ES2339083B1 - Dispositivo de control y gestion de instalaciones solares. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de control y gestión de
instalaciones solares.
Este dispositivo supervisa y gestiona la
corriente continua que se produce en una instalación solar
fotovoltaica, en función de datos geográficos y medioambientales de
la zona, como latitud, radiación, temperatura ambiente, inclinación
de los paneles, posición del seguidor solar, tensión y corriente del
motor seguidor, tensión y corriente generada por los paneles
solares, tensión y corriente del inversor, etc.
Se caracteriza por recibir esta información
mediante sensores que la transmiten a una serie de módulos
interconectados a la CPU para su procesamiento y gestión según un
programa informático específico.
Resuelve el problema de: cuanto, cuando y que
calidad de la energía eléctrica se produce. Lo conocido se limita
solamente a monitorizar la información de los inversores y gestionar
el consumo en base a unas franjas preestablecidas de consumo.
Description
Dispositivo de control y gestión de
instalaciones solares.
Este invento tiene como objeto analizar y
gestionar la calidad y cantidad de energía eléctrica producida por
una instalación fotovoltaica de paneles solares, e informar
telemáticamente en tiempo real de todas las variables de dicha
instalación.
Actualmente se sabe que en base a los
conversores de corriente se obtiene información de la cantidad de
producción y cierta información respecto de pérdidas, reducciones
etc. de producción de energía de instalaciones solares, pero
continúan sin la suficiente información sobre "Cuanto",
"Cuando", y en "Que calidad" se está produciendo la
electricidad que facturan por las citadas instalaciones solares
conectadas a la red. Y lo que es peor, continuarán sin poder
advertir y controlar la producción de potencia eléctrica instantánea
en su instalación bajo unos criterios propios de producción
energética, previamente establecidos sobre unas condiciones reales
de producción. Es decir seguirán sin poder
racionalizar-gestionar su producción de electricidad
y por lo tanto continuarán sin eficiencia en sus plantas con pérdida
de energía y dinero, perjudicando sus resultados contables, además
de desperdiciar de forma directa y grave la generación de energías
limpias.
Por este motivo aquellos que carezcan de un
sistema inteligente, fácilmente programable por parte del técnico de
mantenimiento, bajo criterios prefijados de producción eléctrico,
que le permita advertir y controlar permanentemente y de forma
eficaz, tanto la producción eléctrica esperada, como los consumos
eléctricos, fugas de energía, bajo rendimiento de paneles etc. no
podrán evitar la ineficacia de la planta y desperdiciar la energía
solar.
Esta situación no solamente ocurre en España,
sino también en todos los países modernos del mundo, tal y como
demuestra el actual estado de la técnica a nivel internacional. Ya
que hasta la fecha no se ha comercializado ningún dispositivo que le
permita realizar al usuario, de forma interactiva y a un precio
asequible, una gestión racional de la producción eléctrica basada en
criterios técnicos, que se establezcan para la zona donde se ha
llevado a cabo la instalación.
En este sentido, el autor de este invento ha
desarrollado un "Gestor de producción de Energía Eléctrica"
(GPE), por ordenador, que permite una extraordinaria mejora de las
condiciones de producción eléctrico y a un precio asequible para
cualquier instalación de energía solar, de tipo privado o
público.
Se trata de un dispositivo de control y gestión
interactivo de instalaciones solares, que supervisa y gestiona la
corriente continua que se produce en una instalación solar
fotovoltaica, en función de los datos geográficos y medioambientales
de la zona, como latitud, radiación, temperatura ambiente,
inclinación de los paneles, posición del seguidor solar (si existe)
y su fidelidad a los movimientos programados, etc.
Por otra parte el dispositivo recibe información
de la energía eléctrica producida por los paneles solares antes y
después del inversor, que permiten comparar estos datos con los
teóricos de máxima producción de la instalación y emitir informes
que permitirán tomar decisiones en tiempo real, con el objeto de
obtener el máximo rendimiento de la misma.
Sus componentes principales son los
siguientes:
- -
- Una unidad central de proceso (CPU).
- -
- Pantalla alfanumérica.
- -
- Reloj de tiempo real.
- -
- Fuente de alimentación.
- -
- Teclado.
- -
- Pilotos de indicación y advertencia visual.
- -
- Altavoz.
- -
- Relés de maniobra.
- -
- Teclado.
- -
- MODEM para comunicaciones telefónicas.
