ES2833748T3

ES2833748T3 - Sistema de suministro entrelazado de energía solar de alta eficiencia

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Publication number: ES2833748T3
Application number: ES17150670T
Authority: ES
Inventors: Anatoli Ledenev
Original assignee: AMPT LLC
Current assignee: AMPT LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: JP6521531B2; EP2973982A1; ES2881925T3; CN105229914B; CN105229914A; EP2973982B1; WO2014143021A1; EP2973982A4; CA2942616C; CA2942616A1; JP2016512944A; EP3176933B1; EP3176933A1

Abstract

Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia que comprende las etapas de: - aceptar una primera energía procedente de una primera fuente de energía fotovoltaica (5) por medio de un puerto de entrada de CC de un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6); - conversión (6) CC-CC de fase básica de dicha primera energía (5) mediante la utilización de un primer inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) con una primera derivación de inductor (57) para entregar un suministro de energía de CC de fase básica (71) conectado a dicho primer inductor con derivación (57) en el que ambas entradas de dicho primer inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6); - aceptar una segunda energía procedente de una segunda fuente de energía fotovoltaica (7) por medio de un puerto de entrada de CC de un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8); - conversión (8) CC-CC de fase modificada, de dicha segunda energía mediante la utilización de un segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) con una segunda derivación de inductor (57) para entregar un suministro de energía de CC de fase modificada (72) conectado a dicha segunda derivación de inductor (57), en la que ambas entradas de dicho segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56), están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8); - control (11) de fase síncrona de dicha etapa de conversión de CC-CC de fase básica de dicha primera energía con dicha etapa de conversión de CC-CC de fase modificada de dicha segunda energía; - combinar (9) energía en serie de inductancia de bajo almacenamiento de dicho suministro de energía de CC de fase básica (71) con dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72) a través de un conjunto de circuitos de adición de tensión que incluye un inductor de combinación en serie de almacenamiento de baja inductancia (17) conectado entre dichas primera y segunda derivaciones de inductor para añadir una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase básica a una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase modificada con un condensador de salida de bajo almacenamiento de energía (18) para proporcionar una salida de CC de conversión fotovoltaica combinada (10) a un punto de máxima energía (75); y - controlar (63) la salida del límite fotovoltaico de dicha etapa de conversión CC-CC de fase básica de dicha primera energía y dicha etapa de conversión CC-CC de fase modificada de dicha segunda energía para una tensión máxima (73) que anula dicho punto de máxima energía (75) o para una corriente máxima (74) que anula dicho punto de máxima energía como mínimo en algunos momentos del funcionamiento.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de suministro entrelazado de energía solar de alta eficiencia

I. SECTOR TÉCNICO

La presente invención está centrada en el sector de proporcionamiento de energía solar, incluyendo, pero no estando limitada a sistemas y disposiciones de energía para residencias y comercios. En particular, se refiere a procesos, dispositivos y conjuntos de circuitos que pueden proporcionar dicha energía de una manera más eficiente. Asimismo, puede hallar aplicación, en sistemas de energía en general que tengan alguna de las cualidades más fundamentales de las fuentes de energía solar con los mismos efectos.

II. ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La importancia de la energía solar para la sociedad es conocida desde hace muchos años. Ofrece energía limpia, pero requiere sacar partido de la energía y alimentarla a la red eléctrica o a otra carga. La eficiencia en la generación es de un interés particular. Un aspecto que ha demostrado ser particularmente problemático es la capacidad de aprovechar la energía de un modo eficiente en todo el espectro energético deseado. Debido a que el influjo de la energía solar puede variar y debido a que el efecto fotovoltaico en sí mismo puede variar, existen problemas eléctricos que permanecen hasta cierto punto. Además de las cuestiones técnicas, los límites de las reglamentaciones tales como las que son deseables para la seguridad y similares pueden plantear también retos. Adicionalmente, la combinación de fuentes fotovoltaicas, tal como en las cadenas de paneles o similares, se une para hacer que el aprovechamiento eficiente de la energía sea un problema. Como un ejemplo, un hecho interesante es que frecuentemente, con la tecnología actual, la generación de energía más eficiente (posiblemente a la tensión más elevada después de la conversión) es una situación en la que no se suministra energía de manera sustancial. Esta aparente paradoja es un problema que sigue siendo un desafío para los técnicos del sector. De forma similar, el deseo de generar más y más energía, tal como mediante grandes cadenas de paneles se ha convertido en un problema debido a los límites de las reglamentaciones y similares.

La presente invención da a conocer circuitos y procedimientos mediante los cuales muchos de estos problemas pueden ser reducidos o incluso eliminados. Proporciona diseños con una eficiencia poco habitual en la generación de energía y proporciona un valor considerable a quienes desean utilizar de manera eficiente energía solar u otras fuentes de energía.

La Patente EP 2 515 424 A2 se refiere a un convertidor de corriente continua a corriente continua (CC). El convertidor tiene un medio puente primario que está conectado en paralelo a un terminal primario y está dotado de un circuito en serie que comprende elementos de conmutación. Un medio puente secundario está conectado en paralelo a un terminal secundario y está dotado de un circuito en serie que comprende elementos de conmutación. En la Patente US 2012/0043818 A1 se dan a conocer circuitos de conmutación para la extracción de energía de una fuente de energía eléctrica. Cada circuito de conmutación incluye un puerto de entrada acoplado eléctricamente al puerto respectivo de una fuente de energía eléctrica, un puerto de salida, y un primer dispositivo de conmutación adaptado para conmutar entre sus estados conductivo y no conductivo para transferir energía del puerto de entrada al puerto de salida.

La Patente US 2003/0218449 da a conocer procedimientos y conjuntos de circuitos para combinar las salidas de convertidores de energía multifásicos.

La Patente US 4,634,943 da a conocer un dispositivo de control para una disposición de conmutación con una fuente de corriente continua que alimenta una carga a través de una unidad de regulación de un rectificador semiconductor que tiene dos elementos rectificadores semiconductores controlables de idéntica dirección de conductancia como parte de la unidad de regulación.

En la Patente US 2011/0210611 A1 se dan a conocer circuitos de energía solar que buscan reducir o eliminar el riesgo de daños a los componentes de los circuitos de energía fotovoltaica. En ciertas realizaciones se utilizan diodos para impedir un flujo de corriente inversa.

La Patente EP 0383971 se refiere a un circuito de alimentación para una locomotora multi-sistema. El circuito de alimentación contiene un primer y un segundo convertidor de energía, cada uno de los cuales está conectado de una manera eléctricamente conductiva a un primer y un segundo inversor por medio de un primer y un segundo condensador de circuito intermedio.

En la Patente TW 2010037958 se dan a conocer diferentes sistemas para conseguir la conversión de energía solar con conjuntos de circuitos que pueden ser utilizados para aprovechar la máxima energía de una fuente solar, o de cadenas de paneles para su utilización con CC o CA.

Miwa et al. en “High efficiency Power Factor Correction Using Interleaving Techniques”, Proceedings of the Annual Applied power Electronics Conference and Exhibition, Feb. 23-27, 1992, p. 557-568 estudia un convertidor de corrección de factor de potencia de alta eficiencia para aplicaciones informáticas.

III. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En consecuencia, la presente invención incluye una variedad de aspectos, circuitos, y procesos en varias realizaciones que pueden ser seleccionados en diferentes combinaciones para adaptarse a diferentes necesidades y conseguir diversos objetivos. Se dan a conocer dispositivos y procedimientos para conseguir de manera poco habitual un suministro de energía solar y de otras energías, de una alta eficiencia, de un modo que es más beneficioso para una diversidad de cargas. Las realizaciones ofrecen algunos modos iniciales para conseguir un suministro o generación de energía de alta eficiencia y muestran interpretaciones generales que pueden ser adaptadas y modificadas para conseguir los objetivos siguientes y otros. Por supuesto, son posibles desarrollos y mejoras adicionales manteniéndose dentro de las enseñanzas de la presente invención.

Tal como se ha indicado, uno de los objetivos básicos de las realizaciones de la invención es dar a conocer una generación altamente eficiente de energía solar y de otras energías. Se puede proporcionar convertidores de energía eficientes y otros conjuntos de circuitos que pueden conseguir este objetivo de múltiples maneras.

Otro objetivo de las realizaciones de la invención es poder dar a conocer cadenas mejoradas de fuentes de energía, tales como las que pueden ser halladas en una disposición energética, o en otras instalaciones solares o similares. Otro objetivo más de las realizaciones de la invención es proporcionar una mejor eficiencia operativa en todos los regímenes de generación de energía. Para mantener este objetivo, otro aspecto es proporcionar una tensión operativa mayor que puede ser próxima a, pero no sobrepasar, los límites de reglamentaciones u otros límites en todas las situaciones de generación de energía.

Otro objetivo más de las realizaciones de la invención es proporcionar una menor inductancia, una baja capacitancia y un menor almacenamiento de energía, tanto en los niveles de entrada como de salida. Un objetivo similar es proporcionar una menor ondulación en las salidas para conjuntos de circuitos eléctricos que funcionan en fuentes de energía solar y en otras fuentes.

Naturalmente, en las especificaciones y en las reivindicaciones se presentan otros objetivos de la invención.

IV. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un esquema de un conjunto de circuitos tal como está configurado para una realización entrelazada en fase de la presente invención.

Las figuras 2a y 2b son diagramas de tiempo para conseguir el control de acuerdo con varias realizaciones de la presente invención.

La figura 3 es un tipo de diagrama de valor relacionado con la eficiencia, que compara conceptualmente varios modos operativos de la presente invención con algunos sistemas tradicionales.

La figura 4 es un esquema de un conjunto de circuitos tal como está configurado para una realización de inductor acoplado con derivación, de un diseño entrelazado en fase para la presente invención.

La figura 5 es un esquema de un conjunto de circuitos de un inductor acoplado con derivación tal como está configurado para una parte de una realización de tensión de cadena aditiva de la presente invención.

La figura 6 es un esquema de un conjunto de circuitos tal como está configurado para la realización de una configuración entre paneles de la presente invención.

La figura 7 es un esquema de un conjunto de circuitos tal como está configurado para otro ejemplo más de cadenas en fase.

La figura 8 es un diagrama conceptual de modos controlados por límites, de la presente invención.

V. MODO (O MODOS) DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

Tal como se ha mencionado anteriormente, la presente invención incluye una variedad de aspectos que pueden ser combinados de diferentes modos. Las descripciones siguientes se dan a conocer para enumerar elementos y describir algunas de las realizaciones de la presente invención. Estos elementos están enumerados en las realizaciones iniciales, aunque se debe comprender que pueden estar combinados de cualquier manera y en cualquier número para crear variantes adicionales. Los diversos ejemplos descritos y las realizaciones preferentes no deben ser considerados como que limitan la presente invención a únicamente los sistemas, técnicas y aplicaciones descritos explícitamente. Además, se debe entender que esta descripción soporta y abarca descripciones y reivindicaciones de todas las diversas realizaciones, sistemas, técnicas, procedimientos, dispositivos y aplicaciones con cualquier número de los elementos dados a conocer, con cada elemento por separado, y asimismo con cualesquiera y todas las diversas permutaciones y combinaciones de todos los elementos en esta o en cualquier aplicación posterior.

Tal como se muestra en la figura 1, la generación de energía solar puede implicar aceptar más de una fuente de energía (1), tales como las que pueden ser generadas mediante una o varias fuentes fotovoltaicas individuales (2). Como es bien conocido, la fuente fotovoltaica puede ser un panel solar (19) (tal como el mostrado en la figura 6) o incluso células solares individuales (20) (asimismo como las mostradas en la figura 6). En la figura 1, las fuentes (2) se pueden agregar para crear una fuente de energía fotovoltaica (1) conceptual. La salida individual (3) desde una de las fuentes fotovoltaicas (2) puede ser una salida de energía de Cc. Esta salida (3) de energía de cC puede ser convertida en una versión modificada de la energía de CC. Esto puede, pero no tiene por qué, ocurrir a nivel de módulo, tal como por medio de un módulo u otro tipo de convertidor que no se muestra, pero que se podría mostrar, pero no tiene por qué existir para cada panel (19) o cada fuente fotovoltaica (2). Dicho convertidor puede ser configurado para operar en o con paneles individuales o módulos y puede controlar el aprovechamiento de la energía para conseguir un funcionamiento en el punto de energía máxima individual, como es conocido.

Como se ha mencionado, en una realización de la presente invención tal como la mostrada en la figura 1, la salida de una serie de paneles solares o, más generalmente fuentes (2), se puede agregar para crear una fuente fotovoltaica conceptual de energía (1). Esta fuente de energía, posiblemente agregada, es asimismo una salida de energía de CC, y en este caso, considerada como una primera fuente fotovoltaica de energía (5), puede ser además manipulada o convertida por medio de un convertidor fotovoltaico CC-CC, posiblemente mostrado en este caso como un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) para proporcionar una salida conmutada de fase básica (71).

De manera similar, otra fuente de energía agregada, considerada en este caso como una segunda fuente de energía fotovoltaica (7), puede ser convertida asimismo por medio de un convertidor fotovoltaico CC-CC, en este caso mostrado como un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8) para proporcionar una salida conmutada de fase modificada (72). Tanto el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) como el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8), pueden tener sus salidas combinadas mediante un conjunto de circuitos de combinación (9), para proporcionar una salida de CC fotovoltaica combinada de conversión (10). Además, tanto el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6), como el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8), pueden ser controlados de manera similar, tal como mediante un control de fase síncrono (11) que de manera sincronizada activa los conmutadores o similares de los dos convertidores, de modo que sus operaciones responden a una temporización de conmutación en sincronismo mutuo, sea en oposición o de otro modo. Tanto el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6), como el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8), pueden ser considerados combinados como un convertidor fotovoltaico CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (15) de, que puede actuar sobre dos fuentes o energía (1) y puede proporcionar una salida de CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (65). Estas salidas pueden ser combinadas para ofrecer una disposición u otra salida de CC mejorada de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (66).

En las aplicaciones habituales, es normal que la salida de CC fotovoltaica combinada de conversión (10) sea proporcionada como una entrada a una carga, mostrada como un inversor fotovoltaico de CC-CA (12) como solamente una posibilidad. El inversor fotovoltaico de CC-CA (12) puede proporcionar una salida de energía fotovoltaica de CA (13). Este se puede conectar a una red o similar. Tal como se muestra, asimismo, se pueden conectar unas cadenas de dicha energía en paralelo (14) para proporcionar mayor energía al inversor fotovoltaico de CC-CA (12). Es posible, asimismo, disponer un sistema integrado tal que tenga integrados tanto el convertidor fotovoltaico CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (15), como el inversor fotovoltaico CC-CA (12) para ofrecer un convertidor fotovoltaico (16) combinado CC-CC-CA de alta eficiencia.

