ES2627406T3 - Sistema solar para generar energía eléctrica - Google Patents

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ES2627406T3 ES11734453.1T ES11734453T ES2627406T3 ES 2627406 T3 ES2627406 T3 ES 2627406T3 ES 11734453 T ES11734453 T ES 11734453T ES 2627406 T3 ES2627406 T3 ES 2627406T3
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Abstract

Un sistema (600, 700) de generación de energía solar para proporcionar un requisito de nivel de potencia operativo predeterminado y de nivel de tensión operativo predeterminado, comprendiendo el sistema al menos un módulo (200, 300) de agrupación de celdas solares, en el que cada uno de dicho al menos un módulo (200, 300) de agrupación de celdas solares comprende: a. una multiplicidad de celdas solares (210, 310), en la que un número previamente configurado de dichas celdas solares (210, 310) está conectado eléctricamente en serie para formar una unidad en serie (222, 322b, 322a) o cada unidad en serie individual (222) del módulo (200) de agrupación de celdas solares incluye sólo una celda solar (210), y en la que un número previamente configurado de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) está conectado eléctricamente en serie para formar una cadena de unidades en serie (220, 320), dicha cadena de unidades en serie (220, 320) es facilitada para producir un primer nivel de tensión de salida; en la que un número previamente configurado de dichas cadenas de unidades en serie (220, 320) está conectado eléctricamente en paralelo (232) para formar una agrupación (230, 330) de dichas celdas solares (210, 310), dicha agrupación (230, 330) de dichas celdas solares (210, 310) es facilitada para producir un primer nivel de potencia de salida: en la que en cada una de dichas cadenas de unidades en serie (220, 320), cada una de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) también está conectada en paralelo (232) a las unidades en serie vecinas de todas las otras cadenas de unidades en serie (222, 322b, 322a) para formar una agrupación de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a); y en la que dicha agrupación de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) permite corrientes para puentear las unidades en serie (222, 322b, 322a) que funcionan mal, mejorando de este modo el rendimiento del sistema; caracterizado por que cada uno de dicho al menos un módulo (200, 300) de agrupación de celdas solares comprende b. un convertidor de potencia de una sola etapa (250, 350, 800) de corriente continua a corriente continua conectado eléctricamente a dicha agrupación de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a), dicho convertidor de potencia (250, 350, 800) está configurado para aumentar dicho primer nivel de tensión de salida a un segundo nivel de tensión de salida superior a dicho primer nivel de tensión de salida, en el que dicho convertidor de potencia (250, 350, 800) comprende una pluralidad de transistores (876, 872) para conectar alternativamente los lados opuestos en un primario de un transformador (862) a dicha agrupación de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a), y en el que el ciclo de trabajo de dichos transistores (876, 872) constante, y hay un tiempo muerto para impedir que dichos transistores (876, 872) conduzcan simultáneamente entre el tiempo de conmutación de ENCENDIDO a APAGADO o de APAGADO a ENCENDIDO de dichos transistores (876, 872).

Description

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DESCRIPCION
Sistema solar para generar energfa electrica CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un aparato de generacion de ene^a electrica solar y mas particularmente, a un aparato de generacion de energfa electrica solar facilitado para maximizar la generacion de energfa de una agrupacion de celdas solares, que tiene una configuracion de red entrecruzada, en la que las celdas solares estan a menudo sujetas al menos a un sombreado parcial.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Las celdas fotovoltaicas han sido ampliamente utilizadas en una variedad de aplicaciones para generar electricidad conveniente. Tfpicamente, una sola celda solar produce una tension de salida de aproximadamente 0,5 V, y una pluralidad de celdas, tfpicamente a base de Silicio, estan conectadas convencionalmente en serie para proporcionar niveles de tension superiores. Con referencia a la fig. 1a, multiples celdas solares 22 estan conectadas convencionalmente en serie para formar una “unidad en serie” 26 de celdas solares 22, en la que multiples unidades en serie 26 pueden estar interconectadas en serie para formar una cadena de unidades en serie 28, con el fin de obtener la tension de salida deseada en un modulo 20 de agrupacion de celdas solares. Cada unidad en serie 26 puede incluir una o mas celdas y esta protegida por un diodo de derivacion 25 que es anadido para puentear problemas locales tales como suciedad, sombras de cielos nublados, otro sombreado parcial o celdas que funcionan mal por otras razones.
Las celdas solares 22, que estan conectadas en serie, sufren de los siguientes contratiempos:
a) Las celdas solares 22 pueden ser sometidos al menos a una oclusion de luz parcial debido a un sombreado y/o a la suciedad acumulada sobre uno o mas modulos. Se reduce considerablemente la energfa electrica generada en las celdas parcialmente sombreadas. Una corriente electrica producida por la celda se reduce proporcionalmente a la disminucion de intensidad luminosa. Los diodos de derivacion 25 permiten el flujo de corriente electrica pero no compensan la potencia perdida de la unidad en serie 26 puenteada. Tfpicamente, la cafda de tension en un diodo 25 es de aproximadamente 0,25V.
b) Tfpicamente, el modulo 20 de agrupacion de celdas solares es sensible a la tension de interrupcion inversa que se puede desarrollar en otro modulo 20 de agrupacion de celdas solares. El diodo 27 impide la interrupcion del modulo de agrupacion de celdas solares. El diodo 27 tambien impide un cortocircuito de salida del modulo de agrupacion de celdas solares.
c) La desigualdad entre las celdas solares 22 tambien produce una perdida de potencia.
En una disposicion ejemplar, para un sistema generador de modulos de agrupacion de celdas solares de Silicio de 30 voltios nominales, se conectan aproximadamente 60 celdas en serie para producir una salida de 30 voltios. Usualmente, los diodos de derivacion se colocan a traves de grupos de celdas, por ejemplo, 5-20 celdas por diodo en lugar de un diodo de derivacion por celda para reducir el coste. Las celdas conectadas en serie con diodos de derivacion han demostrado ser eficaces en muchas aplicaciones fotovoltaicas.
Tambien se hace referencia a la fig. 1b, que es un diagrama de bloques esquematico que muestra la cafda de tension en los diodos en serie de proteccion de salida de un modulo solar convencional 20.
Ademas:
Vout = Vp - Vds [V] (2)
donde Vout es la tension total producida por el modulo que incluye la cafda de tension en el diodo en serie 27. Esta cafda de tension puede ser la razon de perdidas de potencia adicionales del modulo.
De manera practica, se utilizan dos diodos conectados electricamente en serie con el fin de evitar la tension de interrupcion del diodo. Si una celda en una unidad en serie 26 funciona mal por cualquier razon, la potencia producida por toda la unidad en serie 26 se pierde. La potencia producida por el modulo se calcula como sigue:
Pout = Pp (1 —n m
2 * Vds + n * Vdp^TTr-\ Vp *(m - xn) *'1
m
(1)
donde
Pout es la potencia total producida por el modulo, incluyendo la perdida de potencia en diodos en serie 27.
