PT97805A - Equipamento gerador de energia, em particular equipamento de propulsao de barcos do tipo de helice, alimentado por um gerador solar - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de SCHOTTEL—WERFT Josef Beclter GmbH & Co. KG, alema, industrial e comercial, com sede em 5401 Spay, República Federal Alemã, (inventor: Prof. Dr. ChristjL an Schaffrin, residente na República Federal Alemã), para "EQUIPAMENTO GERADOR DE ENERGIA, EM PARTICULAR EQUIPAMENTO DE PROPULSÃO DE BARCOS DO TIPO DE HÉLICE, ALIMENTADO POR UM GERADOR SOLAR" ο

DESCRIÇÃO A presente invenção refere-se a uma instalaçao geradora de energia, que inclui um gerador solar, fornecendo essa instalaçao geradora de energia, energia em particular a uma instalaçao de propulsão de um barco com uma helice, e tendo a instalaçao características segundo a definição da reivindicação 1. No caso preferido, a hélice pode ser a helice de um barco, que move directamente o barco ou pode ser uma roda de turbina ou um jacto de bomba com o qual a àgua é acelerada e se faz com que abandone a caixa de modo tal que o jacto de água que deixa a caixa faz a propulsão do barco. Neste ultimo caso, nao so pode fazer-se a propulsão do barco como também determinar-se a direcçao de marcha do barco alternado a direcçao do jacto de água que deixa a caixa.

Tais sistemas de propulsão a que a presente invenção se refere são genericamente conhecidos.

Para a produção de energia e também 1

conhecida a utilização de geradores solares, nos quais células solares fotovoltaicas convertem a luz em energia eléctrica. Se se utilizar um gerador solar de células fotovoltaicas para propulsionar em particular pequenos barcos, tem de ter-se em atençao o máximo rendimento possível dos componentes usados, para manter o menor possível a área necessária para o gerador solar e o peso do sistema de armazenamento de energia, o motor e o sistema de propulsão. Por outras palavras, deve dispor--se de um sistema de propulsão que tenha globalmente um elevado rendimento. ο

Por conseguinte, é um objecto da presente invenção proporcionar um dispositivo de energia fotovoltaica que retire a potência eléctrica máxima do gerador solar garantindo aS-sitá-um rendimento em energia optimo. Para isso, é necessário operar o gerador solar no seu ponto de máxima potência (MPP). Segundo a presente invenção, pretende--se conseguir isso sem o dispêndio de operar o sistema no MPP de uma maneira nao justificável economicamente. A presente invenção é a seguir descrita com mais pormenor, com referência aos desenhos anexos. ο

Uma caracteristica chave da presente invenção consiste em determinar o ponto de potência máxima em função de dois parâmetros, designadamente "a intensidade da irradiaçao solar" e a "temperatura ao gerador solar" e estabelecer as condiçoes para este ponto de funcionamento por meio de um computador, adaptando a resistência de entrada de um conversor de corrente continua para carregar um dispositivo de armazenamento de energia para alimentar o motor eléctrji co, por exemplo de uma helice de um barco. Estes parâmetros determinantes sao tomados em consideração e, para fins práticos, há uma utilização- óptima das células fotovoltaicas para a propulsão de um barco.

As figuras dos desenhos anexos a que se faz referência na descrição pormenorizada que se segue representam: 2

A fig. 1, um esquema dos componentes de um sistema de propulsão de um barco com células fotovol-taicas, que permite uma gestão óptima da energia, e A fig. 2, as características do gerador em relaçao com o domínio de funcionamento do conversor de corrente continua, sob a forma usada como componente da presente invenção. ο 0 sistema de propulsão de um barco (nao representado) inclui uma hélice (1), numa disposição individual ou então utilizando-se várias hélices análogas. A hélice (1) esta fixada num veio de accionamento de um motor eléctrico (2) e e susceptivel de rodar com esse veio. A energia electrica e fornecida para o motor eléctrico (2) a partir de um conversor de corrente contínua/corrente alternada (3), que retira energia eléctrica de um certo número de baterias (4), que servem para armazenar a energia do sistema. As baterias (4) sao carregadas com energia eléctrica por meio de um conversor de corrente contínua (5), sendo a energia eléctrica obtida por meio de um gerador solar (6) com uma pluralidade de células solares.

