ES2693748T3

ES2693748T3 - Método y aparato de extracción de energía eléctrica desde el módulo fotovoltaico

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Publication number: ES2693748T3
Application number: ES14835537.3T
Authority: ES
Inventors: Ihor Kostiantynovych CHERNILEVSKYY; Viktor Serhiyovych TOKAREV; Stanislav Viktorovych TOKAREV; Oleksandr Mikhailovich SELEZNIOV; Pavlo Germanovich MENSHENIN; Hryhoriy Arhypovych ILCHUK; Roman Yuriyovych PETRUS; Viktor Oleksandrovich RUDAK; Serhiy Vasyliovych LOBOYKO; Dmytro Mykolayovych IANUSHEVSKYI
Original assignee: Techinvest Eco LLC; TECHINVEST-ECO LLC
Current assignee: Techinvest Eco LLC; TECHINVEST-ECO LLC
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: US10141886B2; CN106104956A; CA2937802C; WO2015112107A4; CN106104956B; EP3097621B1; EP3097621A1; WO2015112107A1; TR201812008T4; CA2937802A1; UA107542C2; US20170063297A1; PL3097621T3

Abstract

El método de obtención de la energía eléctrica del MFE (1) que partiendo de las características voltio-amperio del MFE (1), conectado en paralelo a la entrada de conversor CC/CC o invertor CC/CA (3), conectado en paralelo al supercondensador (2), realizado de tal manera que toda la energía eléctrica del MFE (1) se transmite continuamente al supercondensador (2), conectado en paralelo al medio (4) de medición de voltaje del supercondensador UC, que están conectadas al módulo de control (5) conversor CC/CC o invertor CC/CA (3), que se distingue por el hecho de que el módulo de control (5): - obtiene el valor del voltaje, definido por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia de MFE (1) con nivel máximo de insolación y toma este valor como primera referencia de voltaje de UB junto con el respectivo nivel de potencia PB, - obtiene el valor del voltaje por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia potencia de MFE (1) con nivel intermedio de insolación y toma este valor como la segunda referencia de voltaje U1, junto con el respectivo nivel de potencia P1, conserva la tercera referencia aleatoria de voltaje UO como el mínimo voltaje que es al menor un 5% del voltaje en vacío del MFE para conversor CC/CC o al menos un 25% del voltaje en vacío del para conversor CC/CA junto con el nivel aleatorio correspondiente de potencia PO, y guarda cuarta referencia aleatoria de voltaje de Uoff como el valor de voltaje en el momento de desconectar, que es menor que UO; - regula el valor de referencia de la potencia PX para conversor CC/CC o invertor CC/CA (3) a uno de los anteriores valores arriba indicados de PB, P1 o PO de tal manera que: - si se aumenta el voltaje del condensador UC y alcanza el valor de U0 o más, se enciende el conversor CC/CC o invertor CC/CA; si se incrementa aún más UC y se logra un valor en el rango entre U1 y UB, PX se establece en el nivel P1; y cuando UC alcanza el valor UB, PX se establece en el nivel PB; - al disminuir el voltaje del condensador UC hasta un valor en el rango de entre U1 e UO, el valor de referencia de la potencia PX se establece en el nivel P1; al reducirse aún más el UC hasta un valor en el rango de entre UO y Uoff, PX se establece en el nivel PO; al reducirse el UC hasta valores por debajo de Uoff, conversor CC/CC o el el invertor CC/CA (3) se desactiva.

Description

imagen1

DESCRIPCIÓN

Método y aparato de extracción de energía eléctrica desde el módulo fotovoltaico

Antecedentes del invento

1. Campo del invento

5 El presente invento se refiere al campo energético, y en particular, a la generación de energía continua mediante la transformación fotovoltaica seguida de su traspaso a la corriente alterna (AC) o continua (CC). El invento es aplicable como parte de las plantas fotovoltaicas y configuraciones conectadas a las redes locales de corriente alterna o la utilización de la energía obtenida para almacenamiento de energía en los dispositivos de almacenamiento conocidos técnicamente.

10 2. Descripción del nivel técnico

Los inconvenientes, atribuidos a la naturaleza de las células fotovoltaicas, son los factores que limitan el amplio desarrollo de las plantas de conversión de la radiación solar directamente en energía eléctrica. Estos inconvenientes surgen debido a que las células fotovoltaicas sólo existen junto con la p-n unión o hetero-unión directamente conectada y, como consecuencia:

15 -célula fotovoltaica genera solamente corriente continua; -valor de la energía generada es directamente proporcional al nivel de iluminación de las células fotovoltaicas (insolación) de superficie.

Puesto que los conversores fotoeléctricos (módulos fotoeléctricos) pueden generar solamente la corriente continua (CC), los sistemas industriales de distribución de energía eléctrica (SIDEE) predominantemente son de CA, un gran 20 número de técnicas para invertir CC en CA han sido desarrolladas y son conocidas a nivel técnico hasta la fecha. Sin embargo, todos ellos están basados en el principio de la conmutación (ENCENDIDO – ON y APAGADO – OFF) de la corriente continua, que fluye a través de la carga externa. Los dispositivos con cuya ayuda se realiza la conversión de CC a CA son conocidos como conversores CC/CA. En caso de los conversores fotoeléctricos, la carga externa se conecta en paralelo con la p-n unión (en dirección directa). Precisamente esta p-n unión absorbe la

25 energía de los conversores fotoeléctricos en el momento de APAGADO – OFF para la carga externa y es uno de los motivos más importantes de las pérdidas durante la transformación de corriente CC/CA.

La dependencia directamente proporcional de la corriente generada del nivel de insolación en condiciones de la disposición de los conversores fotoeléctricos sobre tierra es la razón de los cambios continuos de la potencia de salida de los módulos fotoeléctricos (MFE). Esto se debe tanto a la disminución de un ángulo de incidencia de la

30 radiación solar en la superficie de las células fotovoltaicas durante un día (cambios predecibles) y de los cambios de transparencia en la atmósfera (nubosidad -cambios débilmente predecibles). Cualquier desviación de la potencia de salida de la carga de energía en caso de las células fotovoltaicas lleva de manera instantánea e irrevocable a las pérdidas de energía.

Con el fin de evitar estas pérdidas han sido elaboradas y descritas más de 25 modos de seguimiento del punto de

35 máxima potencia (PMP) de los paneles fotovoltaicos (Maximum Power Point Tracking –MPPT), que se utilizan en los conversores CC/CA. Para cualquiera de los modos indicados de MPPT es general:

-medición de parametros reales de los módulos fotoeléctricos (MFE) en un momento exacto del tiempo; -ejecución sistemática de ciclo de cálculos de la potencia de MFE; -introducción de los ajustes sistemáticos en la potencia de conversor CC/CA.

40 Las principales pérdidas de energía ya generada por los módulos fotoeléctricos (MFE) son:

-pérdidas durante la desconexión de carga para las mediciones sistemáticas de los parámetros reales de MFE; -las pérdidas debidas al desequilibrio entre la potencia de MFE y el conversor CC/CA que aparecen durante el tiempo entre dos sucesivas correcciones; -pérdidas en el conversor CC/CA en la parte corta de cada ciclo durante el APAGADO – OFF parcial.

45 Hay varias soluciones técnicas para superar estas perdidas. Los ejemplos son:

En la patente US 7709727 [1] se describe una esquema de conmutación para controlar/regular los sistemas fotovoltaicos que comprende una pluralidad de generadores solares conectados en serie y/o en paralelo, donde cada generador solar de los sistemas fotovoltaicos se conecta con una cadena de desvío de energía variable que se controla/regula de tal manera, que cada generador solar funciona continuamente en su respectivo PMP actual para

50 superar las pérdidas asociadas con la fluctuación de los parámetros individuales de ciertos MFE y la diferencia de las condiciones de insolación en un área grande.

