferido.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un
sistema con seguridad mejorada a través del funcionamiento de baja
tensión nominalmente a 26,6 voltios para un sistema de batería de 12
voltios, de dos ácidos de plomo a temperatura ambiente entre la
unidad de control de potencial y las instalaciones de iluminación u
otros dispositivos de uso final DC. Se pueden aplicar también otros
sistemas de baterías y se puede ajustar de esta manera la tensión
de servicio de salida para mantenimiento y vida útil óptima de
mantenimiento y vida útil, sirviendo al mismo tiempo una carga
compatible DC adecuada.
Todavía otro objeto consiste en conseguir alta
calidad de potencia a través de la corrección dinámica del factor
de alta potencia y de una manera similar conseguir una distorsión
total baja de armónicos de la línea de alimentación AC.
Un objeto de esta invención es conseguir un
valor de aplicación general mayor y una calidad de servicio mayor
con operación a baja tensión, utilizando todavía cableado y tamaños
de cableado estándar para edificios, consiguiendo al mismo tiempo
caídas de tensión muy bajas.
Todavía otro objeto de esta invención es
proporcionar integridad de potencia para todo el edificio para
iluminación y otros usos finales que son inmunes a interrupciones
de zona e interrupciones centrales, tales como bombardeos y
desastres confinados a través de un dispositivo en línea de potencia
independiente modular entre el interruptor de circuito AC y el uso
final, que incrementa la integridad del sistema y de los subsistemas
con normalización sencilla de los componentes.
Todavía otro objeto de la invención es
proporcionar una interfaz de potencia universal que acepta una
pluralidad de ambas fuentes de potencia AC y DC simultáneamente y
las dirige a la aplicación de iluminación y/o de uso final de una
manera compartida.
Todavía otro objeto de la invención es
proporcionar una interfaz de potencia universal que acepta una
pluralidad de fuentes de potencia eléctrica AC o DC de una manera
individual y sin la otra para soportar la aplicación de iluminación
y/o aplicación de uso final con calidad convencional prevista en el
uso final.
Todavía otro objeto de la invención es
proporcionar un método y un medio para utilizar la invención como
una interfaz de potencia, donde se puede utilizar una operación DC
de baja tensión en edificios, en los que existen cableados y
tamaños de cables AC de alta tensión estándar convencionales.
Todavía otro objeto más de la invención es
proporcionar una estructura modular que permite conectar las
unidades de potencia en serie para satisfacer tensiones de
funcionamiento DC más altas en incrementos de la tensión de diseño
unitaria de potencia individual.
El documento
US-A-4075504 describe un aparato de
suministro de potencia que utiliza la salida de tensión de un
convertidor AC-a-DC no regulado,
rectificado de cuatro ondas. Se consigue iluminación de descarga de
gas de alta eficiencia utilizando medios de control de potencia con
un diseño de regulador de tensión de este tipo, pero no se podría
aplicar para accionar lámparas fluorescentes y similares como una de
las cargas.
El documento
US-A-5477091 describe un sistema de
distribución de potencia eléctrica que utiliza una fuente de
potencia no regulada centralizada con un bus de distribución de
potencia DC asistido por una batería. Las cargas finales o bien son
AC o DC. No existe ninguna sugerencia de ningún método de control
del flujo de potencia.