Pp es la potencia maxima que el modulo 20 de agrupacion de celdas solares produce cuando todas las celdas
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x es el numero de celdas 22 en una unidad en serie 26.
n es el numero de unidades en serie 26 que funcionan mal,
Vds es la cafda de tension sobre un diodo 27 conectado electricamente en serie con el modulo 20 de
agrupacion de celdas solares,
Vdp es la cafda de tension sobre un diodo de derivacion 25 conectado electricamente en paralelo con una unidad en serie 26, y
Vp es la tension que el modulo 20 de agrupacion de celdas solares produce cuando todas las celdas 22, 12 funcionan.
Debe tenerse en cuenta que la ecuacion (1) es una aproximacion y es adecuada para x*n < 45.
Se hace referencia ahora a la fig. 2 - un diagrama de bloques, que muestra un modulo 30 de agrupacion de celdas solares de la tecnica anterior. El modulo 30 de agrupacion de celdas solares incluye celdas solares 22 conectadas electricamente en serie para formar unidades en serie 26. En el ejemplo mostrado en la fig. 2, cada unidad en serie 26 incluye 4 celdas solares 22. Las unidades en serie 26 estan interconectadas en paralelo (32), para obtener una capacidad de produccion de corriente deseada para el modulo 30 de agrupacion de celdas solares. El numero de celdas solares 22 que forman una unidad en serie 26 determina el nivel de tension proporcionado por el modulo 30 de agrupacion de celdas solares. El numero de unidades en serie 26, conectadas electricamente en paralelo, determina el nivel de corriente proporcionado por el modulo 30 de agrupacion de celdas solares, para obtener de este modo la potencia electrica predeterminada.
Por ejemplo, un modulo solar 30 incluye 60 celdas solares 22, en el que cada unidad en serie 26 incluye 4 celdas solares 22 y en el que 15 unidades en serie 26 estan interconectadas electricamente en paralelo. Para celdas solares 22 que producen 0,5 voltios cada una, cada unidad en serie 26 produce 2 voltios.
Un convertidor de potencia 34 esta conectado en la salida de la agrupacion de celdas solares 22 del modulo 30, cuyo convertidor de potencia 34 convierte el nivel de tension de entrada (2 voltios, en el ejemplo antes mencionado) a un nivel de tension de salida significativamente mas elevado, por ejemplo 30 voltios, en el ejemplo antes mencionado. De ahf, cuando un celda solar 22 que es un miembro de una unidad en serie 26 es defectuoso, el modulo pierde la potencia de toda la unidad en serie 26.
Por lo tanto, existe una necesidad y sena ventajoso poder impedir perdidas de potencia de toda la unidad en serie 26 como un resultado de que una celda solar funcione mal.
Tambien se hace referencia a la fig. 3 - un diagrama de bloques, que muestra un modulo 40 de agrupacion de celdas solares de la tecnica anterior. El modulo 40 de agrupacion de celdas solares es similar al modulo 30 de agrupacion de celdas solares, excepto en que cada unidad en serie 26 incluye un solo celda solar 22. El modulo solar 40 es optimo en el sentido que cuando un celda solar 22 funciona mal, la unica perdida de potencia es la potencia de la unidad en serie 26 que contiene la celda solar 22 que funciona mal.
En un modulo solar optimo las perdidas de potencia son muy pequenas.
Tfpicamente, el nivel de tension de un celda solar 22 convencional es relativamente bajo (aproximadamente 0,5 V). Con este nivel de tension de entrada, la corriente de entrada del convertidor de potencia 44 para el modulo solar, por ejemplo de 250 vatios, sera muy alta (mas de 500 amperios), y la eficiencia del convertidor de potencia 44 no es lo bastante alta como para proporcionar tal nivel de corriente. Por lo tanto, existe una necesidad y sena ventajoso poder proporcionar una tension de entrada superior al convertidor de potencia 44.
Diferentes configuraciones de sistemas de generacion de energfa y conjuntos de celdas solares son conocidos a partir de los documentos de la tecnica anterior JP S 53 82192 A, US 2005 / 121 067 A1 y WO 2007 / 124 059 A2. Ademas, se conocen los convertidores y transformadores de potencia a partir de Hwu K. I. “Digital control of isolated two-stage DC- DC converter with synchronization considered” (IEEE International Symposium of Industrial Electronics (ISIE 2009), paginas 1598-1603, XP031519099, ISBN: 978-1-4244-4347-5, US 2002 / 159 214 A1 y Bangyin Liu y col. “A DC-Module- Based Power Configuration for Residential Photovoltaic Power Application” Power Electronics and Drive Systems, 2007, paginas 631-636, XP031242577, ISBN: 978-1-424-0644-9.
Debe tenerse en cuenta que a lo largo de la presente descripcion, la invencion es descrita utilizando el texto y los dibujos relacionados. Las ecuaciones se han incluido solo como una posible ayuda para los expertos en la tecnica, y no debenan ser consideradas como limitativas de la invencion de ninguna manera. Los expertos en la tecnica pueden utilizar otras ecuaciones diferentes.
Existe una necesidad y sena ventajoso tener un aparato, sistema y metodo para generacion de energfa electrica solar,
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en donde el aparato facilita la maximizacion de la potencia generada por un modulo de agrupacion de celdas solares en cuyo modulo funcionan mal una o mas celdas solares de Silicio.
RESUMEN DE LA INVENCION
A modo de introduccion, las intenciones principales de la presente invencion incluyen proporcionar un sistema de agrupacion de celdas solares que incluye uno o mas modulos de agrupacion de celdas solares. Cada modulo de agrupacion de celdas solares incluye multiples celdas solares. Grupos de celdas solares estan conectados electricamente en serie para formar una unidad en serie de celdas. Multiples unidades en serie de celdas estan conectadas electricamente en paralelo para formar una agrupacion de celdas, en la que todas las celdas solares estan interconectadas electricamente para formar una red entrecruzada de celdas solares. Es decir, multiples unidades en serie pueden estar ademas conectadas electricamente en serie para formar una cadena de unidades en serie, en las que las cadenas de unidades en serie tambien estan interconectadas electricamente en paralelo, para formar una agrupacion de matriz entrecruzada de celdas solares.
La presente invencion incluye proporcionar un modulo de agrupacion de celdas solares, en el que todas las celdas solares estan interconectadas electricamente en una configuracion entrecruzada, para formar una red de celdas solares. Cada modulo de agrupacion de celdas solares incluye un convertidor de potencia, cuyo convertidor de potencia esta conectado electricamente en la salida de la agrupacion de celdas solares, y cuyo convertidor de potencia es requerido para convertir el nivel de tension de entrada a un nivel de tension de salida superior en la salida de la celda.
