ES2967283T3 - Sistemas para detectar sombras para seguidores solares - Google Patents

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Abstract

Un sistema de seguimiento solar que incluye un aparato de seguimiento que incluye una pluralidad de módulos solares, estando cada uno de los módulos solares configurado espacialmente para mirar de manera normal en una posición sobre el sol en una dirección incidente de radiación electromagnética derivada del sol, en donde los módulos solares incluyen una pluralidad de cadenas fotovoltaicas y un controlador de seguimiento. El controlador de seguimiento incluye un procesador, una memoria, una fuente de alimentación configurada para proporcionar energía al controlador de seguimiento, una pluralidad de entradas de energía configuradas para recibir una pluralidad de corrientes de la pluralidad de cadenas fotovoltaicas, una unidad de detección de corriente configurada para monitorear individualmente el una pluralidad de corrientes, un convertidor de potencia CC-CC configurado para recibir la pluralidad de entradas de energía alimentadas desde la pluralidad de cadenas fotovoltaicas para suministrar energía a la fuente de alimentación, y un controlador de motor, en donde el controlador de seguimiento está configurado para rastrear la posición del sol. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas para detectar sombras para seguidores solares
Campo técnico
La presente exposición se refiere, de manera general, a sistemas y a algoritmos de control para paneles solares. Más particularmente, la presente exposición se centra en sistemas solares y, más particularmente, en sistemas de seguimiento solar autoalimentados y en los sistemas y algoritmos de control para determinar el sombreado de módulos solares.
Antecedentes
El documento US 2012/123720 A1 divulga un controlador robótico para la calibración e inspección autónomas de dos o más superficies solares, incluyendo el controlador robótico un sistema de accionamiento para posicionarse cerca de una superficie solar de tal manera que se utilizan sensores incorporados para recoger información sobre la superficie solar. Una unidad de comunicación incorporada retransmite información a una red de procesamiento central, y el procesador robótico combina información nueva con datos históricos almacenados para calibrar una superficie solar y/o para determinar su integridad instantánea.
Se han desarrollado varias soluciones para el control de las fuentes de alimentación en sistemas de alimentación dual y de múltiples fuentes. En el escenario de los seguidores solares y, particularmente, en el escenario de los seguidores solares autoalimentados, según se describe en la publicación de patente de Estados Unidos del mismo titular, n.° 2016/0308488, presentada el 15 de diciembre de 20l6, y tituladaSelf Powered Solar Tracker Apparatus[Aparato seguidor solar autoalimentado], se han desarrollado ciertos sistemas de control. Uno de estos sistemas de control determina la fuente de la alimentación que se va a aplicar a un motor de accionamiento que acciona el seguidor solar, siguiendo el sol, para garantizar que los paneles solares se posicionan con vistas a obtener la máxima producción de energía. Una de las fuentes que se puede usar es la energía generada por un módulo solar. Típicamente, este módulo solar se asigna de manera específica únicamente para la generación de energía con el fin de accionar el motor. Normalmente basta con un único panel, incluso un panel relativamente pequeño, para accionar el motor, el cual puede que solo requiera aproximadamente 15 W por día (de manera general entre aproximadamente 10 W y 25 W por día) para accionar el seguidor solar. En parte, esta carga tan pequeña es un testimonio del equilibrado de los propios seguidores solares y de la ingeniería de alta precisión que ha reducido significativamente la carga mecánica a través del equilibrado y la reducción de la fricción dentro del sistema. En un aspecto según la presente exposición, el seguimiento es tal como se describe en la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se exponen formas de realización ventajosas adicionales.
Breve descripción de los dibujos
Se describen a continuación en la presente memoria varios aspectos de la presente exposición con referencia a los dibujos, los cuales se incorporan a esta memoria descriptiva y constituyen parte de la misma, y en los que: la figura 1 representa un sistema de seguidor solar según la presente exposición;
la figura 2 representa una vista detallada de un mecanismo de accionamiento de un seguidor solar según la presente exposición;
la figura 3 representa un esquema de la combinación y monitorización de cadenas a nivel de seguidor según la presente exposición;
la figura 4 representa un esquema de un sistema de control para un seguidor solar según la presente exposición;
la figura 5 representa un esquema de un controlador de seguidor para un seguidor solar según la presente exposición; y
la figura 6 representa un flujo lógico para un algoritmo de control según la presente exposición.