En funcionamiento, el sistema puede aceptar primero energía de la primera fuente fotovoltaica de energía (5), realizar la conversión CC-CC de fase básica para crear un suministro de energía de CC de fase básica mediante el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) . De manera similar, la energía aceptada de una segunda fuente de energía tal como la segunda fuente de energía fotovoltaica (7) puede ser convertida mediante un proceso de conversión CC-CC de fase modificada para proporcionar y crear un suministro de energía de CC de fase modificada. Tanto el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) como el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8) pueden tener conmutadores para conseguir sus operaciones. Estos conmutadores pueden ser controlados por algún tipo de controlador, posiblemente un control de fase síncrono (11). Las salidas del suministro de energía de CC de fase modificada y del suministro de energía de CC de fase básica pueden ser combinadas para conseguir la mencionada salida de CC fotovoltaica combinada de conversión (10).

Para permitir una generación de energía mayor, es posible que el proceso de combinación de los diferentes suministros de energía pueda implicar el proceso de series que combinen los suministros de energía. El conjunto de circuitos de combinación (9) puede ser configurado como conjuntos de circuitos configurados de energía en serie, de modo que la tensión o similar de los dos generadores de energía se sume. Tal como se describe más adelante con referencia a las figuras 4, 6 y 7, se puede comprender que el conjunto de circuitos de combinación (9) puede implicar una o varias tanto de inductancias como de capacitancias. Estos elementos pueden ser configurados para tener unos requisitos de almacenamiento de energía excepcionalmente bajos para un sistema fotovoltaico, y de este modo la presente invención puede conseguir un almacenamiento de energía excepcionalmente bajo en el convertidor de entrada y de salida, tal como se explicará más adelante. En dicha configuración, se puede considerar que el conjunto de circuitos comprende un inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (17) y/o un condensador de bajo almacenamiento fotovoltaico (18) de los que está compuesto el convertidor de CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (59). Cuando está configurado como un circuito en serie de combinación de energía, el conjunto de circuitos de combinación (9) puede ofrecer un conjunto de circuitos de tensión aditivos que suman la tensión de salida de un suministro de energía tal como la salida conmutada de la fase básica a la tensión de salida de otro suministro de energía tal como la salida conmutada de fase modificada. La etapa de adición de tensión puede permitir una mayor generación de energía o eficiencia de suministro mientras no supere los límites de la reglamentación tal como se ha mencionado anteriormente. Esto también se puede conseguir por medio de la adición a baja inductancia de las tensiones según las explicaciones de la presente invención.

Tal como se ha mencionado, los convertidores pueden estar basados en un tipo de funcionamiento en modo de conmutación. Dichos convertidores pueden tener una serie de conmutadores diferentes a través de cuyas operaciones pueden conseguir los objetivos deseados. En diferentes realizaciones de la presente invención se muestran varios tipos de convertidores. Tal como se muestra en las figuras 4, 5, 6 y 7, los convertidores pueden tener conmutadores (por ejemplo, 21 a 46) que pueden estar controlados para conseguir los objetivos deseados. Este control puede ser específico de realizaciones de la presente invención y puede ser un aspecto importante para alcanzar los objetivos deseados, así como una importante diferencia en el funcionamiento en comparación con los conjuntos de circuitos similares anteriores. Además, algunos de los conmutadores tales como los etiquetados (44 y 45 y similares) pueden ser conmutadores activos, diodos o incluso una combinación de diodos con un conmutador activo. El control positivo de los conmutadores puede ser un control de fase síncrono (11) como se ha mencionado anteriormente. Tal como se muestra en la figura 1, un control síncrono literal o conceptual puede activar múltiples convertidores de modo que sus conmutadores están sincronizados durante el funcionamiento. Naturalmente, dos o más controles separados con una temporización común pueden ser utilizados siempre que sus ciclos de tiempo sean comunes, de modo que los dos convertidores estén funcionando bajo un único modo de temporización.

El control puede ser mediante un ciclo de trabajo que controle los conmutadores en los convertidores. Un controlador del ciclo de trabajo (51) puede estar dispuesto común a ambos convertidores como se muestra, y de este modo puede ser considerado un controlador del ciclo de trabajo común para conseguir la etapa de control del ciclo de trabajo común de modo que conmute los dos convertidores que pueden ser utilizados sincronizadamente de acuerdo con los programas deseados. Mediante la disposición de un controlador común o, como mínimo, controlando sincronizadamente los convertidores, se puede considerar que las realizaciones de la invención proporcionan una señal de temporización común para el funcionamiento con conmutación. Esta señal común de temporización puede producir específicamente modos de funcionamiento de acuerdo con la invención. Por ejemplo, las figuras 2a y 2b muestran algunos ejemplos de esta señal común de temporización para las realizaciones de la invención de inductor acoplado magnéticamente con derivación, tal como el mostrado en la figura 4. En estas figuras, aproximadamente un 25 % (figura 2b) y un 121/2 % (figura 2a) del funcionamiento del ciclo de trabajo está presentado conceptualmente mostrando el funcionamiento de los conmutadores (21 a 28) tal como se indica. Aunque no se muestra, es posible por supuesto un funcionamiento del 0 % al 100 %. Como se puede comprender en el contexto de la comparación de las operaciones de los conmutadores (21 y 24), los conmutadores (26 y 27), los conmutadores (22 y 23) y los conmutadores (25 y 28), se pueden ver los modos de control sincronizado y opuesto. Estos conmutadores se pueden utilizar secuencialmente de modo que las salidas de cada convertidor se oponen una a la otra y conmutan en momentos diferentes. Tal como se puede comprender a partir de la figura 2b, esto puede ofrecer ventajas de manera que los modos de funcionamiento opuestos pueden compensar y contrarrestar uno el efecto del otro en el conjunto de circuitos de combinación (9) y de este modo permitir un menor almacenamiento de energía y un funcionamiento más eficiente. Presentando un controlador en oposición de fase (52), las realizaciones de la invención pueden ser configuradas de modo que un convertidor esté conectado, generando energía, de forma activa o similar cuando otro está desconectado o similar, y viceversa. Mediante dicho control positivo de los conmutadores el control en oposición de fase en la etapa de conversión de la energía puede conseguir reducciones en el almacenamiento de la energía, así como una ondulación reducida y otras ventajas. Este controlador en oposición de fase (52) puede estar diametralmente opuesto, de tal modo que proporciona un controlador de conmutación del convertidor fotovoltaico a 180° y un control de conmutación del convertidor fotovoltaico a 180° de la salida de CC o los convertidores tal como se muestra. De este modo, los componentes del convertidor pueden suministrar energía según una planificación o proceso entrelazado para conseguir las ventajas mencionadas.