El convertidor de potencia se facilita para manejar valores grandes de corriente de entrada. Tales corrientes se requieren para suministrar una potencia significativa a baja tension. Por ejemplo, en un convertidor de potencia de 250 vatios con una tension de entrada de 2 voltios y una eficiencia del 95%, la corriente de entrada requerida es de 132 amperios.
Si se impide que una parte de la luz ilumine una celda solar particular, se reducira la potencia total del modulo de agrupacion de celdas solares por la celda defectuosa. Todas las celdas restantes en la cadena de unidades en serie continuaran proporcionando la potencia producida al modulo de agrupacion de celdas solares. La potencia total del modulo de agrupacion de celdas solares se puede calcular mediante la formula siguiente, cuya formula generaliza la formula (3):
Pout = Pmax (1 -xn / m) n [W] (4)
donde
Pout es la potencia total producida por el modulo de agrupacion de celdas solares cuando una o mas solares funcionan mal.
Pmax es la potencia maxima que produce el modulo de agrupacion de celdas solares cuando todas las solares funcionan,
x es el numero de celdas solares en una unidad en serie,
n es el numero de unidades en serie que funcionan mal,
m es el numero de celdas solares en el modulo de agrupacion de celdas solares,
n es la eficiencia del convertidor de potencia.
De acuerdo con las ensenanzas de la presente invencion, se ha proporcionado un sistema de generacion de energfa solar de acuerdo con la reivindicacion 1.
Preferiblemente, en cada una de las cadenas de unidades en serie, cada celda solar tambien esta conectada electricamente en paralelo a la celda solar respectiva de todas las demas cadenas de unidades en serie, para formar la agrupacion de matriz entrecruzada de celdas solares.
Preferiblemente, cada una de las cadenas de unidades en serie consta del mismo numero de las celdas solares conectadas electricamente en serie.
Preferiblemente, el convertidor de potencia incluye transistores MOSFET rapidos para conectar alternativamente los lados opuestos en un primario de un transformador de una fuente de corriente continua, en donde el ciclo de trabajo de los transistores MOFSET rapidos es operacionalmente constante y es casi el 50%.
Opcionalmente, un numero previamente configurado de modulos de agrupacion de celdas solares esta conectado electricamente en serie para formar una cadena de modulos de agrupacion de celdas solares, en donde la agrupacion de modulos de agrupacion de celdas solares produce un tercer nivel de tension de salida, y en el que el tercer nivel de tension de salida es sustancialmente suficiente para cumplir el requisito de nivel de tension que opera en la aplicacion deseada. Opcionalmente, un numero previamente configurado de las cadenas de modulos de agrupacion solar estan
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conectados electricamente en paralelo, para formar una agrupacion de modulos de agrupacion de celdas solares, en el que la agrupacion de modulos de agrupaciones solares produce un tercer nivel de potencia de salida, y en el que el tercer nivel de potencia de salida es sustancialmente suficiente para cumplir el requisito de nivel de potencia que opera en la aplicacion deseada.
Opcionalmente, el convertidor de potencia incluye un transformador plano, cuyo transformador incluye un nucleo ferromagnetico, en el que dos aberturas de ventana estan formadas en los lados opuestos del nucleo ferromagnetico, una bobina principal, una bobina secundaria, conductores de bobina de entrada y conductores de bobina de salida. El convertidor de potencia opcional incluye ademas, una placa de circuito impreso de entrada, en la que se han formado agujeros de recepcion en el circuito impreso de entrada, facilitando la conexion electrica directa a los conductores de bobina de entrada, y una placa de circuito impreso de salida, en la que se han formado agujeros de recepcion en el circuito impreso de entrada, facilitando la conexion electrica directa a los conductores de la bobina de entrada, y una placa de circuito impreso de salida, en donde se han formado agujeros de recepcion en la placa de circuito impresa de salida, facilitando la conexion electrica directa a los conductores de bobina de salida. La placa de circuito impreso de entrada y la placa de circuito impreso de salida estan dispuestas respectivamente en las aberturas de ventana del nucleo ferromagnetico, para minimizar de este modo la longitud de cableado de los cables de la bobina principal y de la bobina secundaria a la placa de circuito impreso de entrada y a la placa de circuito impreso de salida, respectivamente.
Opcionalmente, el convertidor de potencia incluye una almohadilla conductora mas y una almohadilla conductora menos, en las que cada una de las cadenas de unidades en serie es cableada individualmente a la almohadilla conductora mas y a la almohadilla conductor menos.
Opcionalmente, cada uno de los modulos de agrupacion de celdas solares incluye ademas una agrupacion de celdas solares de baja potencia, secundarias, utilizada para poner en marcha el convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua.
Estas y otras realizaciones resultaran evidentes a partir de la descripcion detallada y de los ejemplos que siguen.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La presente invencion se comprendera completamente a partir de la descripcion detallada proporcionada en este documento a continuacion y de los dibujos adjuntos, que se han proporcionado solamente a modo de ilustracion y de ejemplo, y por lo tanto no limitativos en modo alguno, en los que:
La fig. 1a (tecnica anterior) es un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo solar convencional con multiples celdas conectadas electricamente en serie para formar unidades en serie, en el que cada unidad en serie esta protegida por un diodo de derivacion, en el que las unidades en serie pueden estar interconectadas en serie para formar una cadena de unidades en serie, y en el que cada modulo esta protegido por un diodo en serie;
La fig. 1b (tecnica anterior) es un diagrama de bloques esquematico que muestra las tensiones a traves del modulo incluyendo la cafda de tension en el diodo en serie;
La fig. 2 (tecnica anterior) es un diagrama en bloques esquematico que muestra un sistema de agrupacion de celdas solares que incluye multiples unidades en serie conectadas electricamente en paralelo, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;
La fig. 3 (tecnica anterior) es un diagrama en bloques esquematico que muestra un sistema de agrupacion de celdas solares optimo como en la fig. 3, en donde cada una de las unidades en serie incluye una sola celda solar y asf, las unidades en serie estan conectadas electricamente en paralelo;
La fig. 4 es un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo de agrupacion de celdas solares, en el que las celdas estan interconectadas electricamente en una configuracion de matriz entrecruzada, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion, para permitir que las corrientes eviten celdas solares que funcionan mal;
La fig. 5 es un diagrama de bloques esquematico que muestra otro modulo de agrupacion de celdas solares, en el que las celdas estan conectadas electricamente todavfa en otra configuracion de matriz entrecruzada ejemplar, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;
La fig. 6 es un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo de agrupacion de celdas solares como en la fig. 2, en donde el modulo de agrupacion de celdas solares incluye ademas una agrupacion secundaria de celdas solares utilizada para poner en marcha el convertidor;