- -
- Unidad de transmisión de datos, vía red "LON" o por radiofrecuencia.
Una vez instalado y programado el dispositivo,
éste permitirá al usuario con solo pulsar un botón, revisar el
cumplimiento de sus criterios técnicos y previsiones de producción
de energía eléctrica para que el ordenador sintonice, controle,
advierta y ejecute sus consignas.
Mediante este dispositivo de control, se logran
evitar pérdidas económicas por baja eficiencia de la instalación de
energía solar.
Esta tecnología resulta asequible a cualquier
usuario, sea cual sea su tipo y volumen de producción de energía,
gracias a una total interoperatividad a través de un sencillo
lenguaje visual y sonoro.
El sistema informa permanentemente al usuario
mediante una pequeña pantalla sobre la producción instantánea en
Euros/hora y sobre el tipo de producción: Mínimo, medio, alto o
bajo, que se está produciendo en la instalación. Esto evitará
pérdidas indeseadas, y permitirá llevar un mantenimiento preventivo
y predictivo, advirtiendo incluso antes de sufrir un posible bajón
de la producción.
Trabajará además como contador de energía de
eléctrica, informando sobre la producción acumulada y también como
gestor para la conexión y desconexión de la instalación en caso de
emergencia permitiendo incluso el control remoto vía teléfono y
telemedida de la energía.
Registrará también los fallos en la calidad del
suministro eléctrico como defensa del empresario o usuario frente a
las compañías eléctricas.
La instalación del dispositivo no requiere
realizar obras, ni preinstalaciones de cableado.
Es además muy sencillo de utilizar ya que no se
requieren conocimientos técnicos ni mantenimiento de ningún
tipo.
PLC: Programmable logic computer: Computador
lógico programable.
RF: Radio frecuencia.
LON: Local operating network: Red de operaciones
local. Norma UNE-EN 14908.
BLUETOOTH: Es la especificación que define un
estándar global de comunicaciones inalámbricas para redes de área
personal que permite la transmisión de voz y datos entre diferentes
equipos mediante un enlace por radiofrecuencia en entornos de
comunicaciones móviles y estáticos; está recogida por el grupo de
trabajo 802.15.1 del IEEE.
MODEM: Aparato modulador y demodulador de
señales. Conecta un ordenador con una línea telefónica.
FIRMWARE: Rutinas de software almacenadas en
memoria de sólo lectura (ROM).
HARDWARE: Son todas las partes físicas y
tangibles de una computadora: sus componentes eléctricos,
electrónicos, electromecánicos y mecánicos; sus cables, gabinetes o
cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico
involucrado.
SOFTWARE: Equipamiento lógico o soporte lógico
de un computador digital, y comprende el conjunto de los componentes
lógicos necesarios para hacer posible la realización de una tarea
específica.
ROM: Read only memory: Memoria de solo
lectura.
CPU: Central process unit: Unidad central de
proceso.
PDA: Palm digital assistant: Asistente digital
de mano. Es un pequeño ordenador personal que cabe en la mano con
teléfono móvil incorporado.
SCADA: Sistema de control y adquisición de
datos.
RS: Recomended Standard: Norma recomendada.
E: Entrada.
S: Salida.
Para complementar la descripción de este invento
y con el objeto de facilitar la comprensión de sus características,
se acompaña una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo
y no limitativo, se han representado los siguientes dibujos cuyos
componentes principales son los siguientes:
- 1-
- Dispositivo.
- 2-
- Unidad central de proceso (CPU).
- 2.1-
- Módulo de control y adquisición de datos (SCADA).
- 2.2-
- Módulo de clasificación de datos.
- 2.3-
- Módulo de consumo.
- 2.4-
- Módulo comprobación rendimiento de los aparatos.
- 2.5-
- Módulo de cálculo producción-facturación en Euros.
- 2.6-
- Módulo de comparación de costos.
- 2.7-
- Módulo de sugerencias de modificación.
- 2.8-
- Módulo de comunicación con el MODEM.
- 3-
- Indicador luminoso.
- 4-
- Pulsadores.
- 5-
- Avisador acústico.
- 6-
- Pantalla gráfica o alfanumérica.
- 7-
- PLC (computador lógico programable).
- 8-
- Paneles solares.
- 9-
- Conversor fotovoltaico.
- 10-
- Red de conexión por Radio frecuencia, "LON" o Bluetooth.