Associado a este sistema há um microcomputador (7), e um campo de dados (9), ao qual sao fornecidos, como grandezas de entrada, a tensão do gerador, como sinal (12), a corrente do gerador, como sinal (13), a tensão da bateria, como sinal (14), a corrente de carga da bateria, como sinal (15), os valores medidos das células piloto (10), que servem para medir o grau de irradiaçao, como sinais (16) e (17) e o valor medido do sensor de temperatura (11) nò gerador solar, como sinal (18). A partir do processamento destes sinais no microcomputador (7), que contem e um campo de dados (9), é obtido um sinal de comando (19), que é fornecido ao conversor de corrente contínua. A resistência de entrada do conversor de corrente contínua (5) pode variar-se livremente dentro de um dominio de funcionamento particular. A tensão de saída do conversor segue a tensão da bateria de armazenamento ligada 3

ate ao fim da carga. Esta entrada de controlo forma a interface com o sistema, do microcomputador (7). 0 microcomputador é alimentado com informação proveniente de diferentes pontos de medição no sistema.

Devido à nao linearidade da curva característica do gerador solar (6), que além disso varia constantemente e cuja forma igualmente varia, não é possível especificar um valor nominal para a concepção de um anel fechado de controlo com o conversor de corrente contínua (5) como elemento de controlo final.

No sistema de propulsão a descrever, tem de desenvolver-se e programar-se um algoritmo de controlo, o qual, através de optimizações sucessivas, opera o gerador solar (6) no ponto de potência máxima ou MPP. Neste sistema, a tensão e a corrente são medidas na saída do conversor de corrente contínua (5) e fornecem-se ao microcomputador (7). A partir destes valores calcula-se a potência que o conversor de corrente contínua (5) fornece para o sistema de armazenamento de energia (4). Esta potência tem de ser maximizada para obter a potência máxima e portanto o rendimento óptimo em energia do gerador solar (6).

Quando o sistema arranca, o valor do sinal de controlo é ajustado pelo microcomputador (7) para um valor inicial, tal como a resistência de entrada do conversor de corrente contínua (5). Como nao é conhecida a posição do MPP válido, nao podem ser especificados os valores para os quais têm de variar o sinal de controlo e a resistência de entrada do conversor de corrente contínua. Aumenta-se agora o sinal de controlo com a maior amplitude (w) e medem-se a tensão e a corrente, mais uma vez, e determina-se a potência. Se a potência for maior, a tentativa é correcta para a amplitude w e medem-se de novo a corrente e a tensão. Se a potência diminuir,· o sentido da tentativa foi errado e diminui-se o sinal de controlo da amplitude w. Medem-se mais uma., vez a tensão e a corrente e calcula-se a potência, que é comparada com o valor especificado.

Como a amplitude w ê grande nao demora muito a cobrir-se toda a curva característica do gerador solar. Além disso, este procedimento garante que e eliminado qualquer máximo local, determinando-se a zona do máximo absoluto . υ

Se agora o ponto de funcionamento tiver excedido o MPP, inverte-se o sentido da tentativa e passa-se pelo MPP no sentido oposto. Portanto o ponto de funcionamento oscila em torno do MPP. Devido á grande amplitude w, o ponto de funcionamento esta ainda relativamente afastado do MPP real. Se agora, como atrás se descreveu, ,se atravessar o MPP uma vez nos dois sentidos, divide-se por dois a amplitude w, continuando-se a optimizaçao. Esta divisão por dois da amplitude w, continua até à menor amplitude possível. Leva--se deste modo o ponto de funcionamento para a maior proximidade possível do MPP,