El Patente US 7456523 [2] describe un sistema de generación de energía, que comprende una pluralidad de bloques MFE unidos en paralelo y conversores de energía conectados con los conversores, para el suministro de la corriente alterna a una red comercial de energía. El sistema permite superar las pérdidas asociadas con la fluctuación de los parámetros de un MFE concreto, puesto que cada conversor de energía contempla el control a la salida de la corriente y voltaje de MFE (seguimiento sobre el punto de máxima potencia (PMP) del MFE (Maximum Power Point Tracking –MPPT)), realiza la conversión CC/CC para asegurar el voltaje igual de MFE a costa de línea local de

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5 energía eléctrica industrial y la conversión CC/CA, la sincronización de trabajo de cada conversor de energía con la red eléctrica.

La solución descrita proporciona una ganancia de energía del 5-15% y conserva la capacidad de trabajo del sistema de generación de energía en caso de fallo o pérdida de potencia de cualquier MFE. Entre deficiencias del sistema descrito se podrían mencionar la falta de compensación de la pérdida de energía debida a la utilización del modo

10 MPPT, una alta complejidad del sistema debido a la necesidad de sincronizar un gran número de fuentes independientes de energía, el uso del conversor CC/CA que funciona en modo ENCENDIDO – APAGADO.

En la patente US 8400134 [3] se describe el aparato y el método de seguimiento sobre el punto de máxima potencia (PMPT) de un panel solar, de acuerdo con el cual se realiza el monitoreo del voltaje y de la corriente, generados por el panel solar y se genera una señal de impulso para cargar un condensador que disminuye las pérdidas asociadas 15 con la operación del modo ON-OFF, lo que es característico para los conversores CC/CC y CC/CA. En caso cuando el voltaje del condensador excede el nivel predeterminado de antemano, se realiza el pase de una parte de energía del condensador mediante una descarga de impulso y la dirigen a la tierra. La solución ofrecida tiene una serie de deficiencias y restricciones, y concretamente: i) toma de la energía eléctrica del MFE se realiza en modo de impulso, tanto en caso de conexión directa del MFE a los conversores CC/CC y CC/CA; ii) una parte de la energía acumulada

20 en el condensador se descarga a la tierra mediante una descarga de impulso dirigida que produce pérdidas adicionales de energía; iii) el aparato mencionado funciona con una corriente de 800 mA que es un límite habitual para los condensadores electrolíticos.

Tambien es conocido el método y aparato descrito en la Patente US 7808213 y en la patente EP 2075895 [4, 5], donde se utiliza un condensador textil flexible con una energía total de 35 a 112J. El condensador lo conectan en 25 paralelo a la salida del módulo MFE y cuando el condensador llega a un determinado nivel de la carga, este condensador se descarga en el elemento de carga de la fuente de alimentación del dispositivo electrónico móvil, por ejemplo, teléfono móvil. Por lo tanto la fuente de alimentación descrita funciona bajo el principio del conversor CC/CC. A un bajo nivel de insolación (< 25%) este sistema permite obtener la eficiencia que en 3-7 veces supera la conexión directa de los módulos MFE al elemento de carga de la fuente de alimentación. Con la insolación 30 aproximada del 80%, la ganancia en energía obtenida sería del 3-6%. La solución descrita tiene una aplicación bastante restringida que se limita mediante los dispositivos electrónicos de baja potencia y no contempla la explotación en la transformación de energía en las redes eléctricas. Otras soluciones se describen en las patentes ucraniana UA 51651 y rusa RU 2195754 [6,7] que para recabar la energía utilizan el condensador cargado al nivel de voltaje igual al PMP de MFE. El aparato incluye un MFE, un condensador, dos controladores del umbral de 35 voltaje ajustados en los umbrales límite superior e inferior, conversor СC/СC con la Modulación de Amplitud de Impulso (MAI) y el medio de retroalimentación de voltaje. Con esto, el umbral límite superior de voltaje para la activación del sensor es igual al voltaje PMP del MFE en el nivel máximo (100%) de la insolación. El umbral límite inferior de voltaje está establecido dentro del 3-5% más bajo que el umbral límite superior de voltaje. La capacidad del condensador ha sido elegida dentro del rango de 0,02-100F. La resistencia interna del condensador ha sido 40 definida para ser de un orden menor que la resistencia interna del MFE en condiciones de máxima insolación. La potencia del conversor CC/CA es inmutable a pesar de los cambios de potencia de los MFE en cualquier momento temporal. El método de recabar la energía eléctrica mediante el aparato descrito supone la carga del condensador hasta el valor de voltaje UВ, la formación de un pulso de energía, regulado por el voltaje y la potencia del conversor CC/CA que utiliza la energía previamente acumulada en el condensador y la energía que continuamente llegaba del

45 MFE. Los impulsos de energía recibidos se utilizan para cargar la batería recargable (BR).

De acuerdo con el invento mencionado, el uso del método y el aparato proporciona, debido a la capacidad eléctrica y baja resistencia interna del condensador, una continua obtención de la energía del MFE en su punto de máxima potencia en cualquiera de los modos de funcionamiento del conversor de CC/CC, recepción del flujo de la energía eléctrica en un amplia gama de potencia de los MFE, la normalización del impulso de energía por potencia y voltaje,

50 independientemente del valor instantáneo de la potencia de MFE, aumento del Coeficiente de Eficiencia Útil (CEU) al usar la energía del MFE -condensador de manera más eficiente, reduciendo las pérdidas de energía un 25-52% con las exposiciones largas (de 24 horas) de los MFE, la simplicidad de ejecución y funcionamiento.

En CN 203 193 364 U se describe otro documento de nivel técnico anterior, conforme al preámbulo de los puntos independientes de su formula el módulo de estabilización de voltaje (conversor CC/CC) se enciende conforme al

55 nivel de voltaje del supercondensador instalado en paralelo con el panel solar que llegar al umbral límite superior (V1) y se apaga al alcanzar el umbral límite inferior (V2).

US 2010/156185 A1 descubre un sistema de control donde el comando la corriente de salida de comandos (lout*) se ajusta en función del nivel de voltaje del condensador a la salida del MFE al modo análogo (mediante un controlador proporcional integral).

60 3. Resumen del invento

imagen3

El objetivo principal de este invento es la minimización de pérdidas de la energía eléctrica durante la obtención (extracción) de energía eléctrica a partir de los MFE y su transformación mediante el aumento del CEU del sistema de los MFE -dispositivo que con una amplia gama de niveles de insolación y transformación de la energía recibida en estas condiciones en la energía que pueda ser transferida a la red de distribución de energía eléctrica de

5 corriente alterna (red local de energía eléctrica) o que pueda ser utilizada para alimentar un acumulador de energía que utilizan uno de los muchos métodos conocidos de almacenamiento de energía.

La tarea propuesta se resuelve de tal manera, que en el método de obtención de energía eléctrica de los MFE conectados en paralelo a la entrada del conversor CC/CC o invertor CC/CA con un condensador conectado en paralelo, un medio para medir el voltaje conectado al módulo de control del invertor, se miden los siguientes

10 parámetros: i) voltaje UB en el punto de máxima potencia de MFE con nivel máximo de insolation, ii) voltaje mínimo U0 que es al menos 5% del circuito abierto de voltaje de marcha en vacío de MFE para el conversor CC/CC o al menos 25% de voltaje para el invertor CC/CA, iii) voltaje U1 en el punto de máxima potencia de MFE bajo como mínimo un nivel intermedio de insolación respecto sus valores máximo y mínimo.

En el conversor CC/CC o invertor CC/CA se establecen uno de los niveles de potencia (Px), que por su valor no

15 sería menor que la potencia máxima de MFE bajo la insolación mínima (P0), insolación máxima (PB), o al menos una insolación intermedia (Р1) entre los niveles mínimo y máximo de insolation de acuerdo con las siguientes reglas.