\vskip1.000000\baselineskip
El módulo SCADA (2.1), es un sistema de control
y adquisición de datos, que recibe como mínimo información de los
componentes de campo siguientes:
- Medidor de radiación solar.
- Sensor de posición del campo solar.
- Sensor de temperatura del campo solar.
- Sensor de corriente del motor seguidor.
- Sensor de tensión del motor seguidor.
- Sensor de corriente continúa generada por el
campo solar.
- Sensor de tensión continúa generada por el
campo solar.
- Sensor de corriente alterna del inversor.
- Sensor de tensión alterna del inversor.
- Sensor de polvo acumulado.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1, es un esquema de flujo en el que se
representan los diferentes bloques que componen el dispositivo.
Entre los diferentes tipos de dispositivos (1)
de control y gestión de instalaciones solares que se pueden fabricar
tomando como base este invento, la realización preferente es la que
se describe a continuación:
El dispositivo (1) consta básicamente de un
sistema de control y adquisición de datos (SCADA), un sistema de
gestión de datos que toma decisiones en función de consignas y datos
de los fabricantes y un sistema de salida de datos (PLC) -computador
lógico programable- que envía las órdenes pertinentes a los paneles
solares reorientándolos, etc.
Informa también al usuario en tiempo real sobre
la producción de energía eléctrica, facturación etc.
La fase previa a la fabricación del producto es
la de diseño y programación de sus componentes que de forma resumida
comprende los pasos siguientes:
- Establecimiento de requisitos de
comunicaciones.
- Revisión de tecnologías existentes.
- Comparativa técnica de soluciones.
\vskip1.000000\baselineskip
- Especificaciones funcionales como equipo de
medida de factores ambientales (radiación, intensidad y dirección
del viento, etc.).
- Normativa a cumplir, especificaciones como
contador.
- Norma aplicable a módulos de
comunicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
3.1.1 - Subconjunto de medida.
3.1.2 - Subconjunto de comunicaciones.
3.1.3 - Subconjunto actuación: diseño
esquemático, elección de tecnologías componentes. Pruebas.
3.1.4 - Subconjunto alimentación
\vskip1.000000\baselineskip
3.2.1 - Rediseño de algoritmos de comunicaciones
PL.
3.2.2 - Rediseño de algoritmos de medida y
calibración.
\vskip1.000000\baselineskip
3.3.1 - Diseño del hardware.
- 3.3.1.1. Subconjunto Procesado e Interfaz con usuario.
- 3.3.1.2 Subconjunto Receptor de comunicaciones.
- 3.3.1.3 Subconjunto alimentación.
\newpage
3.3.2 - Diseño del Firmware
- 3.3.2.1 Diseño algoritmos de comunicación
- 3.3.2.1 Implementación de la aplicación de gestión y acceso a la información.
\vskip1.000000\baselineskip
4.1 - Pruebas de precertificación.
4.2 - Ensayos de certificación.
4.3 - Homologación de prototipos.
\vskip1.000000\baselineskip
Una vez fabricado y probado el dispositivo (1)
de control y gestión de instalaciones solares fotovoltaicas, el
montaje del mismo comprende en primer lugar el cableado del módulo
SCADA (2) con una serie de medidores y sensores de campo que
permiten control y adquisición de datos, estos medidores y sensores
son los siguientes:
2.1- Medidor de radiación solar.
2.2 - Sensor de posición del campo solar.
2.3 - Sensor de temperatura del campo solar.
2.4 - Sensor de corriente del motor
seguidor.
2.5 - Sensor de tensión del motor seguidor.
2.6 - Sensor de corriente continúa generada por
el campo solar.
2.7 - Sensor de tensión continúa generada por el
campo solar.
2.8 - Sensor de corriente alterna del
inversor.
2.9 - Sensor de tensión alterna del
inversor.
2.10 - Sensor de polvo acumulado.
\vskip1.000000\baselineskip
La transmisión de los datos procedentes de estos
medidores y sensores de campo, también se puede hacer por Radio
frecuencia, red "LON" o Bluetooth, según el caso.
En segundo lugar se cablea o conecta vía RF, el
PLC (7) con los actuadores de campo motorizados, que permiten
modificar y reorientar la posición de los paneles solares etc.
Una vez cableados el PLC (7) y los sensores y
medidores externos o conectados vía RF con el dispositivo (1), los
diferentes componentes de éste descritos en la Figura 1, se
ensamblan realizándose finalmente las pruebas de funcionamiento
pertinentes.