La fig. 7 es un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo de agrupacion de celdas solares como en la fig. 3, en donde el modulo de agrupacion de celdas solares incluye ademas una agrupacion secundaria de celdas solares utilizada para poner en marcha el convertidor;
La fig. 8 es un diagrama de bloques esquematico que muestra un sistema de agrupacion de celdas solares que incluye una multiplicidad de modulos de agrupacion de celdas solares, tal como se ha mostrado en la fig. 4, de acuerdo con
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realizaciones de la presente invencion;
La fig. 9 es un diagrama de bloques esquematico que muestra un sistema de agrupacion de celdas solares que incluye una variedad de modulos de agrupacion de celdas solares, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;
La fig. 10 (tecnica anterior) es un diagrama de circuito electrico que muestra un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua que utiliza un diseno de topologfa de Empujar-Tirar;
La fig. 11 es un diagrama de circuito electrico que muestra un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua sin la bobina de salida y en combinacion con modulos de agrupacion de celdas solares, que utilizan celdas solares conectadas electricamente en una agrupacion de matriz entrecruzada;
La fig. 12a es un diagrama de tiempos de conmutacion de un convertidor de potencia de la tecnica anterior;
La fig. 12b es un diagrama de tiempos de conmutacion de un convertidor de potencia, en combinacion con modulos de agrupacion de celdas solares que utilizan celdas solares conectadas electricamente en serie y/o en paralelo;
La fig. 13 es una vista en perspectiva de una estructura de un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;
La fig. 12 es un diagrama de bloques esquematico de un modulo de agrupacion de celdas solares que tiene una agrupacion secundaria de celdas solares utilizada para poner en marcha un modulo de agrupacion de celdas solares, de acuerdo con variaciones de la presente invencion;
La fig. 14 es un diagrama de bloques esquematico de un modulo de agrupacion de celdas solares, en donde las cadenas de unidades en serie estan conectadas electricamente a cada una de las almohadillas de convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua por una sola lmea mutua;
La fig. 15 es un diagrama de bloques esquematico de un modulo de agrupacion de celdas solares, en donde las cadenas de unidades en serie estan conectadas electricamente de manera individual a cada una de las almohadillas del convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
La presente invencion se describira ahora mas completamente a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se han mostrado realizaciones preferidas de la invencion. Esta invencion puede, sin embargo, ser realizada de muchas formas diferentes y no debe ser considerada como limitada a las realizaciones expuestas en este documento; en su lugar, estas realizaciones son proporcionadas, de modo que esta descripcion sea exhaustiva y completa, y transmitira completamente el marco de la presente descripcion a los expertos en la tecnica.
A menos que se defina lo contrario, todos los terminos tecnicos y cientfficos utilizados en este documento tienen el mismo significado que el que entiende comunmente un experto en la tecnica a la que pertenece la presente invencion. Los metodos y ejemplos proporcionados en este documento son solo ilustrativos, y no pretenden ser limitativos.
A modo de introduccion, las principales intenciones de la presente invencion incluyen proporcionar un aparato y sistema de generacion de energfa electrica solar que facilita la maximizacion de la energfa generada por un aparato de modulo de agrupacion de celdas solares que tiene uno o mas celdas solares de silicio que funcionan mal.
Se hace ahora referencia a la fig. 4, que es un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo 200 de agrupacion de celdas solares, en el que todas las celdas solares estan interconectadas electricamente en una configuracion de matriz entrecruzada, de acuerdo con variaciones de la presente invencion, para permitir corrientes para puentear celdas solares que funcionan mal.
En el modulo 200 de agrupacion de celdas solares, todas las celdas solares 210 estan interconectadas electricamente en una configuracion de matriz entrecruzada, para formar una red 205 de celdas solares 210. Por tanto cada unidad en serie 222 individual incluye solo un celda solar 210, por lo que cuando una celda solar 210 funciona mal, la unica perdida de potencia es la de esa celda solar 210 particular. Las lmeas adicionales 232 anadidas a la agrupacion de celdas solares 210 reducen el dano infligido por una celda 210 que funciona mal, a expensas del coste y del area de modulo. Generalmente, el modulo 200 de agrupacion de celdas solares puede incluir cualquier numero de unidades en serie 222, conectadas electricamente en serie, para formar una cadena de unidades en serie 220. En el ejemplo mostrado en la fig. 4, el modulo 200 de agrupacion de celdas solares incluye cuatro unidades en serie 222 conectadas electricamente en serie para formar un cadena de unidades en serie 220. El nivel de tension de cuatro unidades en serie 222 conectadas electricamente en serie es relativamente alto (aproximadamente 2V). Con esta tension de entrada, la corriente de entrada del convertidor de potencia 250 sera cuatro veces menos que la corriente de entrada del convertidor de potencia 44 (fig. 3), y la eficiencia del convertidor de potencia 250 es superior a la eficiencia del convertidor de potencia 44.
Tambien se ha hecho referencia a la fig. 5, que es un diagrama de bloques esquematico que muestra otro modulo 300 de agrupacion de celdas solares, de acuerdo con otras variaciones de la presente invencion. En el modulo 300 de
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agrupacion de celdas solares, la interconectividad electrica de las celdas solares 310 en la agrupacion de celdas solares 310 es un compromiso entre el modulo 30 de agrupacion de celdas solares (vease la fig. 2) y el modulo 200 de agrupacion de celdas solares, para reducir costes. Por tanto, cuando una celda solar 22 que es un miembro de una unidad en serie 26 es defectuosa, el modulo pierde la potencia de toda la unidad en serie 26. Cuando una celda solar 5 310 que es un miembro de una unidad en serie 322b es defectuosa, el modulo pierde la potencia de toda la unidad en
serie 322b. Cuando una celda solar 310 que es un miembro de una unidad en serie 322a que es defectuosa, el modulo pierde la potencia de ese celda solar 310 defectuosa particular. Un modulo 300 de agrupacion de celdas solares puede incluir cualquier numero de unidades en serie 322 conectadas electricamente en serie para formar una cadena de unidades en serie 320.
10 La solucion sugerida (como se ha mostrado en la fig. 4 y en la fig. 5) resuelve el problema de la corriente alta en la entrada del convertidor de potencia (34, 44, 250 o 350) por una parte, y el problema de perdidas de potencia debido a unidades en serie (26, 222 o 322) solares defectuosas, por otra parte. La solucion sugerida proporciona una solucion general y aporta flexibilidad en el diseno del modulo de agrupacion de celdas solares. Se puede seleccionar un diseno de modulo de agrupacion de celas solares apropiado para proporcionar la solucion apropiada para una aplicacion 15 seleccionada.