Con la aparición y aumento de la insolación la energía del MFE continuamente se transfiere al condensador y ahí se almacena, conforme al invento, al mismo tiempo se mide el voltaje del condensador (UС) y cuando la UС alcanza el valor U0, desde el medidor de voltaje se envía una señal de encendido del módulo de control, una vez que la UС

20 alcanza el valor U1 desde módulo de control se envía una señal de encendido del conversor CC/CC o invertor CC/CA en el nivel de potencia PB.

Con disminución de la insolación el conversor CC/CC o invertor CC/CA consume energía almacenada en el condensador. Cuando Uc baja hasta el valor U1 el módulo de control envía una señal de encendido al conversor CC/CC o invertor CC/CA en el nivel de potencia Р1; bajando UС hasta el valor U0 desde el medidor de voltaje se

25 envía una señal de encendido al conversor CC/CC o invertor CC/CA en el nivel de potencia P0; cuando Uc baja al valor más bajo que U0, desde el medidor de voltaje se envía una señal de apagado al conversor CC/CC o invertor CC/CA.

La energía extraida podría ser transformada en corriente alterna por medio del invertor CC/CA y continuamente trasladada a la red eléctrica local de CA (red local de energía eléctrica), de otra manera, la energía podrá ser

30 transformada mediante el conversor CC/CC y trasladada al aсumulador de energía. En ambos casos la potencia del invertor CC/CA o el conversor CC/CC se establece al menos en uno de los tres niveles que no sean menos que la potencia del MFE con la mínima insolación, máxima insolación o al menos una de las insolaciones intermedias entre la mínima y la máxima.

También como base del invento han sido establecidas las siguientes tareas: 1) diseñar un aparato de obtención de

35 la energía eléctrica del MFE que provea una disminución de perdidas de energía eléctrica durante la obtención de la energía del MFE mediante aumento del CEU del aparato en una amplia gama de niveles de insolación, y 2) transformación de la energía eléctrica generada por los MFE en la energía apta ya sea para la transferencia a una red local de CA (red local de energía eléctrica) o para alimentar el acumulador de energía.

Las tareas propuestas se solucionan de tal manera que en el aparato de extracción de energía eléctrica del MFE 40 que incluye:

1) invertor CC/CA con potencia no inferior a la potencia nominal de MFE y con la posibilidad de su conexión a la red local de CA (red local de energía eléctrica) o al conversor CC/CC con potencia no inferior a la potencia nominal de MFE y con la posibilidad de su conexión a la entrada del acumulador de energía; 2) condensador conectado en paralelo a la entrada del invertor o conversor;

45 3) medio para medición del voltaje (MMV) del condensador; 4) modulo de control conectado al invertor CC/CA o al conversor CC/CC y unido al medio para la medición del voltaje del condensador,

de acuerdo con el invento:

1) invertor CC/CA o al conversor CC/CC están diseñados para que sean capaces de cambiar su potencia, al

50 menos, en tres niveles; 2) medio para medición del voltaje está diseñado para que sea capaz de suministrar la información relacionada con al menos tres valores fijos predeterminados de la tensión del condensador para el módulo de control; 4) módulo de control (MC) está diseñado para que sea capaz de conmutar los niveles de potencia del invertor

55 CC/CA o el conversor CC/CC dependiendo del nivel de voltaje del condensador; 5) la resistencia interna del condensador es al menor dos veces inferior que la resistencia interna del MFE en su PMP, mientras la capacidad del condensador se define como se indica a continuación:

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C ≥(k*PВ) / (UВ2-U12), (1)

donde C – capacidad del condensador en Farads (F); PB – potencia máxima de MFE bajo su máxima insolación en Watts (W); UB – voltaje de MFE en el punto máximo de potencia (PMP) bajo su máxima insolación en Volts (V); U1 – voltaje intermedio fijo en el PMP bajo la insolación que es menor que la máxima, la más cercana al voltaje UB en 5 Volts (V); k – coeficiente con valor absoluto de 0.3 -0.5 segundos (seg) y el módulo de control está diseñado, además, para obtener el valor de voltaje medido por el medio para medición del voltaje en el punto de máxima potencia del MFE bajo nivel máximo de insolación y tomarlo como una primera referencia de voltaje de trabajo UВ, junto con su correspondiente nivel de potencia PB, para obtener el valor de voltaje medido por el medio para medición del voltaje en el punto de máxima potencia del MFE en virtud de un nivel intermedio de la insolación y 10 tomarlo como una segunda referencia de voltaje U1 junto con el correspondiente nivel de potencia P1, almacenar la tercera referencia cualquiera de voltaje Uо como un voltaje mínimo que no debe ser inferior al 5% del voltaje en vacío del MFE para conversor CC/CC o al menos 25% del voltaje en vacío del MFE para conversor CC/CA, junto con una referencia cualquiera de voltaje Pо y para almacenar una cuarta referencia cualquiera de voltaje Uoff como valor de desconexión del voltaje en el momento de desconexión que es inferior a Uо; regular la referencia de 15 potencia Px para conversor CC/CC o invertor CC/CA (3) a uno de los valores arriba indicados PB, P1 o P0 y de esta manera: si el voltaje del condensador Uc sube y alcanza el valor igual Uо o mayor, conversor CC/CC o invertor CC/CA se enciende; si sigue subiendo Uc y alcanza el valor entre U1 y UB, Px se establece en el nivel P1 y cuando Uc alcanza el valor igual a UB, Px se establece en el nivel PB; si el voltaje del condensador Uc decrece hasta el valor que se encuentra entre U1 y U0, el valor de referencia de potencia Px se establece en PО; si Uc decrece más

20 hacia el valor entre U0 y Uoff, Px se establece en P0; y si Uc decrece al valor más bajo que Uoff, el conversor CC/CC o el invertor CC/CA (3) se apaga.

En esta variante de ejecución del invento en calidad de invertor CC/CA puede ser utilizado el módulo combinado que consiste de al menos un convertor CC/CC en la entrada y un invertor CC/CA en la salida.

En esta variante de ejecución del invento en calidad del medio de medición de voltaje pueden ser utilizados al 25 menos tres medios de medición de voltaje (MMV), cada uno de los cuales formaría una señal sobre la existencia de cierto voltaje en el condensador.

En esta variante preferente de ejecución del invento un microprocesador sería el módulo de control; en otros casos el módulo de control está hecho de los elementos de lógica firme.

En calidad de identificación del aparato conforme al invento, se propone la utilización del acrónimo de las primeras 30 letras en el idioma inglés: Electrical Energy Take-Off System – EETOS.

Breve descripción de los dibujos técnicos

La invención presentada se ilustra mediante el siguiente ejemplo de ejecución del método de obtención de la energía eléctrica del MFE y aparato para su realización, así como los correspondientes dibujos técnicos que refleja lo siguiente:

35 Fig. 1. Características de corriente y voltaje de los MFE bajo distintos niveles de insolación; Fig. 2. Bloque-esquema del aparato para obtención de energía eléctrica del MFE en 3 niveles conforme al invento; Fig. 3. Bloque-esquema del aparato para obtención de energía eléctrica en n niveles del MFE usando el MMV conforme al invento;

40 Fig. 4. Bloque-esquema del aparato para obtención de energía eléctrica del MFE para alimentar el acumulador de energía conforme al invento; Fig. 5. Elección de distintos voltajes para determinar niveles de potencia del invertor (1er tipo del MFE -silicio policristalino); Fig. 6. Elección de distintos voltajes para determinar niveles de potencia del invertor (2º tipo del MFE -silicio

45 monocristalino); Fig. 7. Bloque-esquema del algoritmo de funcionamiento del aparato en n puntos de control (n = 4); Fig. 8. Bloque-esquema del algoritmo de funcionamiento del aparato en tres puntos de control.

Los materiales que ilustran el invento presentado, así como el ejemplo facilitado de la ejecución concreta del método y aparato para su realización, no restringen ni limitan de modo alguno el alcance del invento conforme a la formula y 50 solamente explican la esencia del invento.