La información procedente de los sensores y
medidores es recibida por el Módulo SCADA (2.1), que gestiona y
controla interactivamente dicha información.
\vskip1.000000\baselineskip
El Módulo de clasificación de datos (2.2),
determina a que equipo le corresponde la información recibida.
El Módulo de consumo (2.3), determina el consumo
de cada aparato.
El Módulo comprobación rendimiento de los
aparatos (2.4), compara el rendimiento de los aparatos con las
informaciones de los fabricantes sobre los mismos.
El Módulo de cálculo producción (2.5)
contabiliza la energía eléctrica producida facturándola en
Euros.
El Módulo de comparación de de costos (2.6) con
distintas modalidades tarifarias (utiliza la información producida
en el módulo anterior para cada modalidad).
\newpage
El Módulo de sugerencias de modificación (2.7),
se basa en los resultados de los módulos (2.4) y (2.6), proponiendo
cambios, sustitución de elementos de producción, de proveedor o de
equipo por considerar que funciona incorrectamente, etc.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza
de esta invención, así como una aplicación práctica de la misma,
sólo queda por añadir que tanto su forma como los materiales y
procedimiento de fabricación, son susceptibles de modificaciones,
siempre que no afecten de forma sustancial a las características que
se reivindican a continuación.
Claims (1)
1. Dispositivo de control y gestión de
instalaciones solares, cuyas características técnicas que definen
los elementos reivindicados y que combinadas entre ellas forman
parte del estado de la técnica son las siguientes:
- CPU (Unidad central de proceso) (2): Es el
aparato principal de un ordenador. Consta de una unidad lógica que
efectúa operaciones matemáticas y de una unidad de control que
activa o desactiva los diversos componentes del microprocesador en
función de las instrucciones del programa.
- Indicador Luminoso: Lámpara de señalización de
eventos preestablecidos.
- Pulsadores de mando: Elementos que permiten
operar una máquina, aparato y/ o circuito.
- Avisador acústico: Alarma sonora de algún
incidente.
- Pantalla gráfica o alfanumérica: Pantalla en
la que se pueden observar en tiempo real todos los datos enviados
por los sensores.
- PLC (computador lógico programable). Ordenador
de procesos que en base a un programa y a las señales que recibe,
envía órdenes a los diferentes aparatos: contactores, actuadores de
dispositivos etc.
- Medidores y sensores de campo: Son aparatos
que mediante sus correspondientes transductores, captan determinadas
magnitudes físicas de la instalación y las envían al dispositivo
(1). Estos aparatos son los siguientes:
- -
- Medidor de radiación solar.
- -
- Sensor de posición del campo solar.
- -
- Sensor de temperatura del campo solar.
- -
- Sensor de corriente del motor seguidor.
- -
- Sensor de tensión del motor seguidor.
- -
- Sensor de corriente continúa generada por el campo solar.
- -
- Sensor de tensión continúa generada por el campo solar.
- -
- Sensor de corriente alterna del inversor.
- -
- Sensor de tensión alterna del inversor.
- -
- Sensor de polvo acumulado.
caracterizado porque,
A) El dispositivo (1) está compuesto por una
serie de ocho módulos interconectados a la CPU (2) para el
procesamiento y gestión de los datos que recibe y envía, según un
programa informático específico, con la finalidad de supervisar y
gestionar la corriente continua que se produce en la instalación
solar fotovoltaica, en función de los datos geográficos y
medioambientales de la zona, como latitud, radiación, temperatura
ambiente, inclinación de los paneles, posición del seguidor solar y
su fidelidad a los movimientos programados.
B) Los componentes del dispositivo (1) están
conectados de la manera siguiente:
El dispositivo (1) está instalado en una sala de
control colindante con la instalación de los paneles solares.
La placa base equipada con CPU (2), tarjeta
gráfica y puertos (2) está colocada en un rack (bastidor),
conjuntamente con el resto de los módulos numerados desde el (2.1)
al (2.8).
El computador lógico programable PLC (7) está
conectado a la CPU (2).
Todos los medidores y sensores de campo están
conectados al módulo de control y adquisición de datos SCADA (2.1),
a su vez conectado a las entradas del PLC (7).
El indicador luminoso (3), los pulsadores de
mando (4) y la alarma acústica (5), y los contactores de los motores
de orientación de los paneles solares, están conectados en las
salidas del PLC (7).
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2339083A1 (es) | 2010-05-14 |
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