Cuando por ejemplo, una celda solar (210 o 310) funciona mal (“celda solar defectuosa”), la unidad en serie solar (222 o 322), a la que pertenece la celda solar defectuosa, resulta una “unidad en serie defectuosa”, la cadena de la unidad en serie (220 o 320), a la que pertenece la unidad en serie solar (222 o 322) defectuosa, resulta una “unidad en serie de cadena defectuosa” (220 o 320). Las otras celdas solares (210 o 310) de la cadena defectuosa de unidades en serie (220 20 o 320) continuan produciendo potencia y son capaces de emitir su corriente Iz a traves de la cadena solar que funciona conectada electricamente en paralelo de unidades en serie (220 o 320), todas conectadas electricamente en una red de matriz entrecruzada, como se ha descrito antes. Una parte de la corriente Iz que fluye a traves de la cadena solar que funciona conectada electricamente en paralelo de unidades en serie (22, 220 o 320) es una corriente Iu:
Iu =
I z
(m - «)
(5)
25 donde
m es el numero de celdas solares en el modulo.
x es el numero de celdas solares en una cadena de unidades en serie,
n el numero de cadenas defectuosas de unidades en serie.
En un modulo 300 de agrupacion de celdas solares, por ejemplo, un modulo 300 de agrupacion de celdas solares de 250 30 vatios que tiene 60 celdas solares 310 dispuestas en 15 cadenas de unidades en serie 320, en el que algunas unidades en serie 322 incluyen 2 celdas solares 310, 15 unidades en serie 322 estan conectadas electricamente en paralelo, y otras dos celdas solares 310 en funcionamiento estan conectadas electricamente en serie a cada unidad en serie 322, todas las celdas solares 310 estan interconectadas electricamente en una estructura de matriz entrecruzada, como se ha ilustrado en la fig. 5. Si una sola celda solar 310 es defectuosa, toda la unidad en serie 322 que incluye la celda 35 defectuosa tambien resulta defectuosa. Las dos celdas solares 310 en funcionamiento restantes, conectadas electricamente en serie a la unidad en serie 322 defectuosa, continuan proporcionando la corriente producida a traves de la cadena solar conectada electricamente en paralelo de las unidades en serie 320.
De manera similar, en un modulo 200 de agrupacion de celdas solares por ejemplo, en un modulo 200 de agrupacion de celdas solares de 250 vatios, que tiene 80 celdas solares 210 dispuestas en 20 cadenas de unidades en serie 220, en el 40 que cada unidad en serie incluye 1 celda solar 210 y 20 unidades en serie 222 estan conectadas electricamente en paralelo y en serie, todas las celdas solares 210 estan interconectadas electricamente en una estructura de matriz entrecruzada, como se ha ilustrado en la fig. 4. Si una sola celda solar 210 es defectuosa, es decir la unica unidad en serie 222 es defectuosa, las celdas solares 210 restantes de la cadena defectuosa de unidades en serie 220 continua proporcionando corriente producida a traves de las celdas solares 210 conectadas electricamente en paralelo.
45 Un aspecto opcional de la presente invencion es proporcionar un dispositivo de arranque (240 o 340) para proporcionar le tension alta necesaria para hacer funcionar el controlador (252 o 352) del convertidor de potencia (250 o 350) de un modulo de agrupacion de celdas solares (200 o 300). Se requiere un dispositivo de arranque para generar la tension de alimentacion para el controlador (252 o 352) del convertidor de potencia (250 o 350). El dispositivo de arranque (240 o 340) incluye una multiplicidad de area pequena, celdas solares (245 o 345) de baja potencia conectadas electricamente 50 en serie para formar al menos una cadena de celdas solares (242 o 342). Opcionalmente, varios dispositivos de arranque (240 o 340) son dispersados dentro del modulo (200 o 300), para reducir el efecto de sombreado parcial. Opcionalmente, todos los dispositivos de arranque estan conectados electricamente en paralelo. La agrupacion de dispositivos de arranque (240 o 340) esta conectada electricamente al convertidor de potencia (250 o 350). Debe tenerse en cuenta que el numero de celdas en cada cadena de celdas puede variar de acuerdo con las especificaciones del modulo (200 o 300)
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de agrupacion de celdas solares y/o del convertidor de potencia (250 o 350).
Ejemplo:
Para un modulo solar de la tecnica anterior que tiene 60 celdas solares 22 conectadas electricamente en serie, mientras que para cada 6 celdas solares 22 hay un diodo de derivacion 25 conectado electricamente en paralelo, para formar una cadena unitaria. Ahora el modulo solar de la tecnica anterior se compara con un modulo solar de la presente invencion, con el mismo numero de celdas, pero todas las celdas estan interconectadas electricamente en una estructura de red como se ha descrito en la fig. 5. Ambos modulos estan disenados para producir 250 vatios de energfa electrica.
Numero de unidades defectuosas
Potencia total del modulo de agrupacion de celdas solares de la tecnica anterior Potencia total del modulo de agrupacion de celdas solares innovador
1
218 232
3
160 216
Tambien se hace referencia a la fig. 6 - un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo 400 de agrupacion de celdas solares, que es similar al modulo 30 de agrupacion de celdas solares, mostrado en la fig. 2, en el que el modulo 400 de agrupacion de celdas solares incluye ademas un dispositivo de arranque 440, utilizado para arrancar un convertidor 450. El dispositivo de arranque 440 incluye una agrupacion secundaria 442 de celdas solares 445. Tambien se hace referencia a la fig. 7 - un diagrama de bloques esquematico que muestra un modulo 500 de agrupacion de celdas solares, que es similar al modulo 40 de agrupacion de celdas solares, mostrado en la fig. 3, en el que el modulo 500 de agrupacion de celdas solares incluye ademas un dispositivo de arranque 540, utilizado para arrancar un convertidor 550. El dispositivo de arranque 540 incluye una agrupacion secundaria 542 de celdas solares 545. Se requiere un dispositivo de arranque para generar la tension de alimentacion para el controlador (542 o 552) del convertidor de potencia (450 o 550).
Un aspecto de la presente invencion es proporcionar un sistema de agrupacion de celdas solares para generar energfa electrica, compuesta de multiples modulos de agrupacion de celdas solares. Se hace referencia a la fig. 8 - un diagrama de bloques que muestra un sistema 600 de agrupacion de celdas solares que incluye una multiplicidad (en este ejemplo - 4) de modulos 200 de agrupacion de celdas solares, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. Los modulos 200 de agrupacion de celdas solares estan conectados electricamente en serie a traves del convertidor de potencia 250 respectivo de cada modulo 200 de agrupacion de celdas, para formar una cadena de modulos de agrupacion de celdas solares 620. La tension producida por el sistema 600 de agrupacion de celdas solares es la suma de las tensiones proporcionadas por los convertidores de potencia 250 de una cadena de modulos 620 de agrupacion de celdas solares.
El sistema 600 de agrupacion de celdas solares incluye una o una pluralidad de cadenas similares de modulos 620 de agrupacion de celdas solares, cuyas cadenas de modulos 620 de agrupacion de celdas solares estan electricamente conectadas en paralelo (630), para proporcionar la potencia total deseada a traves de una sola salida de tension (Vout de corriente continua) del sistema 600 de agrupacion de celdas solares.
Opcionalmente, la tension de salida, Vout de corriente continua, del sistema 600, se proporciona a un inversor 650 que esta configurado para convertir la salida de corriente continua del sistema 600 en una salida de corriente alterna, que esta conectada electricamente de manera preferible a la red electrica publica.