De manera similar, mediante el diseño entrelazado, se pueden conseguir asimismo ventajas. Esto se puede comprender conceptualmente haciendo referencia a la figura 3 en la que el eje inferior representa el porcentaje de funcionamiento del ciclo de trabajo. Posiblemente, de forma no cuantitativa, la figura 3 puede ser interpretada como que representa un tipo de eficiencia del valor de todo el intervalo de ciclos de trabajo. También compara un funcionamiento tradicional con alguno de los modos de funcionamiento mejorados. En los sistemas anteriores, los convertidores pueden haber presentado eficiencia (o más apropiadamente ineficiencia) dentro de un intervalo de ciclo de trabajo del 0 % al 100 %, como está mostrado conceptualmente en la figura 3 por medio de la curva indicada como (53). Al comprender que para algunos valores y en algunos casos el gráfico conceptual de la figura 3 puede ser considerado como que presenta ineficiencia o incluso una conversión de energía a lo largo del eje vertical, se puede ver que existe una ineficiencia significativa en muchos sistemas tradicionales aparte de las áreas del ciclo de trabajo del 0 % y el 100 %. A partir de ello, se puede comprender conceptualmente que en muchos modos operativos tradicionales (diseños con una configuración de energía del ciclo de trabajo completo), los convertidores son a menudo menos eficientes en el punto medio de funcionamiento. Estos eran muy eficientes en el ciclo de trabajo de funcionamiento del 0 % (energía nula) y asimismo en el modo del ciclo de trabajo del funcionamiento del 100 % (sin conversión), pero pueden ser menos significativos desde una perspectiva de conversión. De este modo, tal como los expertos en la técnica han comprendido, durante las situaciones más significativas de generación de energía o como mínimo de suministro, tales como en el intervalo del ciclo de trabajo operativo del 50 % al 100 %, a menudo las posiciones más corrientes, como promedio el convertidor no era tan eficiente. Por ejemplo, para una salida máxima de 60 voltios del panel, un convertidor de energía de ondulación de ciclo completo más tradicional podía proporcionar una salida que varía desde 0 hasta 60 voltios. En un ciclo de trabajo del 0 % (0 voltios) no existía suministro de energía; en un ciclo de trabajo del 50 % existía energía, pero con la peor eficiencia; al 100 % no se conseguía la conversión. Las realizaciones de la presente invención muestran que este modo de funcionamiento puede ser mejorado. Tal como se explica más adelante, toda la eficiencia mejora mediante los modos operativos en fase, disponibles actualmente gracias a la presente invención.

Con respecto a la curva indicada como (54), se puede comprender que este modo concreto muestra un funcionamiento de las realizaciones diseñado para conseguir una configuración de energía de medio ciclo de trabajo. Tal como se puede comprender conceptualmente a partir de este gráfico, la eficiencia puede ser mejorada (reducida la ineficiencia) mediante realizaciones de la presente invención. De manera similar, en la curva indicada como (55) se puede comprender un modo operativo que utiliza una configuración de la energía de medio ciclo de trabajo con o sin el modo operativo de fase. Tal como se muestra, incluso se pueden conseguir ventajas adicionales (esto puede no estar disponible en algunas realizaciones de la presente invención). Incluso el aspecto de variar la tensión en todos los regímenes operativos cambia para realizaciones de la presente invención. De esta manera, en la presente invención no varía la tensión de salida, permaneciendo relativamente constante y de este modo se puede conseguir una tensión de suministro alta (por sí mismo el modo más eficiente de suministrar energía).

Se puede considerar que la figura 3 indica la cantidad de ondulación tal como pasa a través del inductor de energía (17) de bajo almacenamiento fotovoltaico o similar, la energía de almacenamiento de corriente de ondulación, e incluso el carácter de punto óptimo entre los diversos ciclos de trabajo. Se mejora el número de puntos óptimos disponibles en funcionamiento con un suministro sustancial de energía, para las operaciones de alta eficiencia de conversión según la presente invención. Se puede comprender que los puntos óptimos (máxima eficiencia práctica y/o ineficiencia relativamente pequeña o nula) existen en posiciones en que el gráfico toca el eje inferior. Puede existir un punto óptimo en algunos conjuntos de circuitos tradicionales al 0 % y al 100 % de funcionamiento. Desgraciadamente, estos son a menudo sitios de escaso interés dado que pueden ser menos corrientes o al menos no pueden implicar un suministro sustancial de energía. En realizaciones de la presente invención pueden existir puntos óptimos en el 50 % y el 100 %, o incluso en el 25 % y el 50 %. Por medio de dichos diseños y del modo de funcionamiento, las realizaciones pueden proporcionar de esta manera una salida fotovoltaica de punto óptimo aumentado. Estos puntos óptimos aumentados pueden existir ahora incluso en lugares de conversión sustancial de energía de funcionamiento y pueden ser un efecto producido por el nuevo modo en oposición de fase de control operativo por medio del control sincronizado (11). Tal como se muestra en la figura 3, para realizaciones de la presente invención, puede existir ahora un punto óptimo incluso en sitios en los que se produce una conversión de energía significativa, no solamente en los extremos de los modos operativos como en muchos diseños tradicionales. De este modo, la invención puede proporcionar una salida fotovoltaica convertida de punto óptimo de generación o suministro de energía, así como una salida fotovoltaica de punto óptimo aumentada. Como es bien conocido, los paneles solares pueden tener efectos de temperatura; generan energía de forma diferente en diferentes condiciones de temperatura, y en una magnitud significativa la variación en el ciclo de trabajo puede ser debida a esto (así como a sombras parciales, etc.). De hecho, la representación de la figura 3 puede ser considerada como indicativa de un efecto de temperatura con una condición de generación de energía a temperatura caliente más probable en el ciclo de trabajo del 100 %, y una condición de generación de energía a temperatura fría más probable en el ciclo de trabajo del 50 % para un máximo aprovechamiento de la energía. Para muchos sistemas tradicionales el funcionamiento a una temperatura más fría tiene un modo de conversión de una eficiencia algo menor. Mediante las realizaciones de la invención puede existir alta eficiencia en dichas condiciones de generación de energía a temperatura reducida y de este modo la invención puede ofrecer una salida fotovoltaica de punto óptimo en condiciones de temperatura reducida de manera fotovoltaica. Para ciertos diseños, puede existir incluso una salida fotovoltaica de punto óptimo en régimen operativo frío. Tal como se muestra en la figura 3, para las realizaciones de la presente invención, puede existir un punto óptimo dentro del intervalo del ciclo de trabajo del 50 % en lugar de un nivel poco eficiente de suministro de energía, no simplemente un máximo como en muchos diseños tradicionales, y de este modo la invención puede proporcionar una salida de energía fotovoltaica de punto óptimo en régimen operativo frío.

Tal como se ha mencionado anteriormente, los convertidores pueden ser conmutados positivamente para conseguir los mejores modos de funcionamiento. Son posibles una diversidad de topologías de convertidores y varias de ellas son mostradas en las figuras. La figura 5 muestra un tipo concreto de convertidor que está aplicado a un panel individual que tiene un elemento inductor (56) acoplado magnéticamente con derivación. Este es un ejemplo de una disposición de inductor acoplado magnéticamente con derivación. Tal como se muestra, el elemento inductor (56) acoplado magnéticamente con derivación, tiene una derivación de inductor (57). Esta realización está conmutada positivamente mediante conmutadores (31 hasta 42) para los diversos convertidores tal como se muestra en la figura 5. Estos conmutadores son activados por medio de un controlador del ciclo de trabajo (51) a cuya temporización de conmutación responde el convertidor. Tal como se muestra, este convertidor puede incluir dos pares de conmutadores en serie (por ejemplo, 31 y 33), (32 y 34) conectados en los puntos medios (58) a los que está conectado el elemento inductor acoplado magnéticamente (56) con derivación.