De acuerdo con la presente invención, un sistema
de potencia para suministrar potencia para aplicaciones de
iluminación y otras aplicaciones de uso final, que requiere potencia
eléctrica DC y que mantiene condiciones normales de iluminación con
instalaciones de iluminación convencionales, comprende:
medios de control de potencia para recibir
potencia eléctrica desde una primera fuente y potencia DC desde una
fuente de potencia DC alternativa para soportar carga o cargas de
dispositivos de uso final eléctricos DC compatibles con o sin
fuente de potencia DC alternativa en servicio;
en el que
los medios de control de potencia tienen medios
para recibir potencia eléctrica de corriente alterna AC de muchas
frecuencias;
medios para convertir dicha potencia eléctrica
desde una primera fuente en potencia eléctrica regulada de tensión
DC;
medios para suministrar potencia eléctrica DC de
baja tensión regulada requerida para alimentar lámpara o lámparas
adecuadas dentro de dichas instalaciones de iluminación y/o al menos
una carga de dispositivo de uso final compatible DC; y
medios para combinar dicha potencia eléctrica
convertida desde una primera fuente con dicha fuente de potencia DC
alternativa en servicio para soportar al menos una carga o cargas de
dispositivos de uso final compatibles DC,
y dichos medios de control de potencia están
dispuestos para alterar dicha tensión de salida DC convertida como
un medio de control de potencia suministrada por dicha fuente de
potencia DC alternativa.
Esto incluye una aplicación de un sistema de
iluminación de alta eficiencia ara mantener niveles y condiciones
de iluminación normales utilizando instalaciones de iluminación
normales que incorporan una variedad de reactancias electrónicas
DC para uso con lámparas de descarga de gas que requieren potencia
eléctrica DC como se define por los requerimientos de tensión de la
presente invención.
Cuando se conectan a una fuente de potencia AC,
los medios de control de potencia convierten la fuente de potencia
eléctrica AC a una DC de baja tensión regulada compatible con los
requerimientos de tensión "flotante" de larga duración de un
sistema eléctrico de batería de almacenamiento recargable
estacionario.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Una batería proporciona, sobre una base de
disponibilidad, la potencia eléctrica de baja tensión DC requerida
a los medios de control de potencia. La batería de almacenamiento,
como en el ejemplo de un diseño de ácido de plomo, está conectada a
los medios de control de potencia, de manera que la batería puede
ser mantenida en una condición totalmente cargada y "flotante"
por los medios de control de potencia durante el suministro normal
de potencia eléctrica AC desde una red de energía eléctrica o fuente
de AC similar.
Los medios de control de potencia sirven también
para suministrar la potencia eléctrica DC requerida desde la
batería hasta las instalaciones de iluminación DC compatibles o de
uso final compatible durante un corte de corriente eléctrica AC
para mantener la potencia de funcionamiento DC sin interrupción.
Los medios de control de potencia pueden ser una
pluralidad de medios de control de potencia múltiples, cada uno de
los cuales está conectado a su propia batería y/o a una fuente de
potencia DC alternativa para mantener la potencia de iluminación o
potencia de uso final en un edificio con requerimientos de sales y
áreas múltiples.
Una fuente fotovoltaica (PV) opcional de
potencia eléctrica DC puede estar conectada a los medios de control
de potencia para reducir proporcionalmente la cantidad de potencia
eléctrica tomada desde dicha red de energía eléctrica o fuente AC
similar. Los medios de control son capaces, además, de dirigir
cualquier exceso de potencia PV, no requerida por la carga
eléctrica a una batería de almacenamiento conectada opcionalmente
sin exceder sus requerimientos de funcionamiento seguros y estables
de larga duración. Si la aplicación de potencia no incluye la
batería, los medios de control soportarán de una manera similar y
proporcional la carga con la fuente AC, sin exceder los límites de
funcionamiento.
La batería de almacenamiento proporciona, sobre
una base de disponibilidad, potencia eléctrica DC de baja tensión a
la carga, en el caso de que la tensión DC altamente regulada por los
medios de control caiga por debajo de la tensión de la batería,
como en el caso en el que la fuente de AC interrumpe el suministro
de DC convertida desde los medios de control. En otro caso, los
medios de control de potencia mantienen la batería en una condición
"flotante" totalmente cargada y disponible de potencia
eléctrica desde una fuente de red de energía eléctrica AC.
