ES2567479T3 - Unidad de energía renovable de conexión simplificada - Google Patents

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ES2567479T3 ES13709201.1T ES13709201T ES2567479T3 ES 2567479 T3 ES2567479 T3 ES 2567479T3 ES 13709201 T ES13709201 T ES 13709201T ES 2567479 T3 ES2567479 T3 ES 2567479T3
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Abstract

Dispositivo electrónico (10) que comprende un módulo energético (19) conectado a un sistema ondulador (100), dicho módulo energético comprendiendo una pluralidad de medios (18) para producir electricidad a partir de energía renovable conectada en serie, dichos medios (18) para producir electricidad a partir de energía renovable estando reagrupados en grupos (22), caracterizado porque el sistema ondulador comprende una pluralidad de circuitos reguladores (40), cada circuito regulador estando conectado a un grupo de medios (18) para producir electricidad a partir de energía renovable de manera que cada grupo (22) de medios para producir electricidad a partir de energía renovable puede ser gobernado separadamente.

Description

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DESCRIPCION
Unidad de energfa renovable de conexion simplificada
La presente invencion concierne a un dispositivo electronico que comprende un modulo energetico conectado a un sistema ondulador, dicho modulo energetico comprendiendo una pluralidad de medios para producir electricidad a partir de ene^a renovable conectada en serie, dichos medios para producir electricidad a partir de energfa renovable estando reagrupados en grupos.
ANTECEDENTES TECNOLOGICOS
Son conocidas las instalaciones solares que equipan viviendas o edificios publicos o industriales. Estas instalaciones solares estan compuestas en general por una pluralidad de unidades solares 1 visibles en la figura 1, cada unidad comprendiendo un panel solar 2 conectado a un sistema un ondulador 11. Todos los sistemas onduladores estando conectados a un sistema repartidor que esta encargado de enviar la electricidad producida en la red electrica publica o hacia la red electrica de las viviendas o de un edificio publico o industrial. Este repartidor permite vender la electricidad producida por los paneles solares o utilizarla a fin de ser menos dependiente de la electricidad de la red publica.
Cada panel solar comprende una pluralidad de celulas fotovoltaicas 3 que comprende cada una un borne positivo y un borne negativo. Estas celulas fotovoltaicas estan conectadas en serie, cada panel solar comprendiendo por lo tanto una primera celula y una ultima celula. Estas celulas fotovoltaicas estan reagrupadas bajo la forma de grupos 4 compuestos de un mismo numero de celulas fotovoltaicas. Por ejemplo un panel solar que comprende doce celulas fotovoltaicas esta compuesto por tres grupos de cuatro celulas fotovoltaicas. En general, las celulas fotovoltaicas estan repartidas en lmeas y columnas y cada lmea de celulas fotovoltaicas forma un grupo.
Cada panel solar comprende tambien una pluralidad de diodos de proteccion 5 conectados en serie, cada diodo de proteccion estando conectado en paralelo a uno de los grupos 4. Se comprendera entonces que el borne negativo de la primera celula fotovoltaica del grupo esta conectado al anodo del diodo y el borne positivo de la ultima celula fotovoltaica del grupo esta conectado al catodo del diodo. Esta disposicion permite proteger las celulas fotovoltaicas impidiendo que la corriente de un grupo de celulas fotovoltaicas se dirija hacia las celulas fotovoltaicas de otro grupo.
El borne positivo de la primera celula fotovoltaica y el borne negativo de la ultima celula fotovoltaica estan conectados al sistema ondulador 11. Este ultimo comprende un bloque regulador 6 que comprende una pluralidad de circuitos reguladores 7 que estan montados en paralelo y gobernados en modulacion de modo que un solo circuito regulador 7 este activo en un instante determinado. Las senales proporcionadas por los circuitos reguladores son enviadas hacia un convertidor continuo/alternativo 8 encargado de transformar una tension continua en tension alterna para la salida Sout.