Cada convertidor fotovoltaico CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (59) puede incluir su propio inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (60) y un condensador de salida de almacenamiento de baja energía (61), de modo que proporciona una salida de ^cC de baja inductancia fotovoltaica (62). La figura 5 muestra múltiples aplicaciones de las disposiciones de inductor acoplado magnéticamente con derivación, en las que cada una convierte su propia salida de energía, posiblemente tal como la que procede de un panel solar (19). Estas salidas fotovoltaicas convertidas de alta eficiencia (62) se pueden combinar en serie, tal como se muestra, para ofrecer una cadena de salida. Solamente está representada una parte de una cadena típica. A menudo, numerosos paneles están combinados para aproximarse a la tensión máxima permitida de funcionamiento. Sin embargo, en esta realización, se puede configurar una disposición con un exceso de tensión. Mediante la utilización de una configuración de energía de medio ciclo de trabajo y conversión de una fuente individual de energía como se muestra, la cadena puede ser configurada para proporcionar una disposición del doble de la tensión máxima de modo que una salida máxima reglamentaria u otra salida permitida pueda ser la mitad de la salida de tensión del panel teóricamente disponible. Para mantenerse por debajo de la cantidad máxima, la salida puede estar limitada por un límite mediante la inclusión de un controlador de salida del límite fotovoltaico (63) que puede formar parte de cada controlador individual del ciclo de trabajo, tal como está representado, o puede ser conceptualmente un control global para todos los convertidores de la cadena. Para configuraciones que aplican una configuración de energía de un cuarto del ciclo de trabajo y la conversión de fuente de energía individual como la mostrada, la cadena puede estar incluso configurada para proporcionar una disposición de tensión del cuádruplo del máximo, de modo que la salida regulada máxima u otra salida autorizada puede ser un cuarto de la salida de tensión del panel teóricamente disponible. Son asimismo posibles, por supuesto, opciones adicionales de energía del ciclo de trabajo (un octavo, un décimo. etc.). De nuevo, puede estar incluido un controlador de salida del límite fotovoltaico (63). Es importante, que incluso con esta limitación del límite, la energía sigue siendo aprovechada de manera eficiente. Las realizaciones de la invención pueden ser extremadamente eficientes si se comparan con los diseños tradicionales. De hecho, la invención puede presentar una salida fotovoltaica que es eficiente como mínimo aproximadamente al 98 %, 99 %, y 99,5 % desde la perspectiva de su proceso de conversión a través de un intervalo del ciclo de trabajo (promediado en todo el intervalo de funcionamiento, un intervalo de suministro basado en eventos, o un intervalo de funcionamiento típico esperado). Incluso puede aproximarse a solamente pérdidas del cable en el suministro de la energía. Los diseños tradicionales raramente pueden alcanzar este nivel de eficiencia.

Para realizaciones que utilizan modos operativos con fases, se puede conseguir una interconexión y un funcionamiento tal como el mostrado en la figura 4. En esta realización, los dos pares de conmutadores en serie (por ejemplo 21 y 23), (22 y 24) conectados en los puntos medios (58) pueden tener la salida desde el elemento inductor acoplado magnéticamente con derivación (56), combinada tal como a través del inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (17), de modo que proporciona una salida de CC de baja inductancia fotovoltaica (64), y asimismo un condensador de salida de bajo almacenamiento de energía (18) para ofrecer otro tipo de convertidor fotovoltaico CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (59). De manera similar a la del diseño de conversión del panel individual de la figura 5, la disposición de la figura 4 puede tener asimismo una disposición de exceso de tensión. Dichas configuraciones pueden ser una configuración de energía de medio ciclo de trabajo y de este modo se puede utilizar un controlador de medio ciclo de trabajo con la cadena convertida configurada para proporcionar una disposición de tensión máxima doble. En esta configuración, de nuevo, para permanecer por debajo de la cantidad máxima, la salida puede estar limitada en el límite mediante la inclusión de un controlador de salida del límite fotovoltaico (63).

Realizaciones tales como el convertidor de fase mostrado en la figura 4 pueden ser conseguidas también mediante una disposición que aparece como un convertidor de energía reductor, tal como el mostrado en la figura 7. En este ejemplo, el conjunto de circuitos que parecen dos convertidores reductores de energía de CC-CC puede ser utilizado para crear un convertidor único de alta eficiencia tal como el convertidor fotovoltaico (15) de CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica mostrado. En este ejemplo, dos pares de conmutadores en serie (43 y 44), (45 y 46) conectados en los puntos medios (67) pueden tener la salida desde el elemento conmutado combinado tal como mediante el inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (17), de modo que proporciona una salida de CC de baja inductancia fotovoltaica (62), y asimismo un condensador de salida de bajo almacenamiento de energía (18) para ofrecer el convertidor fotovoltaico de CC-CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (15). Las figuras 9a y 9b muestran algunos ejemplos de esta señal de temporización común para este ejemplo. En estas figuras, un funcionamiento de ciclo de trabajo de aproximadamente un 50 % (figura 9a) y un 75 % (figura 9b) está presentado conceptualmente mostrando el funcionamiento de los conmutadores (43 a 46) como se indica. De nuevo, aunque no se muestra, es posible, por supuesto, el funcionamiento desde el 0 % al 100 %. Tal como se puede comprender en el contexto de comparar las operaciones de los conmutadores (43 y 44) y los conmutadores (46 y 45), se pueden ver los modos de control síncrono y en oposición. Estos conmutadores se pueden utilizar secuencialmente de modo que las salidas de cada convertidor están opuestas una a la otra, y están conmutadas en momentos diferentes. Al igual que en las figuras 2a y 2b, esto ofrece también ventajas tales como que los modos opuestos de funcionamiento pueden compensar y contrarrestar uno el efecto del otro en el conjunto de circuitos de combinación (9) y de este modo permitir un menor almacenamiento de energía y un funcionamiento más eficiente.

Tal como se ha mencionado anteriormente, las realizaciones de la invención pueden utilizarse a elevadas tensiones de funcionamiento. Mientras que, en la mayor parte de los sistemas más tradicionales, la eficiencia de salida varía con el régimen operativo tal como se muestra en la curva (53) en la figura 3, en las realizaciones de la presente invención la salida puede ser relativamente estable. Tal como se indica asimismo de forma conceptual en la figura 3, cuando se considera el eje vertical como un tipo de indicación de la ondulación, principalmente solo varía la ondulación, e incluso esta, está a un nivel de ondulación menor que las anteriores. La tensión de salida puede ser controlada para que sea relativamente constante en todos los regímenes operativos sin ninguna concesión en el suministro de energía. De hecho, no solo no existe ninguna pérdida en el suministro de energía, la presente invención puede conseguir un suministro de energía mayor. Mediante la utilización de un modo operativo por fases, esta tensión de salida de la energía tal como la que se presenta en la salida de CC de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (66) (para la realización de la figura 1), la salida de CC de baja inductancia fotovoltaica (64) (para la realización de la figura 4) y las salidas fotovoltaicas de alta eficiencia (62) (para las realizaciones en la figura 5 y en el ejemplo en la figura 7), pueden ser altamente multi-operativas.