Descripción detallada de la variante preferente de realización del invento

Para comprobar la posibilidad de lograr el resultado técnico han sido realizadas las simulaciones y pruebas experimentales que permitieron definir los parámetros óptimos del condensador y, en particular, su resistencia interna y el valor de capacitad. Los resultados de la simulación se presentan en las tablas 1-4. Como se muestra en

55 las tablas 1-4, el resultado técnico obtenido de realización del método y aparato declarados, que se manifiesta en un aumento sustancial del Coeficiente de Eficiencia Útil del sistema, aparece ya con el valor de resistencia interna del condensador al menos dos veces menor que la resistencia interna de un MFE.

imagen5

Tabla 1

Dependencia de la eficiencia del sistema de MFE – aparato de la resistencia interna del condensador Rsc bajo condiciones iguales tanto en la resistencia interna de las fuentes de energía Rs como de la carga RL

Eficiencia: Rs Rsc Valoración integral del trabajo del sistema

0,500: 1 Sin condensador

0,500: 0,9990 1000 insatisfactoriamente

0,502: 0,9901 100 insatisfactoriamente

0,524: 0,9091 10 insatisfactoriamente

0,545: 0,8333 5 insatisfactoriamente

0,600: 0,6667 2 insatisfactoriamente

0,667: 0,5000 1 insatisfactoriamente

Tabla 1 (continuación)

Eficiencia: Rs Rsc Valoración integral del trabajo del sistema

0,750: 0,3333 0,5 satisfactoriamente

0,857: 0,1667 0,2 bien

0,917: 0,0909 0,1 bien

0,955: 0,0476 0,05 bien

0,981: 0,0196 0,02 bien

0,990: 0,0099 0,01 bien

Tabla 2 Tabla 3

Dependencia de la eficiencia del sistema de MFE – aparato del nivel de insolación bajo siguientes condiciones: resistencia interna de la fuente de energía Rs = RL, Rsc = 1 Оhm

Eficiencia: Rpv Nivel de insolación Valoración integral del trabajo del sistema

0,667: 1 100,0% insatisfactoriamente

0,655: 1,11 90,0% insatisfactoriamente

0,643: 1,25 80,0% insatisfactoriamente

0,630: 1,43 70,0% insatisfactoriamente

0,615: 1,67 60,0% insatisfactoriamente

0,600: 2,00 50,0% insatisfactoriamente

0,583: 2,50 40,0% insatisfactoriamente

0,565: 3,33 30,0% insatisfactoriamente

0,545: 5,00 20,0% insatisfactoriamente

0,524: 10,00 10,0% insatisfactoriamente

0,512: 20,00 5,0% insatisfactoriamente

0,505: 50,00 2,0% insatisfactoriamente

imagen6

Eficiencia: Rpv Nivel de insolación Valoración integral del trabajo del aparato

0,750: 1 100,0% satisfactoriamente

0,744: 1,11 90,0% satisfactoriamente

0,737: 1,25 80,0% satisfactoriamente

0,730: 1,43 70,0% satisfactoriamente

0,722: 1,67 60,0% satisfactoriamente

0,714: 2,00 50,0% satisfactoriamente

0,706: 2,50 40,0% satisfactoriamente

0,697: 3,33 30,0% satisfactoriamente

0,688: 5,00 20,0% satisfactoriamente

0,677: 10,00 10,0% insatisfactoriamente

0,672: 20,00 5,0% insatisfactoriamente

0,669: 50,00 2,0% insatisfactoriamente

Tabla 4

Dependencia de la eficiencia del sistema de MFE – aparato del nivel de insolación bajo siguientes condiciones: resistencia interna de la fuente de energía Rs = RL, Rsc = 0,33 Ohm

0,801: 1 100,0% bien

0,797: 1,11 90,0% bien

Tabla 4 (continuación)

0,793: 1,25 80,0% bien

0,789: 1,43 70,0% bien

0,784: 1,67 60,0% bien

0,779: 2,00 50,0% bien

0,774: 2,50 40,0% bien

0,769: 3,33 30,0% bien

0,764: 5,00 20,0% bien

0,758: 10,00 10,0% satisfactoriamente

0,755: 20,00 5,0% satisfactoriamente

0,753: 50,00 2,0% satisfactoriamente

Para determinar el valor de la capacidad óptima del condensador han sido simulados los regímenes críticos de funcionamiento del aparato, y precisamente para trabajar con la potencia máxima del invertor (Pmax) y la potencia mínima del MFE (Plow).

La potencia máxima (Pmax) es característica de funcionamiento del aparato con nivel alto de insolación del MFE. El

5 cambio de potencia del invertor en su entrada debería asegurar un cumplimiento satisfactorio de de condiciones de trabajo de la energía de calidad (Power Quality, PQ) en la salida del invertor. Como se desprende de la práctica, el tiempo interrumpido de funcionamiento del invertor a cierta potencia debe ser en función del tipo y las condiciones de uso de la red eléctrica de entre unas décimas hasta las unidades de segundos. Para lograr esto, el condensador debe tener la capacidad de acumular la carga de energía correspondiente que es necesario para el cambio de

10 potencia. Su valor puede ser valorada según la fórmula:

Е= Pmax • t, (2)

donde t – es el tiempo del proceso de transición al cambiar la potencia.

Durante el funcionamiento del aparato en condiciones de mínima potencia (insolación) son posibles las interrupciones de la transferencia de energía del MFE al invertor. En este caso, la energía acumulada en el

15 condensador deberá proporcionar condiciones de puente energético (Bridging Power, BP) en la entrada del invertor. El volumen de energía puede ser valorado según la fórmula:

Е= Plow • t, (3)

donde t – es el tiempo de interrupción en la obtención de energía del MFE.

Ha sido realizada la estimación de la energía necesaria para los MFE estándar: MFE-1 con potencia de 280 W,

20 MFE-2 con potencia de 180 W y MFE-3 con potencia de 20 W (el prototipo [3]). Los resultados de estas estimaciones se recogen en la tabla 5.

Tabla 5.

Valor de la energía eléctrica acumulada por condensador para MFE con diferente potencia y bajo distintas exigencias

MFE: Modo Potencia (P), W Requerimientos P • t, J

MFE 1: Pmax 280 PQ 140

MFE 1: Pmid 140 PQ 70

MFE 1: Plow 56 BP 112

MFE 2: Pmax 180 PQ 90

MFE 2: Pmid 90 PQ 45

MFE 2: Plow 36 BP 72

MFE 3: Pmax 22 PQ 11

MFE 3: Pmid 11 PQ 6

MFE 3: Plow 4 BP 8

Al obtener un volumen especificado de energía del condensador su voltaje debe disminuir de PMV del MFE en cierto 25 valor. Según los estudios realizados de manera óptima esta reducción se encuentra entre Δ = 3-5 %. Con ello la energía del condensador cambiará en el siguiente valor:

Esc = ((UВ2-U12)*C)/2, (4) donde C – la capacidad del condensador, UВ – la voltaje de MFE en PMV con la máxima insolación; U1 – voltaje intermedio fijo que es la más cercana al voltaje UВ.

30 Por lo tanto, el valor de la capacidad del condensador puede ser definida según la fórmula: С ≥ (k*PВ) / (UВ2-U12), (5)

donde PВ – potencia del invertor que corresponde al voltaje de MFE en PMV con la máxima insolación; k – coeficiente empírico que tiene dimensión de una unidad del tiempo.

El valor de la k puede ser estimado en función de los parámetros del condensador:

k = 2*τ*(1 -U12/UВ2), (6)

5 donde τ – constante de tiempo que depende de la tecnología de fabricación del condensador y de la resistencia interna del condensador RSC, cuyo algoritmo de determinación del valor se indica más arriba.