En una versión de esta invención, la entrada de
potencia AC es convertida por el medio de control de potencia en la
misma tensión "flotante" DC regulada, sin el uso de una batería
o fuente DC auxiliar, satisfaciendo de esta manera una iluminación
DC de baja tensión. De esta manera, se consigue una iluminación de
descarga de gas de alta eficiencia por control óptimo de tensión y
eficiencias de conversión AC a DC muy altas proporcionadas por los
medios de control de potencia, con su diseño de regulador de tensión
de modo de conmutación y, además, por la eliminación de componentes
de conversión AC a DC similares en las reactancias de DC, como en
los diseños convencionales de reactancias electrónicas. Aunque se
prefiere la regulación de tensión en modo conmutado, en esta
invención, la invención no está limitada por tales medios de
regulación de la tensión.
Los medios de control de potencia pueden
incluir, además, circuitería para prevenir que la corriente DC
exceda un límite predeterminado, suministrando todavía potencia.
Los medios de control de potencia pueden incluir también otra
circuitería para detectar un cortocircuito, de tal manera que los
medios de control de potencia pueden interrumpir el suministro de
potencia DC hasta que se elimina el cortocircuito.
Este sistema para mantener la potencia normal
para instalaciones de iluminación que requieren potencia eléctrica
DC incluye los medios de control de potencia para recibir potencia
eléctrica desde una fuente DC y para suministrar potencia eléctrica
DC requerida a las instalaciones de iluminación así como medios de
control de potencia para convertir la potencia eléctrica AC en
potencia eléctrica DC.
En otra forma de realización para uso remoto,
tales como instalaciones remotas sin acceso a potencia AC
convencional, un sistema de iluminación de alta eficiencia mantiene
las condiciones normales de iluminación sin instalaciones de
iluminación que requieran potencia eléctrica DC. El sistema remoto
incluye un medio de control de potencia para recibir potencia
eléctrica DC desde una fuente de potencia DC auxiliar adecuada, tal
como un panel fotovoltaico y suministrar potencia eléctrica DC de
baja tensión requerida a las instalaciones de iluminación remotas
y/o para aplicación de uso final compatible, y una batería de
almacenamiento. Los medios de control de potencia sirven también
para controlar la carga de una batería hasta un estado de carga
máximo y óptimo.
La batería proporciona también, sobre una base
de disponibilidad, la potencia eléctrica de baja tensión DC
requerida a los medios de control de potencia. Está conectada a los
medios de control de potencia manteniéndose al mismo tiempo en una
condición cargada por los medios de control de potencia, durante la
disponibilidad de la fuente de potencia DC como en el caso de las
horas de sol de entrada de potencia desde el panel fotovoltaico.
Además, los medios de control de potencia
suministran potencia eléctrica DC requerida desde la batería hasta
las instalaciones de iluminación durante periodos de tiempo en los
que no está disponible la potencia desde la fuente DC auxiliar o el
panel fotovoltaico. Tal como cuando la fuente debe interrumpirse por
razones específicas como durante la noche o en tiempo nublado para
la fuente PV.
La presente invención se puede comprender mejor
en combinación con los dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de potencia básico aplicado a la iluminación que muestra
las conexiones básicas de entrada y salida de potencia.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La figura 2 es un diagrama de bloques físico del
sistema básico de potencia utilizado como un sistema de iluminación
ininterrumpible con el sistema de batería conectado, pero sin una
entrada de potencia DC auxiliar, tal como potencia fotovoltaica
(PV).
La figura 3 es una disposición de cableado de
una configuración de circuito de iluminación sencillo que utiliza
un concepto llamado un clúster que evita longitudes excesivas de
cables de transporte de corriente de baja tensión y caídas de la
tensión desde el módulo de potencia DC de baja tensión.
La figura 4 es una disposición de cableado de un
sistema de cuatro módulos de potencia que cubre un requerimiento de
zona de iluminación mayor que evita longitudes excesivas de cables
de transporte de corriente de baja tensión y caídas de la tensión,
soportado al mismo tiempo por un interruptor de circuito y de línea
de alta tensión AC individual.