Un régimen de salida como tal está, como mínimo en un sentido fotovoltaico, a una tensión relativamente elevada o similar en cualquiera o incluso en todos los regímenes de conversión operativos en los que se suministra una energía sustancial. La alta salida del régimen multi-operativo puede ser incluso una salida de tensión fotovoltaica de promedio elevado (promediada en todo el intervalo de funcionamiento, un intervalo de suministro basado en eventos, o el intervalo de funcionamiento típico esperado). Esta salida de tensión fotovoltaica de alto promedio o la alta salida del régimen multi-operativo puede ser controlada para que sea cercana o incluso ser la máxima deseable o permisible para una eficiencia mejorada, posiblemente menos que una cierta tolerancia de protección de la banda. De este modo, las realizaciones pueden ser configuradas o controladas para conseguir por lo menos aproximadamente el 80 %, el 90 % o incluso el 95 % de la salida fotovoltaica de máxima tensión dentro del intervalo operativo habitual.

Más allá de limitarse al nivel de tensión, las realizaciones pueden presentar asimismo niveles particulares de alta eficiencia tales como puntos óptimos o similares. Considerando el diagrama de la figura 3 como que representa conceptualmente el efecto de la temperatura con la generación a temperatura caliente en el 100 % del ciclo de trabajo o cerca del mismo, y de un funcionamiento a temperatura fría al 50 % del ciclo de trabajo o cerca del mismo, se puede comprender como lo más significativo, que el funcionamiento nominal se produce a menudo dentro del intervalo del 50 % al 100 %. Tal como se ha explicado anteriormente con respecto a los puntos óptimos mostrados conceptualmente en la figura 3, los diseños pueden presentar salidas de energía fotovoltaica de alta eficiencia en un intervalo operativo nominal doble, donde el funcionamiento del punto óptimo se produce en dos ubicaciones de suministro sustancial de energía. Esto se muestra de forma conceptual en la figura 3 al 50 % y al 100 % para las realizaciones caracterizadas como realizaciones de configuración de la energía de medio ciclo de trabajo, y al 50 %, el 75 % y el 100 % para las realizaciones caracterizadas como realizaciones con energía de un cuarto del ciclo de trabajo. De manera similar, se puede considerar que las realizaciones presentan como mínimo una salida fotovoltaica en modo de generación o distribución de energía convertida de alta eficiencia, tales como las mencionadas anteriormente y pueden incluso proporcionar dos puntos o puntos duales de alta eficiencia en los que se produce la conversión o el suministro de energía.

Al proporcionar una salida de baja inductancia o un almacenamiento de conversión de baja energía, tanto el almacenamiento de energía experimentado en la entrada como en la salida puede ser excepcionalmente bajo, por lo menos desde una perspectiva fotovoltaica. La inductancia de entrada puede ser particularmente baja para los diseños de convertidor a nivel de módulo. Esto puede ser significativo y puede ser beneficioso para las cargas aplicadas tales como posiblemente el inversor fotovoltaico de CC-CA (12). Mediante una coordinación adecuada, esto puede presentar ventajas e incluso puede favorecer la utilización de un diseño integrado tal como el diseño de convertidor fotovoltaico de CC-CC-CA combinado de alta eficiencia (16), mostrado en la figura 1.

Tal como se ha mencionado previamente, un convertidor de bajo almacenamiento de energía que comprenda posiblemente un bajo almacenamiento de energía, una baja inductancia de energía, y/o una baja capacitancia de energía, son ventajas de la presente invención. Recordando que se puede considerar que la figura 3 indica la cantidad de energía de almacenamiento de la corriente de ondulación en todo el intervalo del ciclo de trabajo, se puede comprender que la cantidad de energía de almacenamiento es significativamente reducida en las realizaciones de la presente invención. Mientras que los sistemas tradicionales indican unas necesidades de almacenamiento de energía significativas equivalentes a un ciclo completo de la energía de ondulación (tal como sugiere la altura del pico de la curva (53) al 50 %), en las realizaciones de la presente invención, esta energía puede ser considerablemente reducida a la mitad o incluso a un cuarto tal como se muestra. Concretamente, para un diseño del 50 % al 100 % mostrado mediante la curva (54), la altura del pico al 25 % y al 75 % es aproximadamente la mitad de la magnitud del almacenamiento de energía indicado para un sistema tradicional con una frecuencia de conmutación equivalente, con tipos de conmutadores equivalentes, y similares. De manera parecida, para un diseño del 25 % al 50 % mostrado mediante la curva (55), la altura del pico aproximadamente al 121/2 %, 371/2 %, etc. es aproximadamente un cuarto de la magnitud del almacenamiento de energía indicado para un sistema tradicional. Los valores reducidos del almacenamiento de energía de conversión, inductancia y capacitancia pueden ser conseguidos a estos niveles reducidos. Por lo tanto, para las realizaciones caracterizadas como realizaciones de configuración de energía de la mitad del ciclo de trabajo, dichos diseños pueden tener un convertidor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un medio, un convertidor de no más de aproximadamente un medio de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional, un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un medio, un inductor de no más de aproximadamente un medio de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional, un condensador de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un medio y un condensador de no más de aproximadamente un medio de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional. De manera similar, para las realizaciones caracterizadas como realizaciones de configuración de energía de un cuarto del ciclo de trabajo, dichos diseños pueden tener un convertidor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un cuarto, un convertidor de no más de aproximadamente un cuarto de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional, un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un cuarto, un inductor de no más de aproximadamente un cuarto de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional, un condensador de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un cuarto y un condensador de no más de aproximadamente un cuarto de almacenamiento de energía fotovoltaica tradicional. Pueden existir aspectos similares para otras realizaciones (un octavo, un décimo, etc.). Esto puede permitir un mayor suministro de energía a la carga tal como el inversor fotovoltaico de CC-CA (12) o similar.

En la figura 6 se muestra una realización adicional de la invención. En este diseño, un panel individual (19) puede ser mejorado disponiendo un panel intermedio u otro diseño de conversión que puede estar integrado, unido a, o dispuesto con el panel (19). En esta realización, se pueden agregar múltiples células de energía fotovoltaica (20) posiblemente de modo conceptual para ofrecer un panel solar (19) posiblemente en su propio conjunto. El suministro de energía del panel solar (19) puede estar conceptualmente dividido en algún punto y de este modo puede ser como mínimo un convertidor fotovoltaico CC-CC de panel dividido (68). Tal como se ha explicado anteriormente, este puede estar compuesto realmente de dos convertidores, posiblemente tales como un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) y el convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8). Estos convertidores pueden tener sus salidas combinadas mediante un conjunto de circuitos de combinación para proporcionar una salida de CC combinada de conversión fotovoltaica y este tipo de conjunto de circuitos de combinación puede estar configurado como un conjunto de circuitos de adición de células fotovoltaicas entre paneles (70).

El convertidor fotovoltaico CC-CC de panel dividido (68) puede tener conmutadores positivos tal como los mostrados, que pueden estar controlados por medio de un controlador externo del ciclo de trabajo (51) para proporcionar una salida de CC fotovoltaica de alta eficiencia (69) (o un bajo almacenamiento de energía o una baja inductancia). De nuevo, este puede estar configurado de modo que tenga una disposición de inductor acoplado magnéticamente con derivación o una disposición que se asemeje a un convertidor reductor. Cada una puede incluir un inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (17), una salida de CC de baja inductancia fotovoltaica, y un condensador de salida de bajo almacenamiento de energía (18) tal como se ha explicado anteriormente. Este tipo de convertidor fotovoltaico CC-CC de bajo almacenamiento de energía (59) de, puede tener las ventajas descritas anteriormente. Este puede, o no, precisar un controlador de salida del límite fotovoltaico.