Un inconveniente de esta instalacion proviene de la utilizacion de diodos de proteccion denominados tambien diodos Bypass. En efecto, estos diodos son componentes que consumen potencia y hacen bajar el rendimiento de la instalacion solar. Ahora bien, el rendimiento es actualmente una caractenstica muy importante si se pretende que esta fuente de energfa pueda, en un cierto plazo, sustituir a las energfas fosiles actuales.
Estos diodos tienen igualmente el inconveniente de ser fragiles y caros lo que impone prestar atencion. Se comprendera entonces que estos diodos deben ser soldados a mano puesto que la utilizacion de un procedimiento automatico comporta un riesgo de rotura importante y por lo tanto un coste igualmente importante.
RESUMEN DE LA INVENCION
La presente invencion tiene por objetivo liberarse de los inconvenientes proporcionando un dispositivo electronico de modulo energetico mas simple de realizar, mas barato y que garantice una proteccion del modulo energetico disponiendo de un rendimiento mejorado.
A este efecto, la invencion concierne a un dispositivo electronico que comprende un modulo energetico conectado a un sistema ondulador, dicho modulo energetico comprendiendo una pluralidad de medios para producir electricidad a partir de energfa renovable conectada en serie, dichos medios para producir electricidad a partir de energfa renovable estando reagrupados en grupos, caracterizado porque el sistema ondulador comprende una pluralidad de circuitos reguladores, cada circuito regulador estando conectado a un grupo de medios para producir electricidad a partir de energfa renovable de manera que cada grupo de medios para producir electricidad a partir de energfa renovable puede ser gobernado separadamente.
En un primer modo de realizacion ventajoso, el sistema ondulador comprende ademas un micro control para gobernar los circuitos reguladores en modulacion de la amplitud del impulso.
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En un segundo modo de realizacion ventajoso, los circuitos reguladores permiten seguir el punto de potencia maxima de los medios para producir electricidad a partir de ene^a renovable.
En un tercer modo de realizacion ventajoso, cada grupo comprende una serie de medios identicos para producir electricidad a partir de energfa renovable.
En otro modo de realizacion ventajoso, los medios para producir electricidad a partir de energfa renovable son celulas fotovoltaicas.
En otro modo de realizacion ventajoso, los medios para producir electricidad a partir de energfa renovable son aeromotores.
En otro modo de realizacion ventajoso, los medios para producir electricidad a partir de energfa renovable son turbinas hidroelectricas.
La ventaja de este dispositivo es tener cada grupo de celulas fotovoltaicas gobernando de modo independiente. Esto permite asf regular cada grupo individualmente.
Ademas, esta configuracion permite simplificar las conexiones de los paneles solares puesto que estos dejan de comprender diodos integrados. En efecto, como cada circuito regulador esta directamente conectado a los bornes de un grupo de celulas fotovoltaicas, la corriente no puede pasar de un grupo al otro. Los diodos de proteccion que bloquean la corriente y le impiden pasar de un grupo a otro dejan de ser necesarios. Los costes de fabricacion por lo tanto disminuyen y el proceso de fabricacion se simplifica puesto que los paneles solares dejan de comprender componentes mas alla de las celulas fotovoltaicas.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Los objetivos, ventajas y caractensticas de la presente invencion se pondran mas claramente de manifiesto a partir de la descripcion detallada que sigue de un ejemplo de realizacion del dispositivo electronico segun la invencion, este ejemplo siendo proporcionado a tftulo puramente ilustrativo y no limitativo unicamente en relacion con el dibujo adjunto en el cual:
- la figura 1 representa una unidad energetica segun la tecnica anterior;
- la figura 2 representa una unidad energetica segun la invencion;
- la figura 3 representa un circuito regulador segun la invencion; y
- las figuras 4 a 6 representan cada una un diagrama de control de los reguladores de la unidad energetica
segun la invencion;
- las figuras 7A, 7B y 7C representan diferentes fases de funcionamiento de la unidad energetica segun la invencion.