Para determinar los valores óptimos del coeficiente k los autores del invento realizaron un gran número de cálculos con posterior creación de simulación y la comprobación experimental del aparato para 1,45 seg ≤ τ ≤4.5 seg. Evaluaciones de los valores de k efectuados para MFE con potencia de 280 W (MFE-1), MFE con potencia de 180

10 W (MFE-2) y MFE con potencia de 20 W MFE (MFE-3 [3]). Los resultados de estas simulaciones y los experimentos se muestran en la tabla 6. Se ha determinado que el valor de k, que asegura el efecto técnico estable y determina el valor de la capacidad del condensador que se encuentra en un rango de 0,26 -0,53.

Aparato para la obtención de energía eléctrica del MFE (Fig. 2, 3) se compone de un módulo MFE (1), condensador (2), invertor CC/CA (3), medio para la medición del voltaje del condensador (4) y módulo de control (5).

15 Tabla 6

Valor del coeficiente k para MFE con diferente Uoc y con distintos condensadores

k: Rpv Rsc τ UВ ΔU Δ Evaluación integral del trabajo del sistema

0,141: 1 1 1,45 22 1,1 5,0% insatisfactoriamente

0,283: 1 0,5 1,45 22 1,1 5,0% satisfactoriamente

0,428: 1 0,33 1,45 22 1,1 5,0% bien

0,707: 1 0,2 1,45 22 1,1 5,0% bien

0,114: 1 1 1,45 33 1,32 4,0% insatisfactoriamente

0,227: 1 0,5 1,45 33 1,32 4,0% satisfactoriamente

0,344: 1 0,33 1,45 33 1,32 4,0% bien

0,568: 1 0,2 1,45 33 1,32 4,0% bien

0,086: 1 1 1,45 53 1,59 3,0% insatisfactoriamente

0,171: 1 0,5 1,45 53 1,59 3,0% satisfactoriamente

0,260: 1 0,33 1,45 53 1,59 3,0% bien

0,428: 1 0,2 1,45 53 1,59 3,0% bien

0,266: 1 1 4,5 53 1,59 3,0% insatisfactoriamente

0,532: 1 0,5 4,5 53 1,59 3,0% satisfactoriamente

0,806: 1 0,33 4,5 53 1,59 3,0% bien

1,330: 1 0,2 4,5 53 1,59 3,0% bien

En calidad del invertor CC/CA (3) puede utilizarse una unidad combinada que consta de uno o más conversores CC/CC en la entrada e invertor CC/CA en la salida.

Como medio (4) para medir el voltaje pueden utilizarse, al menos, tres dispositivos de umbral (DU), cada uno de los

20 cuales genera una señal que indica que existe en el condensador una cierto valor de voltaje (Fig. 3, sobre se muestran n dispositivos de umbral DUn). El módulo de control (5) puede ser un microprocesador o puede ser formado de los elementos de la lógica estándar.

imagen7

La potencia máxima del invertor CC/CA (3) no debe ser menor que la potencia nominal del MFE (1). El invertor CC/CA (3) está configurado con la posibilidas de cambiar la potencia de la máxima hacia la reducción de, al menos, en tres niveles. La salida del invertor CC/CA (3) está conectada a la red local de CA (6) (Fig. 2, 3). El condensador

(2) está conectado en paralelo a la entrada CC/CA del invertor (3). El módulo de control (5) está conectado al

5 invertor CC/CA (3) y el medios para medir el voltaje del condensador (4). Medio (4) para medir el voltaje está hecho para suministrar al módulo de control (5) la información sobre, al menos, tres valores fijos preestablecidos de voltaje del condensador (2). El módulo de control (5) está hecho con la posibilidad de cambiar los niveles de potencia de invertor CC/CA (3) dependiendo del nivel de voltaje del condensador (2). La resistencia interna del condensador (2) es, al menos, dos veces menor que la resistencia interna del MFE (1) en su PMP con la máxima insolación. La capacidad del condensador (2) se define así:

C ≥(k*PВ)/(UВ2-U12), (7)

donde C – capacidad del condensador en Faradios, PВ – la máxima potencia del MFE (1) con la máxima insolación, W; UВ – voltaje MFE (1) en el PMP con la máxima insolación, V; U1 – voltaje intermedio fijo en el PMP con la máxima insolación, la más cercana al voltaje UВ, V; k – coeficiente de valor absoluto de 0,3…0,5, seg.

15 El método de obtención de energía eléctrica del MFE mediante el aparato descrito arriba se efectúa de la siguiente manera.

Inicialmente, partiendo de las de las características de voltio-amperio de MFE (1) se determinan los siguientes parámetros: i) voltaje UВ en el PMP del MFE con nivel máximo de insolación; ii) voltaje U0 que es como mínimo un 25% del voltaje en vacío del MFE (1) para el invertor CC/CA (3) y al conectar al conversor CC/CC -como mínimo un 15% del voltaje en vacío del MFE; iii) voltaje U1 del MFE (1) en el PMP con al menos un nivel intermedio de insolación respecto a sus valores máximo y mínimo. A continuación, en el invertor CC/CA (3) se establecen niveles de potencia (РХ) que por su valor no inferior a la máxima potencia del MFE (1) con la mínima insolación (Р0), máxima insolación (РВ) y potencia del MFE (1) o, al menos, una insolación intermedia entre la mínima y la máxima. El aparato funciona según el siguiente escenario. Con la aparición y aumento de la insolación la energía del MFE (1) se 25 transfiere continuamente al condensador (2) y se acumula en el; al mismo tiempo se mide el voltaje (UС) del condensador (2). Cuando UС alcanza el valor U0 desde el medio (4) para medir el voltaje se envía una señal para encender el módulo de control (5). Una vez alcanzado UС el valor U1 desde el módulo de control (5) se envía una señal de encender el invertor CC/CA (3) para funcionar en el nivel de potencia P1. Cuando UС alcanza el valor UВ desde el módulo de control (5) se envía una señal de encender el invertor CC/CA (3) para funcionar en el nivel de potencia PВ. Las líneas de señales que corresponden a los voltajes U0, U1, ..., UВ se muestran en la Fig. 2, pos, 7. Y viceversa, con la disminución de insolación, el invertor CC/CA (3) consume la energía acumulada en el condensador

(2) y cuando UС baja hasta el valor U1 desde el módulo de control (5) se envía una señal para encender el invertor CC/CA (3) en el nivel de potencia Р1; con la disminución posterior de UС hasta el valor U0 desde el medio para medir el voltaje (4) se remite una señal al invertor CC/CA (3) para funcionar en el nivel Р0; al bajar UС a un valor inferior a

35 U0, desde el medio (4) para medir el voltaje se remite una señal para apagar el invertor CC/CA (3).

Para realizar el método como un medio para medir el voltaje puede ser utilizado, al menos, tres dispositivos de umbral (DU) (4), y con ello cada uno de ellos forma y envía una señal al módulo de control (5) una señal sobre la existencia en el condensador (2) de cierto voltaje. Un ejemplo de ejecución de un aparato concreto y de realización del método con ayuda de tal aparato se ilustra para el aparato con el invertor CC/CA (3) en la Fig. 3. Otro ejemplo que ilustra la realización del método y un aparato concreto donde se contempla el uso del conversor DC/DC (3) (Fig. 4) para asegurar el suministro de la carga por impulso (6) o acumulador de energía (8).

DATOS QUE CONFIRMAN LA POSIBILIDAD DE REALIZACIÓN DEL INVENTO

Para verificar la posibilidad de uso del método indicado de obtención de la energía eléctrica se ha utilizado lo siguiente:

45  un soporte de dos canales que permite registrar la cantidad de la energía recibida por dos canales independientes;  2 MFE estándar SPV-190M-24 (Sinski PV Co., Ltd) con potencia nominal de 190 W y voltaje en vacío Uoc = 43.4 V se encuantran situados fijos, uno cerca del otro y en el mismo plano;  supercondensador (en adelante -SC) con la capacidad eléctrica de 5.2 F y el voltaje de trabajo de 42V;  circuito electrónico que realiza la extracción de energía en modo de una carga constante.