Tal como se muestra en la figura 8, para las realizaciones de cualquiera de los anteriores que incluyen un controlador de salida del límite fotovoltaico (63), se puede comprender que este controlador puede controlar la tensión (73), la corriente (74), el punto de máxima energía (75), el suministro de energía (posiblemente incluso mediante el control del límite de sobretensión para regular la energía de salida), u otros aspectos que puede ser necesario limitar de modo que cumplan con los puntos de la reglamentación o similares. Esto puede suceder, por supuesto, para un funcionamiento a alta temperatura (76) o un funcionamiento a baja temperatura (77). El control de la tensión puede ser lo más importante por motivos regulatorios y otros, y de este modo las realizaciones pueden presentar algún controlador como un controlador de limitación de la tensión de salida fotovoltaica. El controlador de salida del límite fotovoltaico (63) puede limitar la salida a un límite de forma jerárquica, esto es, con un proceso de decisión ordenado al cual se aplica un límite y anula asimismo otros límites. Este control puede ser también optimizado para el inversor, el control del punto óptimo de entrada del inversor, o en otro caso. Algunos de dichos niveles se muestran en la figura 8. El control de la optimización del inversor puede estar dispuesto como una forma de conseguir el funcionamiento del convertidor que está optimizado para una carga, posiblemente tal como un inversor fotovoltaico de CC-CA (12). De este modo, las realizaciones pueden incluir (asimismo por separado o como parte de un controlador existente o de un programa de control) un controlador optimizado del convertidor del inversor fotovoltaico.

Como se ha mencionado anteriormente, el convertidor anterior y otros diseños de la invención pueden ser aplicados a una amplia gama de situaciones de energía. Casi cualquier fuente de energía variable puede ser mejorada mediante dicha conversión de energía y de control. Estas energías pueden ser energía de consumidor, energía industrial, energía de consumidor individual o dicho dispositivo o batería, e incluso fuentes de energía de la red a gran escala y se debe entender que todas estas aplicaciones están abarcadas por la presente solicitud y la descripción. Tal como se puede comprender fácilmente por lo que antecede, los conceptos básicos de la presente invención pueden ser puestos en práctica en una diversidad de formas. Implican tanto técnicas de conversión como dispositivos para realizar la conversión apropiada. En esta solicitud, las técnicas de conversión son dadas a conocer como parte de los resultados mostrados para ser conseguidos por medio de los diversos dispositivos descritos y de las etapas que son inherentes a su utilización. Son simplemente el resultado natural de utilizar los dispositivos tal como está previsto y descrito. Además, mientras que algunos dispositivos se dan conocer, se debe entender que los mismos no solamente siguen ciertos procedimientos, sino que también pueden ser modificados en una serie de modos. De forma importante, en relación con todo lo anterior, se debe comprender que todas estas facetas están abarcadas por la descripción.

La explicación incluida en esta solicitud está destinada a servir de descripción básica. El lector debe ser consciente de que la explicación específica puede no describir explícitamente todas las realizaciones posibles; muchas alternativas son implícitas. Asimismo, puede no explicar completamente la naturaleza genérica de la invención y puede no mostrar de forma explícita como cada característica o elemento puede ser realmente representativo de una función más amplia o de una gran variedad de elementos alternativos o equivalentes. De nuevo, estos elementos están implícitamente incluidos en la descripción. Cuando la invención es descrita en una terminología orientada al dispositivo, cada elemento del dispositivo realiza implícitamente una función. Las reivindicaciones de aparato pueden no solo estar incluidas para el dispositivo descrito sino también un procedimiento o las reivindicaciones del proceso pueden estar incluidos para abordar las funciones que la invención y cada elemento llevan a cabo. Ni la descripción ni la terminología pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones que estarán incluidas en cualquier solicitud de patente posterior.

Asimismo, se debe entender que se pueden realizar una diversidad de cambios sin apartarse de la esencia de la invención. Dichos cambios están asimismo incluidos implícitamente en la descripción. Estos aun caen dentro del alcance de esta invención. Una descripción amplia que abarca la realización o realizaciones explícitas mostradas, la gran variedad de realizaciones alternativas implícitas y los amplios procedimientos y similares están abarcados por esta descripción y pueden depender de cuando han sido redactadas las reivindicaciones para cualquier solicitud de patente posterior. Se debe comprender que dichos cambios de lenguaje y unas reivindicaciones más amplias o más detalladas pueden ser realizadas en una fecha posterior (tal como debido a cualquier plazo requerido) o en el caso de que el solicitante busque posteriormente presentar una patente en base a esta presentación. Con esta comprensión, el lector debe ser consciente de que esta descripción debe ser entendida como soporte de cualquier solicitud de patente presentada posteriormente que pueda plantear un examen como una base amplia de reivindicaciones que se considera que están dentro del derecho del solicitante y pueden estar diseñadas para generar una patente que cubra numerosos aspectos de la invención, tanto de manera independiente como a modo de sistema global.

Además, cada uno de los varios elementos de la invención y de las reivindicaciones pueden ser conseguidos de una diversidad de maneras. Adicionalmente, un elemento, cuando es utilizado o implicado, debe entenderse que abarca estructuras individuales, así como estructuras plurales que pueden estar o no conectadas físicamente. Esta descripción debe ser entendida como que abarca cada una de dichas variaciones, sea esta una variación de una realización de cualquier realización de un dispositivo, un procedimiento o la realización de un proceso, o incluso simplemente una variante de cualquier elemento de las mismas. En particular, se debe entender que como la descripción se refiere a elementos de la invención, las palabras para cada elemento pueden ser expresadas por medio de términos equivalentes del dispositivo o por términos del procedimiento, incluso si únicamente la función o el resultado es el mismo. Dicha equivalencia, más amplia, o incluso términos más genéricos se deberán considerar comprendidos en la descripción de cada elemento o acción. Dichos términos pueden ser sustituidos cuando se desee para hacer explícita la cobertura implícita amplia a la que la invención está autorizada. Solamente como un ejemplo, se debe entender que todas las acciones pueden estar expresadas como un medio para emprender cierta acción o como un elemento que produce esta acción. De manera similar, cada elemento físico dado a conocer debe ser entendido como que abarca una descripción de la acción que dicho elemento físico facilita. Con respecto a este último aspecto, pero solo como un ejemplo, se debe entender que la descripción de un “convertidor” abarca la descripción del acto de “convertir”, tanto si está explicado explícitamente o no lo está y, a la inversa, cuando se describe efectivamente el acto de “convertir”, se debe entender que dicha descripción abarca la descripción de una “conversión” e incluso de “medios para la conversión”. Dichos cambios y términos alternativos se debe entender que están explícitamente incluidos en la descripción. Además, cada uno de dichos medios (descritos explícitamente de este modo o no) deben ser entendidos como que abarcan todos los elementos que pueden llevar a cabo la función determinada, y todas las descripciones de elementos que llevan cabo una función descrita deben ser entendidas como un ejemplo no limitativo de los medios para realizar dicha función.

REFERENCIAS

PATENTES U.S.

PUBLICACIONES DE SOLICITUD DE PATENTE U.S.