Tambien se hace referencia a la fig. 9 - un diagrama de bloques que muestra un sistema 700 de agrupacion de celdas solares que incluye una multiplicidad (en este ejemplo - 4) de una variedad de modulos de agrupacion de celdas solares (200, 300, 400 y 480), de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. Los modulos de agrupacion de celdas solares 200, 300, 400, 480 y otras configuraciones de los modulos 740 de agrupacion de celdas solares estan conectados electricamente en serie a traves del convertidor de potencia (250, 350, 450 y 550) respectivo de cada modulo (200, 300, 400, 480 y 740) de agrupacion de celdas solares, para formar una cadena de modulos 720 de agrupacion de celdas solares. La tension producida por el sistema 700 de agrupacion de celdas solares es la sima de las tensiones proporcionadas por el convertidor de potencia respectivo (250, 350, 450 y 550) de una cadena de modulos 720 de agrupacion de celdas solares.
El sistema 700 de agrupacion de celdas solares incluye ademas una o una pluralidad de cadenas similares de modulos 720 de agrupacion de celdas solares, cuyas cadenas de los modulos 720 de agrupacion de celdas solares estan conectadas electricamente en paralelo (730), para proporcionar la potencia total deseada a traves de una sola salida de tension (Vout de corriente continua) del sistema 700 de agrupacion de celdas solares.
Opcionalmente, la tension de salida, Vout de corriente continua, del sistema 700, es proporcionada q un inversor 750
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configurado para convertir la salida de corriente continua del sistema 700 en una salida de corriente alterna, que esta conectada electricamente de manera preferible a la red electrica publica.
Se hace referencia ahora a la fig. 10 - un diagrama de circuito electrico 60 que muestra un ejemplo de un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua que utiliza una topologfa Empujar-Estirar, como se conoce en la tecnica. Los transistores de conmutacion 76, 72 conectan alternativamente extremos opuestos de la bobina principal del transformador 62 al lado (-) de una fuente de alimentacion de corriente continua 66, mientras el centro de la bobina principal esta conectado fijamente al lado (+) de la fuente de alimentacion de corriente continua 66. Los transistores 76, 72 son activados en sus estados ENCENDIDO, APAGADO por las tensiones de control de entrada 78, 74 respectivas.
La fig. 11 detalla el diagrama de circuito electrico 800 de un convertidor de potencia de Empujar-Tirar de corriente continua a corriente continua de acuerdo con la presente invencion. La bobina de salida 64 (vease la fig. 10) se retiro, ya que ya no es necesaria. El condensador de entrada 868 puede tener un valor menor o puede ser retirado por completo. El condensador de salida 865 puede tener un valor menor o puede ser retirado por completo.
La fig. 12A detalla los tiempos de conmutacion del convertidor de potencia 60 de Empujar-Tirar de la tecnica anterior, que muestran la tension de control para los transistores MOSFET 76 y 72 frente al tiempo 735. En la tecnica anterior, el ciclo de trabajo de estos impulsos es significativamente menor del 50% y no es constante. Es decir, el tiempo de estado ENCENDlDO 732 es significativamente mas corto que la mitad del penodo de tiempo 731. Debe tenerse en cuenta que un transistor MOSFET se da solo a modo de ejemplo, y se pueden utilizar otros tipos de transistor, adecuados para la aplicacion, dentro del marco de la presente invencion.
Estas formas de onda causan ondulacion en el circuito, lo que requiere valores relativamente grandes del condensador de entrada 68, la bobina de salida 64 y el condensador de salida 65. Tales valores grandes dan como resultado una implementacion costosa y componentes voluminosos. El condensador de entrada 68 clasificado para corrientes altas puede ser muy costoso.
Ademas, las corrientes grandes en los condensadores 68 y 65, y la resistencia de la bobina grande 64, dan como resultado ohmicas significativas, reduciendo asf la eficiencia del convertidor. Por lo tanto, este convertidor de potencia de la tecnica anterior puede ser costoso, voluminoso y con una eficiencia baja.
Es la intencion de la presente invencion proporcionar un convertidor de potencia innovador que es un convertidor de potencia eficiente y de bajo coste, en combinacion con, la estructura entrecruzada de agrupaciones de celdas solares de modulos de agrupacion de celdas solares y sistemas de agrupacion de celdas solares (vease por ejemplo, la fig. 4, la fig. 5, la fig. 8 y la fig. 9).
La fig. 12B detalla los tiempos de conmutacion de un convertidor de potencia 800, mostrando la tension de control para los transistores MOSFET 876 y 872 frente al tiempo 735.
El tiempo de ENCENDIDO 741 de los transistores MOSFET en la fig. 12B es casi el 50%. El tiempo de APAGADO 742 de los transistores MOSFET en la fig. 12B es casi el 50% tambien. De afu, el ciclo de trabajo operacional de los transistores MOSFET 876 y 872 es constante y solo menor del 50% (casi el 50%), en el que el ciclo de trabajo se define como:
Ciclo de trabajo = tiempo de ENCENDIDO (741) / T (731).
El tiempo “muerto” 743 entre el tiempo de conmutacion de ENCENDIDO a APAGADO de un transistor MOSFET, y la conmutacion de APAGADO a ENCENDIDO del otro transistor MOSFET es un tiempo muy, muy pequeno en relacion con los penodos de tiempo de ENCENDIDO y APAGADO, esto para impedir que ambos transistores MOSFET 876, 872 sean conducidos simultaneamente. La misma consideracion se aplica al tiempo “muerto” 744. A traves del transformador 862 en el diagrama 800 fluye una corriente que solo se interrumpe en intervalos de tiempo “muerto” muy pequenos 743 y 744. El convertidor de potencia funciona casi como un transformador de corriente continua/corriente continua con una tension de entrada pequena y una tension de salida alta. Asf interrupciones de corriente muy pequenas para intervalos de tiempo “muerto” 743 y 744, reducen en gran medida la ondulacion en los circuitos de entrada y de salida del convertidor de potencia. Se pueden utilizar valores significativamente menores o se pueden borrar completamente del condensador de entrada 868, la bobina de salida 864 y el condensador de salida 865, para reducir costes, asf como el peso y el volumen del convertidor de potencia y para aumentar la eficiencia del convertidor de potencia.
La fig. 13 detalla la estructura de un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua, de acuerdo con variaciones de la presente invencion, con un transformador plano 900. El transformador 900 incluye un nucleo ferromagnetico 910 y bobinas, conductores de bobina de entrada 912 y conductores de bobina de salida (no mostrados en el lado inferior del transformador 900). El nucleo ferromagnetico 910 incluye dos aberturas de ventana formadas en los extremos opuestos del nucleo ferromagnetico 910.