DESCRIPCION DETALLADA
Con referencia a la figura 2 se puede ver un dispositivo electronico tal como una unidad energetica 10 segun la presente invencion. Esta unidad energetica 10 comprende un modulo energetico 19 conectado a un sistema ondulador 100. Este modulo energetico 19 esta constituido por una pluralidad de medios 18 para producir electricidad como por ejemplo medios para producir electricidad a partir de energfa renovable. Por ejemplo el modulo energetico 19 es un modulo solar 20 o panel solar. El panel solar 20 comprende una pluralidad de celulas fotovoltaicas 21. Cada celula fotovoltaica 21 comprende un borne positivo y un borne negativo. Las celulas fotovoltaicas 21 estan conectadas en serie. Por supuesto, se comprendera que el modulo solar 20 de la unidad energetica 10 puede ser sustituido por un modulo eolico que comprenda aeromotores o mini aeromotores conectados en serie o por un modulo electrohidraulico que comprenda turbinas o mini turbinas electrohidraulicas conectadas en serie. Igualmente, el modulo solar 20 de la unidad energetica 10 puede ser sustituido por un modulo electroqmmico que comprenda celulas electroqmmicas conectadas en serie.
Estas celulas fotovoltaicas 21 estan reagrupadas en grupos 22 de modo que cada grupo 22 esta formado mediante por lo menos una celula fotovoltaica 21 o, de preferencia, por varias celulas fotovoltaicas 21 contiguas. Cada grupo 22 de celulas fotovoltaicas comprende entonces un borne positivo y un borne negativo. Se comprendera que el borne positivo de la primera celula fotovoltaica 21 del grupo es el borne positivo del grupo y que el borne negativo de la ultima celula fotovoltaica 21 del grupo es el borne negativo del grupo. De preferencia, los grupos 22 de celulas fotovoltaicas pueden comprender un numero identico o diferente de celulas fotovoltaicas 21.
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El sistema ondulador 100 comprende una pluralidad de circuitos reguladores 40 conectados en paralelo. Cada circuito regulador 40, visible en la figura 3 comprende un transformador T1 en serie con medios de conmutacion C1. Cada circuito regulador 40 comprende ademas un medio de medicion de corriente I1 montado en serie con los medios de conmutacion C1. El transformador T1, los medios de conmutacion C1 y el medio de medicion de corriente I1 estan montados en paralelo con las celulas fotovoltaicas 21. Cada circuito regulador 40 comprende igualmente un rectificador R1 conectado a la salida del transformador T1 para proporcionar una tension intermedia. Se comprendera por lo tanto que cada circuito regulador 40 comprende su propio rectificador R1.
De preferencia, cada circuito regulador 40 es un regulador de seguimiento del punto de maxima potencia (MPPT - Maximum Power Point Tracking) es decir un circuito regulador 40 que permite seguir el punto de potencia maxima de un generador electrico no lineal. En efecto, un generador fotovoltaico es un generador cuya caractenstica de corriente en funcion de la tension es fuertemente no lineal. En consecuencia, para una misma iluminacion, la potencia distribuida sera diferente segun la carga. Un circuito regulador 40 MPPT permite por lo tanto pilotar el convertidor estatico que une la carga (una batena por ejemplo) y el el panel fotovoltaico, es decir el modulo solar 20, de manera que se proporcione en permanencia el maximo de potencia en la carga.
La unidad energetica 10 comprende ademas un micro control 80 que gobierna los circuitos reguladores 40 a traves de un control alternado temporalmente. En otros terminos, los circuitos reguladores 40 estan gobernados por regulacion de la amplitud del impulso y son conmutados sucesivamente en una ventana temporal determinada. Para esto, el micro control 80 envfa una senal hacia los medios de conmutacion C1 de cada circuito regulador 40.