DOCUMENTOS DE PATENTES EXTRANJERAS

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia que comprende las etapas de:

- aceptar una primera energía procedente de una primera fuente de energía fotovoltaica (5) por medio de un puerto de entrada de CC de un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6);

- conversión (6) CC-CC de fase básica de dicha primera energía (5) mediante la utilización de un primer inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) con una primera derivación de inductor (57) para entregar un suministro de energía de CC de fase básica (71) conectado a dicho primer inductor con derivación (57) en el que ambas entradas de dicho primer inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6);

- aceptar una segunda energía procedente de una segunda fuente de energía fotovoltaica (7) por medio de un puerto de entrada de CC de un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8);

- conversión (8) CC-CC de fase modificada, de dicha segunda energía mediante la utilización de un segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) con una segunda derivación de inductor (57) para entregar un suministro de energía de CC de fase modificada (72) conectado a dicha segunda derivación de inductor (57), en la que ambas entradas de dicho segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56), están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8);

- control (11) de fase síncrona de dicha etapa de conversión de CC-CC de fase básica de dicha primera energía con dicha etapa de conversión de CC-CC de fase modificada de dicha segunda energía;

- combinar (9) energía en serie de inductancia de bajo almacenamiento de dicho suministro de energía de CC de fase básica (71) con dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72) a través de un conjunto de circuitos de adición de tensión que incluye un inductor de combinación en serie de almacenamiento de baja inductancia (17) conectado entre dichas primera y segunda derivaciones de inductor para añadir una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase básica a una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase modificada con un condensador de salida de bajo almacenamiento de energía (18) para proporcionar una salida de CC de conversión fotovoltaica combinada (10) a un punto de máxima energía (75); y

- controlar (63) la salida del límite fotovoltaico de dicha etapa de conversión CC-CC de fase básica de dicha primera energía y dicha etapa de conversión CC-CC de fase modificada de dicha segunda energía para una tensión máxima (73) que anula dicho punto de máxima energía (75) o para una corriente máxima (74) que anula dicho punto de máxima energía como mínimo en algunos momentos del funcionamiento.

2. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de combinar (9) energía en serie de inductancia de bajo almacenamiento de dicho suministro de energía de CC de fase básica (71) con dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72) comprende la etapa de sumar dichas tensiones mediante un conjunto de circuitos de adición de tensión que incluye un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un medio.

3. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 2, en el que dicha etapa de combinar (9) energía en serie de inductancia de bajo almacenamiento de dicho suministro de energía de CC de fase básica (71) con dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72), comprende la etapa de sumar dichas tensiones mediante un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un cuarto.

4. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de control (11) de fase síncrona comprende la etapa de controlar el ciclo de trabajo de manera sincronizada.

5. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 4, en el que dicha etapa de control del ciclo de trabajo de manera sincronizada comprende la etapa de controlar el ciclo de trabajo común.

6. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 4, y que comprende, además las etapas de:

- establecer dicha salida de CC fotovoltaica combinada de conversión (10) como una entrada de CC fotovoltaica convertida a un inversor fotovoltaico de CC-CA; e

- invertir dicha entrada de CC fotovoltaica convertida en una salida de energía fotovoltaica de CA.

7. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de control (11) de fase síncrona comprende la etapa de controlar la señal común de temporización.

8. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de control (11) de fase síncrona comprende la etapa de controlar en oposición de fase.

9. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de salida del límite fotovoltaico que controla dicha fase básica comprende además la etapa de controlar el límite de temperatura.

10. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicho inductor entre dichas primera y segunda derivaciones de inductor (57) comprende un inductor de bajo almacenamiento de energía fotovoltaica (17).

11. Procedimiento de suministro de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de inductancia de bajo almacenamiento, que combina la energía en serie de dicho suministro de energía de CC de fase básica (6) con dicho suministro de energía de CC de fase modificada (8), comprende la etapa de establecer una disposición de tensión máxima doble.

12. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, que comprende:

- una primera fuente de energía fotovoltaica (5);

- un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6) conectado con su puerto de entrada a dicha primera fuente fotovoltaica de energía (5) y que establece un suministro de energía de CC de fase básica (71), comprendiendo dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de la fase básica (6) un primer inductor acoplado magnéticamente (56) con derivación con una primera derivación de inductor (57), en el que ambas entradas de dicho primer inductor acoplado magnéticamente (56) con derivación, están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica (6).

- una segunda fuente de energía fotovoltaica (7);

- un convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8) conectado con sus puertos de entrada a dicha segunda fuente de energía fotovoltaica (7) y que establece un suministro de energía de CC de fase modificada (72), comprendiendo dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8) un segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) con una segunda derivación de inductor (57), en el que ambas entradas de dicho segundo inductor acoplado magnéticamente con derivación (56) están conectadas a ambos puntos medios respectivos (58) de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada (8);

- un conjunto de circuitos de control de fase síncrono (11) a cuya temporización de conmutación responde dicho suministro de energía de CC de fase básica (71), y dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72); - un conjunto de circuitos de combinación aditivo de energía de inductancia en serie de bajo almacenamiento de energía (9) que conecta dicho suministro de energía de CC de fase básica (71) y dicho suministro de energía de CC de fase modificada (72), y que comprende un inductor de combinación en serie de almacenamiento de baja inductancia (17) conectado entre dichas derivaciones del inductor (57) para sumar una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase básica a una tensión de salida de dicho suministro de energía de CC de fase modificada para proporcionar una salida de CC fotovoltaica combinada convertida (10); y

- un controlador (63) de salida del límite fotovoltaico al que responden dichos convertidores, como mínimo en algunos momentos del funcionamiento.

13. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicho inductor de combinación en serie de inductancia de baja energía almacenada (17) comprende un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un medio.

14. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicho inductor de combinación en serie de inductancia de baja energía almacenada (17) comprende un inductor de almacenamiento de energía fotovoltaica de corriente de ondulación de un intervalo de ciclo de trabajo de no más de aproximadamente un cuarto.

15. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicho conjunto de circuitos de control de fase síncrona (11) comprende un controlador común del ciclo de trabajo al que responden cada uno de dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica y dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada.

16. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicho conjunto de circuitos de control de fase síncrona (11) comprende un conjunto de circuitos de control en oposición de fase.

17. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 16, en el que dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica y dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada comprenden cada uno de ellos un conjunto de circuitos de conmutación reductores.

18. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicho controlador de salida del límite fotovoltaico (63) comprende un controlador de salida del límite fotovoltaico de fase básica al cual responde dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase básica, como mínimo en algunos momentos del funcionamiento y un controlador de salida del límite fotovoltaico de fase modificada al que responde dicho convertidor fotovoltaico CC-CC de fase modificada, como mínimo en algunos momentos del funcionamiento.

19. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 12, en el que dicha salida fotovoltaica combinada de conversión (10) está dispuesta en el punto de máxima energía (75) cuando dicho punto de máxima energía no está anulado por dicho controlador (63) de salida del límite fotovoltaico.

20. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 19, en el que dicho controlador de salida del límite fotovoltaico (63) controla la tensión máxima (73) que anula dicho punto de máxima energía o la corriente máxima (74) que anula dicho punto de energía máxima, como mínimo en algunos momentos del funcionamiento.

21. Sistema de potencia de energía solar de alta eficiencia, tal como el descrito en la reivindicación 19, en el que dicho controlador de salida del límite fotovoltaico (63) controla un límite de temperatura.