Solo de detalla la estructura del circuito para la bobina principal, porque aqrn tenemos una corriente alta debido a la tension baja; la secundaria tiene una tension superior por lo tanto una corriente inferior, asf las perdidas en el cableado son mucho menores.
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Los conductores 912 de la bobina principal del transformador estan conectados a un circuito impreso de entrada 920 y los conductores de la bobina secundaria del transformador estan conectados a un circuito impreso de salida 930, respectivamente. Para conectar los cables como se requiere, hay agujeros de recepcion 922, formados en el circuito impreso de entrada 920, que facilitan la conexion electrica directa de los conductores 912 de bobina de entrada y los agujeros 924 para cables 1010 de cadenas de unidades en serie, en el circuito impreso de entrada 920. El circuito impreso de salida 930 tiene agujeros de recepcion 932 para los conductores de bobina de salida (no mostrados) y agujeros para los cables de salida 954 del convertidor de potencia.
Las placas impresas de entrada 920 y una placa impresa de salida 930 se colocan muy firmemente para los transformadores planos 900, sobre las ventanas 962 y 964, respectivamente.
Los circuitos de conmutacion de entrada y de salida estan divididos en dos placas impresas pequenas 920 y 930, cada una montada cerca de una de las dos aberturas formadas en los extremos opuestos del nucleo ferromagnetico 910. Asf, los conductores 912 de las bobinas principal y secundaria del transformador alcanzaran directamente, en la trayectoria mas corta posible, a los circuitos de conmutacion. Esta estructura minimiza la longitud de los cables y las dimensiones del convertidor de potencia.
La estructura 900 reduce las perdidas de cobre en el cableado y mejora la eficiencia del convertidor de potencia. La corriente total fluye en los circuitos impresos 920 y 930, cuyos circuitos impresos estan asf disenados para tener una resistencia muy pequena. Solo se requiere un cableado muy corto desde el circuito impreso de entrada 920, a la bobina principal en el transformador 910 y solo se requiere un cableado muy corto desde el circuito impreso de salida 930, a la bobina secundaria en el transformador 910.
Ademas, acortar las lmeas de conmutacion disminuye el area del bucle para RFI en los circuitos electricos de entrada y salida de conmutacion, reduciendo asf la Interferencia de Radiofrecuencia (RFI).
Preferiblemente, los circuitos impresos 920, 930 se implementan como una placa de circuito impreso multicapa (PCB), con una superfine de proteccion conectada a tierra; esto contribuye ademas a evitar la radiacion electromagnetica y a reducir RFI al medio ambiente. Asf la estructura funciona como una jaula de FARADAY. Se consigue asf un producto “medioambientalmente verde”.
La fig. 14 detalla las conexiones electricas normales desde las celdas solares 210 a las almohadillas del convertidor 920 y 930. La fig. 14 es un diagrama de bloques esquematico de un modulo 202 de agrupacion de celdas solares, en el que la cadena de celdas solares de unidades en serie 220 esta conectada electricamente a cada una de las almohadillas 920 y 930 de convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua por una sola lmea mutua 204 y 206, respectivamente.
Un posible problema con las celdas solares de tension baja son las perdidas ohmicas en el cableado desde la cadena de unidades en serie 220 al convertidor de potencia 250 de corriente continua a corriente continua. Por ejemplo, asumiendo un modulo de agrupacion de celdas solares de 250 vatios, que tiene 60 celdas solares 210, en el que cada 4 celdas solares 210 estan conectadas electricamente en serie para formar una cadena de unidades en serie 220 de las celdas solares 210, y la cadena de unidades en serie 220 esta tambien interconectada electricamente en paralelo, para formar una matriz entrecruzada que tiene 15 cadenas de unidades en serie 220 incluyendo cada una 4 celdas solares (vease por ejemplo la fig. 14); en tal configuracion:
La tension de entrada al convertidor de potencia 250 es aproximadamente 2 voltios (cada celda solar 210 genera aproximadamente 0,5 voltios, y hay 4 celdas solares en serie). La corriente de entrada total al convertidor de potencia 250 sera mas de 125 amperios, de acuerdo con la eficiencia del convertidor de potencia 250.
La corriente de una cadena de unidades en serie 220 de celdas solares 210 (aproximadamente 8,3 amperios) se multiplica por 15 cadenas de unidades en serie 220 en paralelo para producir la corriente total que fluye en los alambres 204 y 206 desde la cadena de unidades en serie 220 al convertidor de potencia 250. Asf, la corriente total puede exceder valores de 125 amperios.
Por ejemplo: el modulo de agrupacion de celdas solares es aproximadamente 0,9 metros de ancho. Para cables de cobre 204 y 206 de 1 mm de grosor y 10 mm de anchura, en una realizacion convencional, las perdidas ohmicas en los alambres sin aproximadamente 26,5 vatios. Esto es una perdida de 10,6% para un convertidor de potencia de 250 vatios, un valor bastante inaceptable.
Si se utilizan los cables mas gruesos, las perdidas ohmicas disminuyen. Por ejemplo: para cables 204 y 206 de una seccion transversal de 15 mm por 10 mm, las perdidas seran aproximadamente 1,8 vatios.
Este es un valor razonable, sin embargo, los cables mas gruesos 204 y 206 son ngidos y tienen un tamano, peso y coste grandes, un valor bastante inaceptable.
La fig. 15 detalla conexiones electricas desde las celdas solares a las almohadillas de convertidor de potencia, de acuerdo con la presente invencion. La fig. 15 es un diagrama de bloques esquematico de un modulo 1000 de agrupacion
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de celdas solares, en el que las cadenas de unidades en serie 220 estan conectadas electricamente de manera individual a cada una de las almohadillas 920, 930 de convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua. A lo largo de la presente descripcion, una cadena se define como una pluralidad de celdas solares conectadas en serie, y una cadena de unidades en serie 220 se define como una pluralidad de celdas solares 210 conectadas electricamente en serie asf como la de las celdas solares 210 conectadas electricamente en paralelo a las celdas solares 210 respectivas en las cadenas adyacentes de unidades en serie 220. En el presente ejemplo, cada cadena de unidades en serie 220 incluye cuatro celdas solares.
Un modulo de agrupacion de celdas solares incluye una pluralidad de cadenas de unidades en serie 220 y un convertidor de potencia 250 de corriente continua a corriente continua. El lado (+) de cada una de las cadenas de unidades en serie 220 esta conectado electricamente a la almohadilla (+) 920 del convertidor de potencia. La almohadilla (+) 920 del convertidor de potencia 250 es implementada como una almohadilla de area amplia y grande, que esta montada cerca de la entrada del convertidor de potencia 250, con el fin de reducir las perdidas de cobre. El lado (-) de cada una de las cadenas de unidades en serie 220 esta conectado a la almohadilla (-) 930 del convertidor de potencia 250, que tambien es implementada como una almohadilla amplia y grande, montada cerca de la entrada del convertidor de potencia 250, con el fin de reducir las perdidas de cobre.