La figura 5 es un diagrama de bloques de un
sistema de iluminación como en la figura 2, pero con un panel
PV.
La figura 6 es una vista frontal de la unidad de
control de potencia con conexiones típicas de entrada y salida de
potencia.
La figura 7 es un diagrama del cableado y
especificaciones para una reactancia de descarga de gas DC de baja
tensión de dos lámparas que tiene compatibilidad con la unidad de
control de potencia.
La figura 8 es un diagrama de cableado y
especificaciones para una reactancia de descarga de gas DC de baja
tensión de una lámpara que tiene compatibilidad con la unidad de
control de potencia.
La figura 9 es una vista frontal del cerramiento
que contiene la batería.
La figura 10 es un diagrama de bloques de una
unidad de control de potencia que muestra conexiones típicas de
entrada y salida de potencia y las funciones internas de la unidad
de control de potencia; y
La figura 11 es un diagrama de bloques de un
sistema de iluminación opcional de energía alternativa, que utiliza
cogeneración de gas natural como una fuente de potencia DC
alternativa.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de
los componentes principales de un sistema de iluminación
ininterrumpible soportado por esta invención. Este sistema se puede
utilizar también para otras cargas compatibles DC que están
diseñadas para utilizar tensión de salida de la invención de
potencia. Puede estar instalado en cualquier iluminación
convencional de edificios u otros dispositivos de uso final, según
se requiera. A diferencia de la iluminación de emergencia y de
otros sistemas de potencia de emergencia, éste es un producto de
potencia de uso final de alta calidad, de servicio completo.
Funciona con instalaciones, lámparas y dispositivos DC compatibles
estándar, sin comprometer el rendimiento de salida en el caso de un
fallo de potencia convencional. Esto permite que las funciones
normales de soporte de potencia continúen durante horas prolongadas
utilizando el almacenamiento de la batería sin interrumpir la
actividad de trabajo debida a pérdida de iluminación y
potencialmente otras necesidades de potencia. El subsistema clave
que conecta todo el sistema conjuntamente es la unidad de control
de potencia (PCU) 1 que utiliza normalmente potencia de red de
energía eléctrica central AC estándar para soportar la aplicación
de uso final y mantener la batería de almacenamiento 2 opcional en
un estado de carga óptimo. Cuando se utiliza para soportar
iluminación, las instalaciones de iluminación 3 son lámparas de
descarga de gas, como tubos fluorescentes que utilizan reactancias
electrónicas que requieren una entada DC de baja tensión (nominal
26,6 voltios) suministrado por una línea 5 desde la unidad de
control de potencia 1. Se pueden utilizar también otros tipos de
lámparas, tales como lámparas incandescentes. Durante un corte de
potencia, la línea AC 5 es alimentada por la batería 2.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques
físicos que muestra el panel de servicio eléctrico AC 6 con un
sistema de cables de tres hilos estándar que suministra o bien
tensiones de 120 a 277 VAC a la PCU 1. La caja de la batería 7
contiene normalmente dos grupos de baterías de almacenamiento 8 de
ácido de plomo de descarga de tamaño de profundidad 24/27
conectadas en serie y a través de un fusible 9 de 20 amperios y
cables 10 y 11 a la PCU 1. El cableado a todas las instalaciones de
iluminación y usos finales compatibles 3 está en una tensión de
trabajo nominal de 26,6 voltios DC. En la forma de realización
nominal, cada PCU 1 puede alimentar a diez instalaciones
fluorescentes de dos tubos de 48 pulgadas T8 o 20 instalaciones 3 de
tubo individual o cualquier carga DC eléctrica equivalente de 25
amperios de corriente en o cerca de la tensión de mantenimiento de
diseño del sistema de batería de almacenamiento utilizado.