Ejemplo 1. La comprobación experimental de identidad de ambos canales respecto al registro de la cantidad de energía ha sido realizada en condiciones de distintos niveles de insolación. El nivel promedio de insolación se valoraba mediante la normalización de la potencia media obtenida para el canal 1 durante el período de exposición concreta hasta la potencia nominal del MFE. El tiempo de exposición se seleccionaba arbitrariamente, pero no era 55 inferior a 60 segundos. Los resultados de la prueba se muestran en la tabla 7 de la descripción del invento. Para comprobar la efectividad del método propuesto de obtención de la energía eléctrica en el canal 2 ha sido incluido el aparato EETOS que fue testado según el modo similar para el canal 1. Los resultados de también se muestran en la tabla 7. Para todos los niveles de insolación se ha observado un mejor rendimiento del canal 2 con el aparato

imagen8

EETOS encendido que es el objeto del invento. Con ello la efectividad del aparato EETOS aumentaba cuando disminuía el nivel de insolación de 103.2% con el nivel de insolación de 91.2% hasta 3309% con el nivel de insolación de 0,1% del nivel de la potencia nominal del MFE.

Tabla 7 (continuación)

Potencia media obtenida del MFE con la potencia nominal 190 W, al usar el sistema EETOS (Tabla comparativa)

Nivel de insolación: Canal 1 y Canal 2 cargados igualmente bajo las mismas condiciones de insolación (sin usar EETOS) Canal 1 y Canal 2 cargados igualmente bajo las mismas condiciones de insolación (Canal 2 usando EETOS)

Canal 1: Canal 2 Diferencia de potencias P2/P1, % Canal 1 Canal 2 Diferencia de potencias P2/P1, %

Potencia media P1, W: Potencia media P2, W Potencia media P1, W Potencia media P2, W

0,0%: * * * 0,02 2,49 12450,0%

0,1%: 0,16 0,23 143,8% * * *

0,1%: * * * 0,21 6,95 3309,5%

0,4%: 0,8 1,13 141,3% * * *

0,7%: 1,24 1,61 129,8% * * *

0,7%: 1,33 1,76 132,3% * * *

1,0%: 1,83 2,22 121,3% * * *

0,9%: 1,65 2,16 130,9% * * *

1,4%: 2,72 3,14 115,4% * * *

2,2%: * * * 4,23 21,19 500,9%

2,8%: 5,23 6,2 118,5% * * *

2,8%: 5,41 6,49 120,0% * * *

3,8%: * * * 7,13 26,68 374,2%

5,1%: 9,77 11,38 116,5% * * *

5,3%: * * * 10,11 35,30 349,2%

7,8%: * * * 14,86 40,91 275,3%

8,3%: * * * 15,69 44,11 281,1%

8,9%: 16,87 18,71 110,9% * * *

11,7%: * * * 22,38 48,84 218,2%

12,1%: 22,91 25,11 109,6% * * *

Tabla 7 (continuación)

1: 2 3 4 5 6 7

17,3%: 32,96 35,07 106,4% * * *

imagen9

19,2%: * * * 36,50 63,57 174,2%

23,0%: 43,61 45,34 104,0% * * *

23,0%: 43,62 44,45 101,9% * * *

25,1%: * * * 47,71 71,14 149,1%

29,7%: 56,40 57,37 101,7% * * *

30,9%: 58,70 59,63 101,6% * * *

32,8%: 62,27 63,20 101,5% * * *

33,6%: * * * 63,88 83,75 131,1%

37,2%: 70,75 71,44 101,0% * * *

37,4%: 71,09 71,98 101,3% * * *

Tabla 7 (continuación)

1: 2 3 4 5 6 7

39,2%: 74,50 75,43 101,2% * * *

45,7%: 86,74 87,42 100,8% * * *

46,7%: 88,80 90,13 101,5% * * *

50,0%: * * * 95,04 104,28 109,7%

55,8%: 106,01 106,98 100,9% * * *

59,9%: 113,79 116,53 102,4% * * *

91,2%: * * * 173,31 178,93 103,2%

100,0%: 190,00 nominal - - - -

* -medición no se ha realizado

Ejemplo 2. La verificación experimental de la efectividad del método propuesto de obtención de la energía eléctrica se realizaba mediante la observación sobre el funcionamiento de ambos canales durante el día. Evaluación del nivel medio de insolación durante las horas de luz se realizaba mediante la normalización de la cantidad de energía recibida del canal 1, hasta la cantidad máxima de energía recibida durante las horas de luz desde el canal 1 durante todo el período de observaciones. El canal 2 se utilizaba con el aparato EETOS encendido (24 y 25/09) y sin él. Los resultados recibidos de las investigaciones se muestran en la tabla 8. El método propuesto ha permitido alcanzar el aumento de la cantidad de energía recibida durante las horas de luz del 27,8% y 22.9% con la insolación media de 80,1% y el 88,5% respectivamente.

imagen10

Tabla 8

Volumen de energía total obtenida del MFE con la potencia nominal 190 W, al usar el sistema EETOS (Tabla comparativa)

Fecha (día y mes): Nivel de insolación, % Canal 1 y Canal 2 cargados igualmente bajo las mismas condiciones de insolación Notas

Canal 1: Canal 2 Diferencia de energías Е2/Е1, %

Energía, Е1, J: Energía, Е2, J

14.09: 52,8% 1299161 1326644 102,1% Sin EETOS

16.09: 24,0% 591958 614582 103,8% Sin EETOS

19.09: 73,7% 1815613 1861046 102,5% Sin EETOS

20.09: 73,7% 1815601 1859295 102,4% Sin EETOS

21.09: 79,8% 1965744 2074504 105,5% Sin EETOS

24.09: 80,1% 1973170 2521434 127,8% Canal 2 conectado mediante EETOS

25.09: 88,5% 2180443 2679508 122,9% Canal 2 conectado mediante EETOS

Potencia nominal: 100,0% 2462440 - - -

Ejemplo 3. Para la verificación experimental de la posibilidad de creación del aparato propuesto ha sido utilizado 5 MFE fabricado sobre la base de células de silicio monocristalino. De acuerdo con la especificación del MFE éste tiene los siguientes parámetros: potencia nominal – 190 W, voltaje en vacío Uoc = 43.4 V, corriente de corto-circuito

– 6.5 A, resistencia interna – 6.3 Ohm, voltaje calculado del PMP del MFE Umpp = 0.8.Uoc = 34.7 V. Para el MFE basado en células de silicio monocristalino es característica la dependencia de PMP en el nivel de insolación y es muy cercana de la dependencia del tipo 2 (Fig. 6). En este caso, el método de obtención de la energía eléctrica se 10 realiza mediante el ajuste del sistema a tres niveles de voltaje utilizando tres niveles de voltaje para dispositivos de umbral (4) y tres niveles de potencia del invertor (3). El condensador (2) consta de 7 módulos BSC 6-30 fabricados sobre la base de de las formas estructuralmente perfectas de carbono y electrolitos acuosos. Según la especificación BSC 6-30 tiene los siguiente parámetros: capacidad eléctrica – 30 F, resistencia interna – menos de 0,15 Ohm, y corriente óptima – 10 A. En este caso, la capacidad eléctrica de un condensador (2) es de 4.5 F con el

15 voltaje de trabajo de 42 V. La resistencia interna del condensador (2) es de 1,05 Ohm que es 6 veces menor que la resistencia interna de un módulo MFE (1) en el PMP.