No final de um processo de busca, isto é, quando se atingir o mínimo da amplitude w, interrompe--se o processo de busca enquanto se mantiver o rendimento de potência constante. 0 processo de busca mantem-se desligado ate que o rendimento de potência varie de um valor, a estabelecer, isto é, até ter variado a posição do MPP. Para obter um ajustamento preciso do novo MPP o mais rapidamente \J possivel, quando tenha havido uma variaçao pequena, contínua--se o processo de busca com a menor amplitude w. Apenas depois de um numero predeterminado de tentativas no mesmo sentido se duplica a amplitude w, no máximo até o maior valor da amplitude w. Para acelerar o processo de optimizaçao na operação ulterior, guardam-se num campo de dados os valores do MPP encontrados. Para a identificação do MPP, por um lado, e o valor do sinal de controlo, por outro, sao necessários os valores da irradiaçao e da temperatura do gerador, como parâmetros determinantes da posição do MPP. A irradiação solar é determinada por meio de pelo menos uma célula, denominada célula piloto 5

(10). A célula piloto é uma célula de referência, rigorosamente calibrada, que funciona no estado de curtocircuito. A corrente de curtocircuito e uma medida directa do valor da irradiaçao solar, que pode ser efectivamente processado por um gerador solar fotovoltaico (6). Relativamente à radiaçao solar, a célula piloto esta na mesma posição que o gerador, de modo que podem admitir-se os mesmos requisitos prévios. Por razões de redunância, e aconselhável utilizar pelo menos duas células piloto (10).

A temperatura do gerador é medida com dois sensores de temperatura (11), que sao incorporados na parte traseira do gerador solar (6) em sítios diferentes. Estes valores sao também fornecidos ao microcomputador (7) de modo que podem estabelecer-se para cada ponto de funcionamento a irradiaçao medida e a temperatura do gerador solar medida.

Se agora se iniciar o processo de busca, ou se iniciar um novo processo de busca, o microcomputador procura no Campo de dados criado um valor MPP, que e valido para os valores instantâneos da temperatura e da irradiaçao solar. Se puder encontrar-se um tal valor de MPP valido, o valor do sinal de controlo é estabelecido imediatamente, funcionando portanto o gerador no MPP. Pode portanto omitir-se o processo de busca. Se nao se encontrar um valor MPP válido, tem de efectuar-se uma busca do MPP, da maneira atrás descrita.

Para impedir a escrita de um valor errado no campo de dados do MPP, devido a o gerador ou as células piloto ficarem total ou parcialmente na sombra, efec-tua-se um ensaio de plausibilidade, antes de cada entrada. Por meio da família de caracteristicas do gerador solar (6) e com a corrente de curtocircuito das células piloto (10) e as temperaturas como grandezas de entrada, pode calcular--se a saída prevista ao MPP com uma precisão de + 10%. Isso é demasiadamente impreciso para o controlo do MPP, mas perfeitamente apropriado para um ensaio de plausibilidade. 6

Antes de cada introdução de um MPP hipotético no campo de dados, compara-se a saida real do gerador, calculada a partir da tensão do gerador e da corren te do gerador, com a salda prevista por meio do cálculo atrás referido. Se a saída real se desviar de nao mais de 10% do valor calculado, o valor é plausível e é introduzido no campo de dados, caso contrario prossegue-se o processo de busca.