La figura 3 muestra una disposición de cableado
para una aplicación de iluminación de oficina 15 típica con paredes
16 soportada por una PCU 1 individual. Una zona de armario 17 sirve
convenientemente para alojar un volumen de batería 2 relativamente
pequeño. La línea AC 4 conduce a la PCU 1 que, debido a su tamaño
compacto, puede ser montada ventajosamente en la cavidad del techo.
El cableado DC 5 hasta las instalaciones de iluminación está
también en la cavidad del techo y debido a la proximidad estrecha de
la PCU 1 proporciona una trayectoria de cableado corta hasta las
instalaciones de iluminación 3. Esta disposición de cargas de
iluminación de baja tensión conectadas forma un clúster integral
que puede duplicarse muchas veces desde una línea AC de alta
tensión de soporte individual, como se muestra en la figura 4,
reduciendo todavía al mínimo las caídas de la tensión de soporte de
la carga.
La PCU 1 es introducida electrónicamente sujeta
a una amplia gama de tensiones de suministro AC continuas y
admitirá una gama de entradas desde 110 hasta 277 CAV en la PCU 1.
La potencia de entrada a la PCU es 725 varios nominales para una
corriente C rms que varía desde 2,6 hasta 6,6 amperios en función de
la tensión de entrada AC. La gama equivalente de corrientes AC de
entrada variará en función de la tensión de entrada AC. Debido a
que la PCU 1 es un factor de potencia alto corregido a 0,99, es
previsible que un interruptor de circuito de 20 amperios y un cable
número 12 soporten un número grande de PCUS y su capacidad de
iluminación correspondiente consiguiendo un máximo de 3 PCUs desde
una línea de 120 voltios. De una manera similar, se pueden soportar
6 unidades desde una línea de 277 voltios para una salida total de
potencia DC de aproximadamente 4000 vatios y una entrada AC de 4300
vatios, respectivamente.
La figura 4 muestra una disposición de cableado
de una zona de oficinas 19 con paredes 16 que sirven a 8 oficinas
pequeñas y cuatro oficinas grandes. Esto implica el uso de cuatro
sistemas de iluminación ininterrumpibles separados que utilizan
cuatro PCU 1 y cuatro módulos de baterías 2 localizados en cuatro
armarios centrales 17. Las cuatro PCU son alimentadas desde un
interruptor de circuito individual de 220 VAC en el panel de
potencia 6 a través de cable AC 4 distribuido desde la caja de
distribución 20. Cada uno de los sistemas de iluminación alimenta a
10 instalaciones 3 de dos lámparas.
Existen varios modos de potencia diferentes
posibles con la PCU 1. La figura 5 muestra un sistema de iluminación
ininterrumpible que incluye un panel de servicio eléctrico AC 6,
una caja de batería 7 con baterías 8 y fusible 9 conectados por
cables 10, 11 a la PUC 1, así como un panel fotovoltaico (PV). Este
modo permite que la energía solar sea una fuente de potencia
auxiliar para la línea AC, manteniendo al mismo tiempo la caja de
baterías de almacenamiento 7 con baterías 8 como un suplemento de
potencia durante cortes de AC y variaciones solares.
Como se muestra en la figura 6, una vista
frontal de la PCU 1, es fácil conectar el panel PV a la PCU 1 sin
acondicionadores de potencia AC complicados como en aplicaciones PV
convencionales. El panel PV es conectado simplemente a dos
terminales de entrada PV en la PCU 1. Este modo permite una
iluminación de alta fiabilidad utilizando una línea AC, apoyo de
batería y PV como fuentes de potencia de solape.