En calidad de invertor CC/CA (3) se ha utilizado el microinvertor MICRO-0.25-I-OUTD-208/240 fabricado por Power-

One, Inc. (Aurora Micro), diseñado para trabajar con el MFE individual. Según la especificaciones la potencia

nominal de Aurora Micro a la entrada – hasta 265 W, rango de voltajes de trabajo – de 12 a 60 V, corriente máxima – 20 12.5 A. El microinvertor Aurora Micro tiene la función MPPT para voltaje de entrada en el rango de 25 a 50 V, que

permite cambiar suavemente su potencia de 0,2 a 250 W. El voltaje mínimo de funcionamiento del microinvertor que

permite la conversión CC/CA, es de 12 V, o el 27,6% del voltaje en vacío del MFE Uoc = 43.4 o el 20% del voltaje

máximo en vacío que permite su especificación. A la salida el microinvertor Aurora Micro asegura la corriente alterna

de potencia nominal hasta 250 W, con voltaje de 230 V y frecuencia 50 Hz. La medición de voltaje de entrada y 25 salida, frecuencia, corriente, potencia y energía a la salida del microinvertor se realiza por medios ordinarios de

microinvertor Aurora Micro y se visualiza a través de la unidad de recolección de datos (Aurora CDD).

En calidad de línea local (6) fue utilizada la red de energía eléctrica de CA con tensión de 220 V y frecuencia 50 Hz.

Para implementar el módulo de control han sido fabricados tres dispositivos de umbral (4) sobre la base de

transistores bipolares KT 315 de baja potencia y de los microcircuitos lógicos de la serie K364, producidos según la 30 tecnología MOP. De acuerdo con el algoritmo de funcionamiento en tres niveles de gestión los dispositivos de

umbral DUВ, DU1 y DU0, fueron configurados para los siguientes voltajes: DUВ = 34.7 V, U1 = 32.0 V y U0 = 29.5 V. Al

llegar el voltaje al valor de umbral, el correspondiente DUn cambia la señal de salida, por ejemplo, de «1» a «0» o de

«0»: на «1».

Cuando el voltaje de umbral se alcanza, el correspondiente DUn cambia la señal de salida, por ejemplo, de «1» a

«0»: o de «0» на «1».

5 El módulo de control (5) ha sido fabricado sobre la base de los transistores de campo MOSFET (IRF3710PBF, STW12NK80Z), que se caracterizan por una baja caída de voltaje en modo abierto. El módulo de control (5) recibe las señales de la DUn de forma digital estándar y genera señal de control correspondiente para MOSFET también en forma de una señal digital (5 B). Conforme a los comandos del módulo de control (5), el invertor CC/CA (3) se cambia al nivel adecuado de potencia, es decir, P0 = 50 W, PВ = 200 W, P1 = 100 W.

10 Durante estos experimentos ha sido establecido que cuando el voltaje en vacío del MFE disminuye por debajo del 25% de su valor nominal, el funcionamiento del invertor CC/CA se vuelve inestable y, por lo tanto, resulta imposible establecer la existencia de un resultado técnico. En consecuencia, implementando el método y el aparato usando el conversor CC/CC al bajar el voltaje en vacío del MFE disminuye por debajo de un 15% de su valor nominal, tampoco ha sido posible establecer la existencia de un resultado técnico.

15 Ejemplo 4 describe los resultados de la verificación experimental del funcionamiento más efectivo de los sistemas con el aparato EETOS al obtener la energía de los MFE en un amplio rango de niveles de insolación en comparación con la eficiencia de los sistemas con la función MPPT.

Para este experimento ha sido utilizado el MFE con una potencia de 190 W y microinvertor MICRO-0.30-I-OUTD208/240 fabricado por Power-One, Inc. (Aurora Micro) utilizados en la realización de los ejemplos indicados arriba 20 №№ 1-3. Para comprobar la eficiencia del método propuesto en el Canal 1 fue incluido el aparato EETOS y en el Canal 2 fue incluido el microinvertor Aurora Micro con la función МРРТ. Para ambos canales 1 y 2 fueron asegurados los mismos niveles de insolación y de testeo con la metodología parecida. Los resultados de comprobación se muestran en la tabla 9. Estos resultados indican que para todos los niveles de insolación se ha observado una mayor eficiencia del Canal 1 con el aparato EETOS encendido, que es el objeto del invento. En este

25 caso la ganancia en energía obtenida del MFE es de 21.1 %, lo que indica la reducción de las pérdidas de energía eléctrica al obtenerla del MFE y, consecuentemente, el logro del resultado técnico al utilizar el método y el aparato conforme al invento.

Tabla 9

Volumen total de energía recibida del MFE con una potencia nominal de 190 w, usando el aparato EETOS (canal 1) y usando el aparato con МРРТ (canal 2) (tabla comparativa)

Exposición: Canal 1 con el aparato EETOS conectado Canal 2 con un microinvertor Aurora30 (МРРТ) conectado Relación de E1/E2, %

Inicio: tiempo, seg Potencia a la salida Р1, W Energía Е1, J Potencia a la salida Р2, W Energía Е2 J

1: 2 3 4 5 6 7

9_32: - - - - - -

9_41: 540 39,92 21557 0,13 70 30707,7%

10_00: 1140 73,23 83482 63,60 72504 115,1%

10_20: 1200 37,89 45468 2,91 3492 1302,1%

10_40: 1200 88,16 105792 83,01 99612 106,2%

11_00: 1200 86,94 104328 76,86 92232 113,1%

11_20: 1200 95,00 114000 94,56 113472 100,5%

11_40: 1200 87,45 104940 71,40 85680 122,5%

12_00: 1200 65,88 79056 63,09 75708 104,4%

(continuación)

12_21: 1260 100,61 126769 83,20 104832 120,9%

12_40: 1140 139,36 158870 134,97 153866 103,3%

13_00: 1200 130,88 157056 128,52 154224 101,8%

13_20: 1200 84,60 101520 75,15 90180 112,6%

Cuadro 9 (continuación)

1: 2 3 4 5 6 7

13_40: 1200 114,73 137676 102,27 122724 112,2%

14_00: 1200 94,82 113784 83,22 99864 113,9%

14_20: 1200 51,55 61860 10,53 12636 489,6%

14_40: 1200 114,54 137448 94,23 113076 121,6%

15_00: 1200 43,94 52728 33,51 40212 131,1%

15_20: 1200 12,24 14688 7,59 9108 161,3%

15_40: 1200 14,68 17616 9,90 11880 148,3%

16_00: 1200 21,83 26196 16,62 19944 131,3%

16_20: 1200 11,91 14292 7,74 9288 153,9%

16_40: 1200 14,12 16944 9,57 11484 147,5%

17_00: 1200 10,29 12348 0,24 288 4287,5%

17_20: 1200 5,52 6624 3,15 3780 175,2%

17_40: 1200 1,19 1428 0,27 324 440,7%

Total: 29280 - 1816470 - 1500480 121,1%

Las simulaciones y las investigaciones también han demostrado que la eficiencia del aparato EETOS depende del número de niveles de potencia del invertor y de los voltajes definidos correspondientemente del MFE en los niveles

5 intermedios de insolación. El aumento del número de estos puntos de regulación provoca una disminución de diferencia entre los niveles de potencia situados para el invertor o conversor; y, en consecuencia, tiene un efecto positivo en la mejora del Coeficiente de Eficiencia Útil de todo el sistema, pero afecta negativamente a su coste.

Experimentos realizados con MFE con potencia de hasta 190 vatios y el voltaje en vacío de 40 V demostró que el resultado técnico ya se manifiesta en la presencia de, al menos, tres niveles de potencia, y con ello la diferencia

10 entre voltajes entre los puntos vecinos de regulación se establecía entre 1V y 2.5V. La reducción de diferencias de los voltajes a un valor menor que 1 V conduce al aumento de capacidad del condensador, complica el aparto en general y, por tanto, se hace antieconómico. El valor óptimo de diferencias de los voltajes entre los puntos vecinos de regulación debe ser establecido en el rango de 3% a 5% del voltaje en vacío del MFE.

1.: Патент US 7709727 -Circuit arrangement for a photovoltaic system.-опубл. 04.05.2010.

2.: Патент US 7456523, -Power generation system, and administration apparatus and administration method of power generation system. -опубл. 25.11.2008.