Ventajosamente segun la invencion, cada grupo 22 de celulas fotovoltaicas 21 esta directamente conectado, por sus bordes positivos y negativos, a un circuito regulador 40 de modo que los grupos de celulas fotovoltaicas 21 esten montadas en paralelo unas con relacion a las otras. Esta disposicion permite hacer independientes los diferentes grupos 22. Ademas, esta independencia de los grupos 2 entre ellos permite que cada grupo 22 de celulas fotovoltaicas 21 este protegido. En efecto, tener grupos de celulas fotovoltaicas 22 independientes unas de las otras, es decir que cada grupo este conectado a un circuito regulador, permite evitar que la corriente de un grupo se propague en el interior de otro grupo. Efectivamente, en caso de problemas en una celula fotovoltaica 21, aparece una anomalfa de corriente y los circuitos reguladores 40 tienden a intentar de minimizar esta anomalfa. Esta anomalfa tiende entonces a propagarse a las otras celulas 21. Por el contrario, con grupos 22 de celulas fotovoltaicas 21 independientes unas de las otras, una anomalfa de corriente se propagara a las otras celulas 21 de los grupos 22 de celulas fotovoltaicas pero nunca dentro de los otros grupos de celulas fotovoltaicas.
Cada grupo 22 de celulas fotovoltaicas 21 esta entonces controlado individualmente y la optimizacion se realiza igualmente individualmente para cada grupo 22. En efecto, como cada grupo 22 comprende su propio circuito regulador 40, cada regulador se trata de forma independiente. De esto, si una de las celulas fotovoltaicas 21 de un grupo pierde rendimiento, el circuito regulador 40 del grupo lo corrige.
Ademas, este control individual de los grupos 22 de celulas fotovoltaicas 21 permite impactar menos en los modulos energeticos 19. Efectivamente, en este tipo de instalacion, el control por los circuitos reguladores 40 se hace de manera que todas las celulas fotovoltaicas 21 esten alimentadas por una misma corriente. En la figura 7A, se observa sin sombra una la pluralidad de modulos solares 20 que comprenden una pluralidad de celulas fotovoltaicas 21. Se ve que cada modulo 20 distribuye una potencia P.
Por consiguiente, si las celulas fotovoltaicas 21 no estan en grupos, la disminucion de corriente de una celula fotovoltaicas 21 debido a una sombra causa entonces la disminucion de corriente en todas las celulas fotovoltaicas 21 como es visible en la figura 7B.
Con la configuracion de la invencion en la cual las celulas fotovoltaicas 21 estan reagrupadas en grupos 22 de celulas fotovoltaicas cada uno controlado un circuito regulador, la presencia de una sombra al nivel de una celula fotovoltaica 21 de un grupo 22 de celulas fotovoltaicas no afecta mas que a dicho grupo 22 y no a los otros. Por esto, los otros grupos 22 de celulas fotovoltaicas continuan funcionando al maximo de sus posibilidades como es visible en la figura 7C.
Para el gobierno de estos circuitos reguladores 40, se utiliza un gobierno en modulacion de la amplitud del impulso como es visible en las figuras 4 a 6. Este gobierno consiste en actuar sobre los medios de conmutacion C1 de cada circuito regulador 40 MPPT1, MPPT2 y MPPT3 de modo que estos circuitos reguladores 40 sean mas o menos superados. La orden es enviada a los circuitos reguladores 40 de modo que un solo circuito regulador 40 sea superado en un instante determinado.
Para eso, se puede contemplar que el gobierno de los circuitos reguladores 40 este desfasado. En efecto, desfasando las senales de control de los circuitos reguladores 40, se puede adaptar el funcionamiento de la unidad energetica 40 en funcion de la potencia solicitada a la salida de la unidad energetica 10. Asf, en caso de una potencia debil, el gobierno por decalado de la senal esta configurado de forma que en cada periodo de tiempo, se activa un circuito regulador. Esto significa que cada circuito regulador 40 esta activo una vez cada tres periodos como es visible en la figura 4.