El modo de funcionamiento de potencia más
sencillo es cuando la AC es la única fuente de potencia de entrada
con la PCU 1 soportando un sistema de iluminación DC de baja
tensión. Tal sistema con la PCU 1 sola conectada a la línea AC es
un sistema de iluminación de alta eficiencia viable con pérdidas
mínimas de potencia de interfaz que se pueden compensar por sí
mismo reduciendo el consumo de energía. Simplemente conectando el
subsistema de batería al sistema básico anterior, el usuario
consigue un modo de potencia adicional que satisface el
funcionamiento de potencia DC ininterrumpible como soporte de la
iluminación. Se consigue todavía otro modo de funcionamiento de
potencia utilizando la PCU 1 sin batería, pero con entrada AC y un
panel PV. En este modo, la contribución PV es absorbida con
preferencia por la carga DC siendo el resto suministrado por la
entrada AC.
Todavía en otro modo de funcionamiento de
potencia, en el que la PCU 1 se puede utilizar como sistema de
potencia autónomo, sin generación de AC central soportada por red
de energía eléctrica central. Tal sistema es deseable en una zona
alejada de la red de energía eléctrica central AC. Con un sistema
de este tipo, utilizando la PCU 1 fijada a un panel PV adecuado y
una batería de almacenamiento recargable adecuada, se pueden
satisfacer las necesidades de iluminación solar y otras necesidades
de carga DC, incluyendo un convertidor de potencias DC a AC de 60
Hz.
La PCU 1 se distingue porque es suficientemente
flexible para soportar una pluralidad de modos de funcionamiento de
potencia, satisfaciendo al mismo tiempo los requerimientos de
iluminación y otros requerimientos eléctricos. También puede
suministrar otras cargas DC, tales como electrodomésticos,
microondas, refrigeración DC y similares. Además, puede aceptar
también alternativamente potencia DC externa desde muchas fuentes
variadas distintas a la fotovoltaica (PV), tales como generadores
eólicos o un generador DC accionado con motor.
La figura 6 muestra también una vista frontal de
la PCU 1 con sumidero de calor de aletas 28 y cinta terminal.
Las figuras 7 y 8 muestran los diagramas de
cableado y especificaciones para reactancias DC de dos lámparas y
de una lámpara, respectivamente.
La figura 9 muestra una vista frontal de la caja
de la batería 7 con carcasa 35, tapa articulada 36 y enganches 37.
Es una caja termoplástica adaptada para baterías de ácido de plomo
de tipo sellado.
La figura 10 muestra un diagrama de bloques de
la PCU 1. La entrada AC es rectificada por medios rectificadores
DC, tales como un circuito de puente. Los medios de corrección del
factor de potencia se utilizan para conseguir un factor de potencia
alto y una distorsión armónica total baja en la entrada AC. Los
medios de control y los medios de regulación de la tensión
interactúan a través de circuitos, tales como modulación de la
anchura del impulso y topologías de suministro de potencia de
conmutación DC a DC para proporcionar los 26,6 voltios nominales a
las reactancias de iluminación u otras cargas DC adecuadas a través
de medios de conexión de potencia.
La figura 10 muestra también un medio de control
y medios de regulación de la tensión que pueden interactuar también
para limitar la corriente operativa superior de la PCU 1 y, además,
para cortar la salida DC de la PCU 1 en el caso de un cortocircuito
detectado. Tal circuitería de detección de cortocircuito está
continuamente activa y dinámica y se puede reponer en cualquier
momento a modo normal. También son posibles otras tensiones que
incluyen tensiones programables, tales como 13,3, 26,6, 39,9, etc.
para soportar requerimientos mayores de sistema y de control de
baterías conectadas en serie.
El corte de subtensión de la batería desconecta
la batería en situaciones de agotamiento de la carga para prevenir
una sobredescarga que contribuye a daño químico y físico a la
batería de almacenamiento. El regulador y supresor de tensión PV es
un acondicionador/controlador de potencia para suprimir tensiones
transitorias y para prevenir también la sobrecarga peligrosa de la
batería de almacenamiento desde el panel PV.