3. Патент US 8400134, -Apparatus and methodology for maximum power point tracking for a solar panel. 5 опубл. 19.03.2013.

4.: Патент US 7808213, -Flexible power apparatus. -опубл. 05.10.2010.

5.: Патент EP 2075895, -Flexible power supply apparatus. -опубл. 05.01.2011.

6.: Патент UA 51651, -Пристрій і спосіб відбору енергії від фотоелектричного перетворювача. -опубл. 16.12.2002.

10 7. Патент RU 2195754, -Устройство и способ отбора электрической энергии от солнечной батареи, опубл. 27.12.2002.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. El método de obtención de la energía eléctrica del MFE (1) que partiendo de las características voltio-amperio del MFE (1), conectado en paralelo a la entrada de conversor CC/CC o invertor CC/CA (3), conectado en paralelo al supercondensador (2), realizado de tal manera que toda la energía eléctrica del MFE (1) se transmite continuamente

5 al supercondensador (2), conectado en paralelo al medio (4) de medición de voltaje del supercondensador UС, que están conectadas al módulo de control (5) conversor CC/CC o invertor CC/CA (3), que se distingue por el hecho de que el módulo de control (5):

 obtiene el valor del voltaje, definido por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia de MFE (1) con nivel máximo de insolación y toma este valor como primera referencia de voltaje de UВ junto con

10 el respectivo nivel de potencia PВ,  obtiene el valor del voltaje por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia potencia de MFE (1) con nivel intermedio de insolación y toma este valor como la segunda referencia de voltaje U1, junto con el respectivo nivel de potencia P1, conserva la tercera referencia aleatoria de voltaje UО como el mínimo voltaje que es al menor un 5% del voltaje en vacío del MFE para conversor CC/CC o al menos un 25% del voltaje

15 en vacío del para conversor CC/CA junto con el nivel aleatorio correspondiente de potencia PО, y guarda cuarta referencia aleatoria de voltaje de Uoff como el valor de voltaje en el momento de desconectar, que es menor que UО;  regula el valor de referencia de la potencia РХ para conversor CC/CC o invertor CC/CA (3) a uno de los anteriores valores arriba indicados de PВ, P1 o PО de tal manera que:

20  si se aumenta el voltaje del condensador UС y alcanza el valor de U0 o más, se enciende el conversor CC/CC o invertor CC/CA; si se incrementa aún más UС y se logra un valor en el rango entre U1 y UВ, PХ se establece en el nivel P1; y cuando UС alcanza el valor UВ, PХ se establece en el nivel РВ;  al disminuir el voltaje del condensador UС hasta un valor en el rango de entre U1 e UО, el valor de referencia de la potencia PХ se establece en el nivel P1; al reducirse aún más el UС hasta un valor en el rango de entre UО y

25 Uoff, PХ se establece en el nivel PО; al reducirse el UС hasta valores por debajo de Uoff, conversor CC/CC o el el invertor CC/CA (3) se desactiva.
2. El método según el p. 1 se caracteriza por lo que la energía recojida se transforma en corriente alterna con la ayuda de invertor CC/CA (3) y continuamente se sirve en la red local de corriente alterna (6), y con ello la potencia del invertor CC/CA (3) se establece de acuerdo con la referencia de potencia PХ.

30 3. El método según el p. 1 se caracteriza por lo que energía recojida se transforma en corriente alterna con la ayuda de conversor CC/CC(3) y se dirige al acumulador de energía, y con ello la potencia del conversor CC/CC(3) se establece de acuerdo con la referencia de potencia PХ.
4. El aparato para obtener la energía eléctrica de MFE (1), que se compone de invertor CC/CA (3) con una capacidad de al menos de la potencia nominal de MFE (1) y con la posibilidad de conectar su salida a la red local de 35 corriente alterna (6), o con conversor CC/CC con una capacidad de al menos de la potencia nominal de MFE (1) y con la posibilidad de conectarlo a la entrada del condensador de energía conectado en paralelo a la entrada del invertor CC/CA o conversor CC/CC (3), medio para medir el voltaje del condensador (4), el módulo de control (5), unido con el invertor CC/CA o conversor CC/CC (3) y medio (4) para para medir el voltaje del condensador, se distingue por el hecho de que el invertor CC/CA o conversor CC/CC(3) ha sido realizado con la posibilidad del 40 cambio de la potencia de acuerdo con la referencia de la potencia de PХ entre por lo menos tres niveles de PВ, P1 о PО, y con ello en medio (4) para medir el voltaje está hecho con la posibilidad de facilitar al módulo de control (5) la información sobre por lo menos tres valores fijos especificados del condensador, el módulo de control (5) está hecho con la posibilidad de cambiar los niveles de potencia del invertor CC/CA o conversor CC/CC de (3) en función del condensador de acuerdo con la referencia de potencia PХ, y con ello la resistencia interna del condensador (2) es

45 por lo menos dos veces menor que la resistencia interna del MFE (1) en el punto de máxima potencia (PMP) y la capacidad del condensador (2) se define así:

C ≥(k*Pв) / (Uв2-U12),

donde C – capacidad del condensador (2) en Faradios, PВ – la máxima potencia del MFE (1) con la máxima insolación, W; UВ – voltaje MFE (1) en el PMP con la máxima insolación, V; U1 – voltaje intermedio fijo del MFE (1) 50 en el PMP con la insolación menor que la máxima; k – coeficiente de valor absoluto de 0,3…0,5, seg, y el módulo de control (5) está hecho con la posibilidad de:

 obtener el valor del voltaje Uв, definido por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia de MFE (1) con nivel máximo de insolación y tomar este valor como primera referencia de voltaje junto con el respectivo nivel de potencia PВ,

55  obtener un valor del voltaje U1, definido por el medio (4) de medición de voltaje en el punto de máxima potencia de MFE (1) con nivel intermedio de insolación y tomar este valor como segunda referencia de voltaje junto con el respectivo nivel de potencia P1, conserva la tercera referencia aleatoria de voltaje UО como el mínimo voltaje que es al menor un 5% del voltaje en vacío del MFE para conversor CC/CC o al menos un 25% del voltaje

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en vacío del para conversor CC/CA junto con el nivel aleatorio correspondiente de potencia PО, y guardar cuarta referencia aleatoria de voltaje de Uoff como el valor de voltaje en el momento de desconectar, que es menor que PО,

 regular el valor de referencia de la potencia РХ para conversor CC/CC o invertor CC/CA (3) a uno de los 5 anteriores valores PВ, P1 o PО de tal manera que:

o si se aumenta el voltaje del condensador UС y alcanza el valor de U0 o más, se enciende el conversor CC/CC o invertor CC/CA; si se incrementa aún más UС y se logra un valor en el rango entre U1 y UВ, PХ se establece en el nivel P1; y cuando UС alcanza el valor UВ, PХ se establece en el nivel РВ;

o al disminuir el voltaje del condensador UС hasta un valor en el rango de entre U1 e UО, el valor de referencia

10 de la potencia PХ se establece en el nivel P1; al reducirse aún más el UС hasta un valor en el rango de entre UО y Uoff, PХ se establece en el nivel PО; al reducirse el UС hasta valores por debajo de Uoff, conversor CC/CC

o el el invertor CC/CA (3) se desactiva.
5. El aparato según el p. 4 que se distingue por lo que el invertor CC/CA (3) o conversor CC/CC se compone de un módulo combinado que contiene uno o varios conversores CC/CC a la entrada y invertor CC/CA a la salida.

15 6. El aparato según el p. 4 que se distingue por lo que como medio (4) para medir el voltaje han sido utilizados al menos, tres dispositivos de umbral, cada uno de los cuales genera una señal de la existencia en el condensador (2) de cierto voltaje.
7. El aparato según el p. 4 que se distingue por lo que el módulo de control (5) es un microprocesador.
8. El aparato según el p. 4 que se distingue por lo que el módulo de control (5) está construido de elementos 20 rígidos de la lógica.

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