En el ejemplo anterior, la agrupacion de matriz del modulo 1000 de agrupacion de celdas solares (por ejemplo de 250 vatios) incluye 15 cadenas de unidades en serie 220, la corriente en cada cadena de unidades en serie sera aproximadamente 8,3 amperios. A traves de cada cadena de unidades en serie 220 fluye una corriente electrica maxima tan grande como pueda generar la celda solar 210, en nuestro ejemplo aproximadamente 8,3 amperios. Esta es una corriente relativamente baja, que da como resultado perdidas de cobre bajas (inferiores a las agrupaciones de celdas solares de la tecnica anterior). Una corriente electrica grande solo fluye en las almohadillas grande (+) y de entrada (-) 920 y 930 del convertidor de potencia 250. La corriente que alcanza las almohadillas 920 y 930, es la suma de las corrientes generadas por todas las cadenas de unidades en serie 220. En este ejemplo, la corriente de suma total puede ser aproximadamente 125 amperios.
En el modulo 1000 de agrupacion de celdas solares, cada cadena de unidades en serie 220 esta conectada electricamente de forma separada a las almohadillas grande (+) y de entrada (-) 920 y 930 del convertidor de potencia 250. Las perdidas ohmicas seran aproximadamente de 2,3 vatios o del 0,92% de la potencia de salida total 250 vatios. Tales perdidas reducidas se consiguen con unos esquemas de cableado innovadores que utilizan cables separados 1010, reduciendo asf las perdidas ohmicas en el cableado. El esquema de cableado presentado en el modulo 1000 de agrupacion de celdas solares ejemplar, da como resultado una reduccion sustancial en las perdidas Ohmicas, en comparacion con el cableado de la tecnica anterior, que tiene el mismo tipo de cables:
* En un esquema de cableado convencional: Perdida Ohmicas = 21,25%.
* En el esquema de cableado nuevo actual: Perdidas Ohmicas = 0,92%.
De ahf, el esquema de cableado nuevo actual reduce significativamente las perdidas ohmicas, mientras que permite utilizar cables relativamente delgados - 1 mm de grosor y 10 mm de anchura, por ejemplo.

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
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    40
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    50
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema (600, 700) de generacion de ene^a solar para proporcionar un requisito de nivel de potencia operativo predeterminado y de nivel de tension operativo predeterminado, comprendiendo el sistema al menos un modulo (200, 300) de agrupacion de celdas solares, en el que cada uno de dicho al menos un modulo (200, 300) de agrupacion de celdas solares comprende:
    a. una multiplicidad de celdas solares (210, 310),
    en la que un numero previamente configurado de dichas celdas solares (210, 310) esta conectado electricamente en serie para formar una unidad en serie (222, 322b, 322a) o cada unidad en serie individual (222) del modulo (200) de agrupacion de celdas solares incluye solo una celda solar (210), y en la que un numero previamente configurado de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) esta conectado electricamente en serie para formar una cadena de unidades en serie (220, 320), dicha cadena de unidades en serie (220, 320) es facilitada para producir un primer nivel de tension de salida;
    en la que un numero previamente configurado de dichas cadenas de unidades en serie (220, 320) esta conectado electricamente en paralelo (232) para formar una agrupacion (230, 330) de dichas celdas solares (210, 310), dicha agrupacion (230, 330) de dichas celdas solares (210, 310) es facilitada para producir un primer
    nivel de potencia de salida:
    en la que en cada una de dichas cadenas de unidades en serie (220, 320), cada una de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) tambien esta conectada en paralelo (232) a las unidades en serie vecinas de todas las otras cadenas de unidades en serie (222, 322b, 322a) para formar una agrupacion de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a); y
    en la que dicha agrupacion de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a) permite corrientes para puentear las unidades en serie (222, 322b, 322a) que funcionan mal, mejorando de este modo el rendimiento del sistema;
    caracterizado por que cada uno de dicho al menos un modulo (200, 300) de agrupacion de celdas solares comprende
    b. un convertidor de potencia de una sola etapa (250, 350, 800) de corriente continua a corriente continua
    conectado electricamente a dicha agrupacion de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a), dicho convertidor de potencia (250, 350, 800) esta configurado para aumentar dicho primer nivel de
    tension de salida a un segundo nivel de tension de salida superior a dicho primer nivel de tension de salida, en el que dicho convertidor de potencia (250, 350, 800) comprende una pluralidad de transistores (876, 872) para conectar alternativamente los lados opuestos en un primario de un transformador (862) a dicha agrupacion de matriz entrecruzada (205, 866) de dichas unidades en serie (222, 322b, 322a), y en el que el ciclo de trabajo de dichos transistores (876, 872) constante, y hay un tiempo muerto para impedir que dichos transistores (876, 872) conduzcan
    simultaneamente entre el tiempo de conmutacion de ENCeNdIDO a APAGADO o de APAGADO a ENCENDIDO de dichos transistores (876, 872).
  2. 2. El sistema de la reivindicacion 1, en el que cada una de dichas cadenas de unidades en serie (220, 320) constan del mismo numero de dichas celdas solares (210, 310) conectadas electricamente en serie.
  3. 3. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicho convertidor de potencia (250, 350, 800) comprende transistores MOSFET rapidos.
  4. 4. El sistema de la reivindicacion 1, en el que un numero previamente configurado de modulos (200, 740) de agrupacion de celdas solares esta conectado en serie para formar una cadena de modulos (620, 720) de agrupacion de celdas solares, en el que dicha cadena de modulos (620, 720) de agrupacion de celdas solares produce un tercer nivel de tension de salida.
  5. 5. El sistema de la reivindicacion 4, en el que un numero previamente configurado de dichas cadenas de modulos (620, 720) de agrupacion de celdas solares esta conectado electricamente en paralelo, para formar una agrupacion de modulos de agrupacion de celdas solares (630, 730), en el que dicha cadena de modulos (630, 730) de agrupacion de celdas solares produce un tercer nivel de potencia de salida.
  6. 6. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dichos modulos (740, 300, 200) de agrupacion de celdas solares comprenden ademas una agrupacion secundaria de celdas solares (440, 540) que produce un segundo nivel de potencia de salida, utilizada para poner en marcha dicho convertidor de potencia (450, 550, 800) de corriente continua a corriente continua, en el que dicho segundo nivel de potencia de salida es sustancialmente inferior a dicho primer nivel de potencia de salida.
  7. 7. El sistema de la reivindicacion 1, en el que dicho convertidor de potencia incluye una almohadilla conductora mas (920) y una almohadilla conductora menos (930), y en el que cada una de dichas cadenas de unidades en serie (220) es
    cableada individualmente (1010a, 1010b, 1010c, 1010d, 1010e) a dicha almohadilla conductora mas (920) y cableada individualmente (1010m, 1010n, 1010p, 1010q, 1010r) a dicha almohadilla conductora menos (930).
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