La figura 11 es una forma de realización
alternativa de un sistema de iluminación de potencia que incluye
cogeneración de gas natural. Una potencia AC 50 es convertida
normalmente a potencia DC por la PCU 1 que consta del convertidor
de potencia DC 51 y medios de control 52 o según se especifique de
otra manera por las operaciones de la PCU 1. No obstante, un
cogenerador en forma de un generador de DC 53 alimentado con gas
recibe gas natural como una fuente de energía primaria desde una
fuente de gas natural 54, y la convierte en potencia DC para
soportar el sistema de iluminación de edificios 55, tal como
iluminación fluorescente con reactancia electrónica. Este sistema
puede proporcionar una curva de demanda de potencia más plana y más
predecible para instalaciones eléctricas alterando la demanda de
los consumidores que utilizan el sistema de iluminación de edificios
55, suplementado por la fuente de energía de gas mitigando los
picos de potencia de fuentes de generación eléctrica. Esto puede
dar como resultado cargas de demanda reducidas.
El sistema de cogeneración puede funcionar
continuamente para carga de iluminación 55, y no requiere inversores
de potencia de 60 Hz sincronizados costosos para ser enviado de
retorno a través de la línea de potencia AC 50.
El generador de gas DC 53 se acopla directamente
al sistema de iluminación de edificios 55 a través de la entrada DC
auxiliar de la PCU 1 para accionar el sistema de iluminación de
edificios 55.
Se pueden aplicar otras formas de realización a
la presente invención sin separarse del alcance de la invención,
como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (25)
1. Un sistema de potencia para suministrar
potencia para aplicaciones de iluminación y otras aplicaciones de
uso final, que requieren potencia eléctrica DC y que mantiene
condiciones normales de iluminación con instalaciones de
iluminación convencionales, comprendiendo dicho sistema de
potencia:
medios de control de potencia para recibir
potencia eléctrica desde una primera fuente y potencia DC desde una
fuente de potencia DC alternativa para soportar carga o cargas de
dispositivos de uso final eléctricos DC compatibles son o sin
fuente de potencia DC alternativa en servicio;
en el que
los medios de control de potencia tienen medios
para recibir potencia eléctrica de corriente alterna AC de muchas
frecuencias;
medios para convertir dicha potencia eléctrica
desde una primera fuente en potencia eléctrica regulada de tensión
DC;
medios para suministrar potencia eléctrica DC de
baja tensión regulada requerida para alimentar lámpara o lámparas
adecuadas dentro de dichas instalaciones de iluminación y/o al menos
una carga de dispositivo de uso final compatible DC; y
medios para combinar dicha potencia eléctrica
convertida desde una primera fuente con dicha fuente de potencia DC
alternativa en servicio para soportar al menos una carga o cargas de
dispositivos de uso final compatibles DC,
y dichos medios de control de potencia están
dispuestos para alterar dicha tensión de salida DC convertida como
un medio de control de potencia suministrada por dicha fuente de
potencia DC alternativa.
2. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dichos medios de control de potencia comprenden
adicionalmente medios para limitar la corriente en dicha salida DC a
un medio para un límite superior definido prescrito por una
capacidad de potencia máxima de dichos medios de control de
potencial, suministrando al mismo tiempo todavía potencia.
3. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dichos medios de control de potencia comprenden
adicionalmente medios para interrumpir la potencia de salida
suministrada después de la detección de un corto circuito a través
de los terminales de salida de dichos medios de control de
potencia.
4. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa es una batería
de almacenamiento recargable, en el caso de un fallo de potencia
desde dicha fuente AC, continuando sirviendo a, menos una carga
compatible DC y los medios de control de potencia están dispuestos
para mantener óptimamente la carga en un modo de disponibilidad
estacionario de dicha batería de almacenamiento recargable por
dicha tensión de salida regulada de dichos medios de control de
potencia.
5. El sistema de potencia de la reivindicación
4, que tiene medios para activar la batería de almacenamiento
recargable en soporte de al menos una carga compatible DC después de
la extinción de dicha entrada DC a dichos medios de control de
potencia.
6. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dichos medios de control de potencia están dispuestos
para, en ausencia de una fuente de potencia de soporte, aislar
eléctricamente dicha batería de almacenamiento de al menos una
carga compatible DC en el caso de que un
estado-de-carga de la batería,
medida por la tensión terminal de dicha batería, caiga por debajo
de un valor predeterminado.
7. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dichos medios de control de potencia están dispuestos
para interrumpir la potencia a dicha batería de alimentación desde
cualquier otra fuente de potencia DC conectada en el caso de que
dicha batería de almacenamiento esté totalmente cargada.
8. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa es un
convertidor de energía para convertir una fuente de energía en una
tensión DC compatible eléctrica.
9. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativas es un panel
solar fotovoltaico.
10. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa es una célula
de combustible.
11. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa es un
generador eléctrico DC accionado mecánicamente por combustión
interna de combustible fósil.
12. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa es un
generador DC de combustible.
13. El sistema de potencia de la reivindicación
12, en el que dicho co-generador DC de combustible
es un generador fotovoltaico térmico.
14. El sistema de potencia de la reivindicación
12, en el que dicho co-generador DC de combustible
es un generador de célula de combustible.
15. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dicha fuente de potencia DC alternativa está dispuesta
para producir potencia DC requerida.
16. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dicha batería de almacenamiento está combinada en una
combinación de potencia con un convertidor de energía para convertir
una fuente de energía en una tensión DC compatible eléctrica.
17. El sistema de potencia de la reivindicación
16, en el que dicha combinación de potencia está dispuesta para
suministrar potencia a dicha carga proporcionalmente.
18. El sistema de potencia de la reivindicación
16, en el que dicha combinación de potencia está dispuesta para
suministrar potencia a dicha carga proporcionalmente como un
igualador de la carga de potencia.
19. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dichos medios de control de potencia para recibir
corriente alterna AC desde una fuente tiene medios para convertir el
factor de potencia aproximadamente a una unidad, con distorsión
armónica total muy baja reflejada en dicha fuente AC.
20. El sistema de potencia de la reivindicación
1, en el que dichos medios de control de potencia y dicha fuente de
potencia DC alternativa está dispuesta para alimentar un clúster de
cargas DC múltiples, con el fin de reducir al mínimo las longitudes
de los cables de baja tensión y, por lo tanto, las caídas de la
tensión de sustracción de potencia.
21. El sistema de potencia de la reivindicación
20, que comprende un cable AC de alta tensión estándar de longitud
proporcionalmente más carga con relación a dichos cables de baja
tensión DC para suministrar potencia a los clústeres.
22. El sistema de potencia de la reivindicación
20, que comprende múltiples medios de control de potencia, estando
dispuesto cada uno de dichos medios de control de potencia para
controlar la potencia de su propio clúster, comprendiendo, además,
el sistema de potencia un cabe AC de alta tensión estándar
individual de longitudinal proporcionalmente más larga con relación
a dichos cables de baja tensión DC para suministrar potencia a cada
clúster propio.
23. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dicha batería de almacenamiento se combina en una
combinación de potencia con un convertidor de energía en un
contenedor empaquetado en servicio a dichas carga o cargas DC
compatibles.
24. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dicha batería de almacenamiento se combina en una
combinación de potencia con un convertidor de energía para
funcionamiento en servicio a una carga o cargas compatibles DC sin
soporte de alimentación de potencia AC suministrada con red de
energía eléctrica central como en un sistema de potencia soportado
autónomo sin red de energía eléctrica.
25. El sistema de potencia de la reivindicación
4, en el que dichos medios de control de potencia permanecen como
un punto de control de potencia central en dicho sistema de potencia
para todas las fuentes de potencia alternativas externas a dicha
fuente de red de energía eléctrica central, y en el que dichos
medios de control de potencia están dispuestos, además, para
utilizar una fuente local de potencia generada AC.
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