Este ensaio de plausibilidade é também efectuado antes de se enviar o valor do sinal de controlo, por meio de valores tabulados. Deste modo, ê possível impedir o estabelecimento de um ponto de funcionamento incorrecto devido a o gerador ϋ solar ou a célula piloto ficarem na sombra. Ê evidente que a energia obtida por meio da instalaçao descrita e armazenada nas baterias (4) pode servir nao só para a propulsão da hélice (1) como também para a propulsão de um barco. A presente invenção pode também aplicar-se em conjunção com uma instalaçao baseada em terra. Nesse caso, o conversor de corrente contxnua/corrente alternada (3) nao está acoplado ao motor eléctrico (2) da helice (1), sendo sim a energia produzida fornecida, por exemplo, a uma rede eléctrica em vez de as baterias. Por exemplo, um consumidor que nao esteja ligado á rede de electricidade e alimentado com electricidade, funcionando a instalação racionalmente, visto que ela trabalha sempre no ponto de potência maxima relativamente aos requisitos práticos. 7

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES - 1« - Equipamento gerador de energia a o qual a energia electrica e fornecida por um gerador ar por meio de um conversor de corrente contínua, car acteri- o por, com 0 auxilio de um microcomputador, se adaptar constantemente a resistência de entrada do conversor de corrente contínua ao ponto de potência máximo (MPP) do gerador solar, que depende da irradiaçao solar e da temperatura das células solares.
2. - 2* - Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender transdutores da tensão e da corrente na saída do conversor de corrente contínua para o cálculo da potência fornecida ao sistema de armazenamento de energia pelo microcomputador e ainda por se prever um gerador de sinal de controlo no microcomputador que, quando se verifica uma variaçao da potência calculada a partir da tensão e da corrente, faz variar a resistência de entrada do conversor de corrente contínua de. uma certa quantidade, de modo que o ponto de funcionamento corresponda ao MPP. - 3ã - . Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, o microcomputador conter módulos adicionais que, quando se faz o arranque do sistema e quando houver uma variaçao da potência medida pelos transdutores e fornecida pelo conversor de corrente contínua ao sistema de armazenamento da energia, se iniciar um processo de busca fazendo variar o sinal de controlo sendo o sentido e a amplitude do passo variável para atingir o ponto de potência máxima do gerador solar dentro de uma faixa de operaçao especificada. 8 43 Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o microcomputador conter um campo de dados no qual os valores do MPP que são encontrados enquanto o equipamento está em funcionamento, sao representados pelos valores do sinal de controlo e fixados pelos valores da irradiaçao solar, medidos em células piloto, sendo os valores da temperatura do gerador solar, medida com sensores de temperatura, armazenados e, depois de uma nova iniciação do processo de busca, o sinal de controlo e ajustado imediatamente para o valor válido para insolaçao e a temperatura do gerador transitórias e correspondentes ao MPP. - 5â - Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por, o microcomputador conter módulos adicionais que efectuam antes de cada entrada dos valores do MPP no campo de dados, um ensaio de plausibilidade, mediante uma comparaçao da saída do gerador, calculada teoricamente com base na irradiaçao solar e na saída efectiva do gerador, calculada a partir dos valores da tensão do gerador e da corrente do gerador, e que impede que os valores que nao passam no ensaio de plausibilidade sejam tomados no campo de dados. - 6â - Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o microcomputador conter elementos de comutaçao que fazem com que o ensaio de plausibilidade ser efectuado também antes de cada ajust amento do valor do sinal de controlo por meio de valores tabulados, a fim de impedir que se estabeleça um ponto de funcionamento falso devido ao facto de a célula piloto ou o gerador solar ficarem á sombra e por, no caso de os valores passarem no ensaio de plausibilidade, se iniciar de novo ou 9 * ser continuado o processo de busca. - 7â - Equipamento gerador de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar em conjunção com um sistema de propulsão de um navio com uma hé lice e um motor eléctrico, que é alimentado com energia a partir de um sistema de armazenamento (bateria), cuja carga é proporcionada pelo gerador solar através do conversor de corrente continua.

   de do pedido de 1990, sob o P. P A requerente reivindica a priorida-patente alemao apresentado em 2 de Junho de 40 17 860.9. LJ Lisboa, 31 de Maio de 1991. 0 ΑβΜΚΕ OFICIAL ΒΛ ΡΕΟΒΕΙΕΒΔΒΕ JLsBlIJSTElAL

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