Descripción detallada
La presente exposición se centra en sistemas y procedimientos para el control de seguidores solares. Aunque los sistemas, esquemas y algoritmos descritos en la presente memoria se describan de manera general en la presente memoria en el contexto de un aparato de seguimiento solar que utiliza tanto un panel fotovoltaico (solar) como una batería para proporcionar energía con el fin de accionar un motor que hace girar el conjunto de seguidor, los mismos se pueden aplicar en cualquier situación en la que se produzca una conversión de energía solar en energía eléctrica. En particular, los sistemas y algoritmos de la presente exposición son útiles cuando haya un seguidor solar que presenta una parte de su área superficial con sombras. Un contexto adicional para la presente exposición se sitúa en el sector de un parque solar que está conectado a una red eléctrica de gran tamaño, y puede estar asociado a bancos de baterías grandes que se pueden usar para proporcionar energía a la red cuando los paneles solares no pueden satisfacer la demanda. La publicación de patente de Estados Unidos del mismo titular, 2017/0288184, titulada “Standard energy storage container platform” [“Plataforma con contenedor estándar para almacenamiento de energía”], presentada el 31 de marzo de 2017 da a conocer un contenedor para baterías y la solicitud de patente de Estados Unidos US2018337385A1 titulada “Direct Current Battery String Aggregator for Standard Energy Storage Enclosure Platform” [“Agregador de cadenas de baterías de corriente continua para plataforma con cerramiento estándar de almacenamiento de energía”], da a conocer un controlador y un sistema para conectar una batería y un sistema fotovoltaico a una red de energía.
La figura 1 representa un sistema de seguidor solar 10 que se despliega comúnmente como parte de una agrupación mayor. Cada seguidor 10 incluye una pluralidad de paneles fotovoltaicos 12 (paneles solares). Un motor 14 acciona un eje 15, al que están sujetados los paneles solares 12. Accionando el eje 14, los paneles solares 12 se mantienen con un ángulo apropiado con respecto al sol para garantizar la máxima generación de energía eléctrica. El eje 15 está suspendido entre el motor 14 y una montura basculante o giratoria 16. Tanto el motor 14 como las monturas giratorias 16 se sustentan en unos postes 18.
La figura 2 representa el área del sistema de seguidor 10 cerca del motor 14. El sistema de seguidor 10 está situado en las proximidades del motor 14 y está sustentado por el eje 15. Una caja 22 se encuentra bien suspendida de la cara inferior del eje 15 o bien montada en el poste 18. La caja 22 aloja una batería 24, por ejemplo una batería de iones de litio (iones de Li), y un controlador 26. El controlador 26 proporciona una entrada al motor 14 en relación con si accionar y cuánto accionar el eje 15 para posibilitar que los paneles 12 sigan el sol y se muevan con el ángulo del panel solar 12.
La figura 3 representa un esquema de la combinación y monitorización de cadenas a nivel de seguidor según la presente exposición. En una agrupación fotovoltaica de mayor tamaño, los paneles solares individuales 12 de la figura 1 se conectan en serie (por ejemplo, positivo con negativo). A esta conexión en serie de paneles solares 12 se le denomina cadena fotovoltaica 20. Se comunica energía eléctricamente desde cada cadena 20 individualmente al controlador 26. De este modo, se pueden monitorizar las corrientes individuales de cada una de las cadenas fotovoltaicas 20. Por ejemplo, esta monitorización también se puede usar para protección contra sobreintensidades, mantenimiento de los paneles solares 12, para un algoritmo de seguimiento con el fin de incrementar el rendimiento de la planta fotovoltaica y/o para la detección del sombreado sur-norte además del sombreado este-oeste. A continuación, el controlador 26 puede dar salida a la suma de la potencia en forma de un único par de cables de DC hacia un inversor o hacia la combinación del siguiente nivel.
En la figura 4 y la figura 5 se puede ver un ejemplo del controlador 26. El controlador 26 incluye una región de control 28 que aloja un módulo de comunicaciones 30 (por ejemplo, Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth®, etc.), un inclinómetro 32 y un controlador principal (MCU) 34. El controlador principal 34 se comunica con una fuente de alimentación 36, que proporciona alimentación al controlador 26, y con un controlador de accionamiento de motor 40, que controla el accionamiento del motor 14. Como se representa en la figura 4, las cadenas fotovoltaicas 20 proporcionan electricidad a la fuente de alimentación 36, que a discreción del controlador principal 34 se dirige a la batería 24 para su carga, a un convertidor elevador 38 para su aplicación al motor 14 con el fin de provocar realmente el accionamiento del motor 14 y/o a un inversor. El controlador principal 34 también puede determinar, basándose en la entrada proveniente de las cadenas fotovoltaicas 20, si la energía que se está suministrando es insuficiente para accionar el motor 14, y puede hacer que se utilice con esta finalidad la energía almacenada en la batería 24. Un circuito de captación de corriente 44 detecta la energía de cada una de las cadenas fotovoltaicas 20 individuales. El circuito de captación de corriente 44 mide las corrientes individuales de cada cadena fotovoltaica 20. Esta corriente medida se alimenta al MCU 34 el cual puede ejecutar un algoritmo de control del seguidor para optimizar la potencia generada por el sistema de seguidor 10.