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Para potencias solicitadas mas elevadas, puede estar previsto, como es visible en las figuras 5 y 6, que los circuitos reguladores 40 esten activos en el mismo periodo pero desfasados. Esta configuracion permite conmutar los circuitos variadores 40 de forma que se haga pasar mas corriente y por lo tanto una potencia superior. Esto significa por lo tanto que en el momento de cada periodo, la totalidad de los circuitos reguladores esten activos de modo que un solo circuito regulador 40 este activo en un instante determinado como es visible en la figura 5.
En el caso presente representado en la figura 2 con 3 grupos de celulas fotovoltaicas con una fuerte potencia solicitada, el decalado es de un tercio del periodo ya sea T/3 de modo que en el instante t = 0, el primer circuito regulador 40 MPPT1 se activa, con una amplitud del impulso que va de 0 a T/3. A t = T/3, el segundo circuito regulador 40 MPPT2 se activa, con una amplitud del impulso que va de T/3 a 4T/3. A t = 2T/3, el tercer circuito regulador 40 MPPT3 se activa, con una amplitud del impulso que va de 2T/3 a 5T/3 como es visible en la figura 6. Las activaciones se solapan.
Este modo de gobernar los circuitos reguladores 40 MPPT1, MPPT2, y MPPT3 permite virtualmente aumentar la frecuencia de funcionamiento. En efecto, en lugar de ver una activacion de los circuitos reguladores 40 MPPT1, MPPT2, y MPPT3 por penodo, se observan tres activaciones por periodo como es visible en la figura 5. Mas particularmente, son los componentes como los condensadores de desacoplado los que observan un aumento de la frecuencia de activacion de los circuitos reguladores 40.
Ahora bien, los condensadores tienen una impedancia que depende de la frecuencia. Por consiguiente, si la frecuencia aumenta, es posible reducir el valor del condensador manteniendo la misma impedancia. Ademas, como el tamano y los costes de un condensador estan ligados a su valor en farad, una disminucion de este comporta una disminucion del tamano y del precio de los condensadores de desacoplado sin disminuir su eficacia.
Las senales proporcionadas por los circuitos reguladores son enviadas hacia un paso de convertidor DC/AC 50 es decir un paso que convierte la tension continua proporcionada por los circuitos reguladores 40 MPPT1 en una corriente alterna compatible con la red. La tension proporcionada a la salida Sout de este paso del convertidor DC/AC 50 es, por ejemplo, una tension alterna de 110 a 230 VAC y una frecuencia de 50 a 60 Hz.
Se comprendera que diversas modificaciones y/o mejoras y/o combinaciones, evidentes para una persona experta en la materia, pueden ser aportadas a los diferentes modos de realizacion de la invencion expuestos en este documento sin por ello salirse del marco de la invencion definida por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo electronico (10) que comprende un modulo energetico (19) conectado a un sistema ondulador (100), dicho modulo energetico comprendiendo una pluralidad de medios (18) para producir electricidad a partir de ene^a renovable conectada en serie, dichos medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable estando reagrupados en grupos (22), caracterizado porque el sistema ondulador comprende una pluralidad de circuitos reguladores (40), cada circuito regulador estando conectado a un grupo de medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable de manera que cada grupo (22) de medios para producir electricidad a partir de energfa renovable puede ser gobernado separadamente.
  2. 2. Dispositivo electronico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el sistema ondulador (100) comprende ademas un micro control (80) para gobernar en modulacion de la amplitud del impulso los circuitos reguladores (40).
  3. 3. Dispositivo electronico segun las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por que los circuitos reguladores (40) permiten seguir el punto de potencia maxima de los medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable.
  4. 4. Dispositivo electronico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que cada grupo (22) comprende una serie de medios (18) identicos para producir electricidad a partir de energfa renovable.
  5. 5. Dispositivo electronico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable son celulas fotovoltaicas (21).
  6. 6. Dispositivo electronico segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable son aeromotores.
  7. 7. Dispositivo electronico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por que los medios (18) para producir electricidad a partir de energfa renovable son turbinas hidroelectricas.
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