La figura 6 representa un flujo lógico correspondiente a un algoritmo de control 600 según la presente exposición. En una forma de realización, cada una de las cadenas fotovoltaicas 20 genera una corriente. (Bloque 602) Cada una de las corrientes de las cadenas fotovoltaicas 20 individuales se comunica al MCU 34. (Bloque 604) El MCU 34 utiliza el circuito de captación de corriente de la figura 5 para medir la pluralidad de las corrientes individualmente. (Bloque 606) Un inclinómetro 32 detecta y mide el ángulo de inclinación fotovoltaica y comunica este ángulo al MCU 34. (Bloque 608) El MCU 34 puede usar un algoritmo de aprendizaje de máquinas para, basándose en la pluralidad de corrientes, determinar si alguna parte de las cadenas fotovoltaicas tiene sombras. (Bloque 610) La monitorización de la corriente de cada cadena fotovoltaica 20 permitirá que el MCU 34 detecte tanto el sombreado sur-norte como, adicionalmente, el sombreado este-oeste.
Como entradas de entrenamiento, el algoritmo de lenguaje máquina puede usar, por ejemplo, la ubicación geográfica del sistema de seguidor solar 10, la ubicación típica del sol en el cielo y su intensidad para esa hora del día y para ese día del año, y el tiempo meteorológico típico para esa ubicación y periodo del año. El algoritmo de aprendizaje de máquinas puede anticipar cuál será probablemente el sombreado para la instalación de ese sistema de seguidor solar 10, para esa geografía y para ese periodo del año. La expresión “aprendizaje de máquinas” puede incluir, aunque sin carácter limitativo, redes neuronales, algoritmos bayesianos ingenuos, vecinos más próximos, mínimos cuadrados, medias y regresión de vectores de soporte, entre otras técnicas de ciencia de los datos y ciencia artificial. Dependiendo de qué parte de las cadenas fotovoltaicas se determinó que tenía sombras, el ángulo de inclinación de las cadenas fotovoltaicas se cambia ordenando al accionamiento de motor 40 de la figura 4 que accione el motor 14. (Bloque 612) De este modo, se permite que el MCU 34 detecte si alguna parte tenía sombras y cambie de forma correspondiente el seguimiento. El MCU 34 también puede determinar si alguna de las cadenas fotovoltaicas 20 tiene un fallo y deshabilitar esa cadena fotovoltaica 20.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de seguidor solar (10) que comprende:
un aparato seguidor que incluye una pluralidad de módulos solares (12), estando cada uno de los módulos solares (12) configurado espacialmente para quedar enfrentado, de manera normal, en una posición al sol en una dirección de incidencia de radiación electromagnética derivada del sol; incluyendo los módulos solares (12) una pluralidad de cadenas fotovoltaicas (20); y
un controlador de seguidor (26) que incluye:
un procesador;
una memoria con instrucciones almacenadas en la misma, almacenándose en la memoria por lo menos uno de entre: un periodo del año, una geografía y una pluralidad de posiciones del sol;
una fuente de alimentación (36) configurada para proporcionar alimentación al controlador de seguidor (26); una pluralidad de entradas de alimentación configuradas para recibir una pluralidad de corrientes provenientes de la pluralidad de cadenas fotovoltaicas (20);
una unidad de captación de corriente configurada para monitorizar individualmente la pluralidad de corrientes;
un convertidor de potencia CC-CC configurado para recibir la pluralidad de entradas de alimentación alimentadas desde la pluralidad de cadenas fotovoltaicas (20) con el fin de suministrar energía a la fuente de alimentación (36); y
un controlador de motor (34);
estando el controlador de seguidor (26) configurado para seguir la posición del sol basándose en una predicción de un algoritmo de aprendizaje,
incluyendo el seguimiento de la posición del sol:
leer la pluralidad de corrientes provenientes de la pluralidad de cadenas fotovoltaicas (20); y determinar, basándose en la pluralidad de corrientes provenientes de cada cadena fotovoltaica (20), si alguna parte de la pluralidad de módulos solares (12) tiene sombras.
2. Sistema (10) según la reivindicación 1, en el que el procesador ejecuta el algoritmo de aprendizaje para determinar cuál será el sombreado para una hora particular en un día particular, basándose en el periodo del año almacenado y la pluralidad almacenada de posiciones del sol.
3. Sistema (10) según la reivindicación 1, en el que el sombreado incluye sombreado sur-norte.
4. Sistema (10) según la reivindicación 1, en el que el sombreado incluye sombreado este-oeste.
5. Sistema (10) según la reivindicación 1, que comprende además determinar una prioridad entre una potencia de salida máxima y determinar si alguna parte tiene sombras.
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