Procedimiento para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas,

que utiliza un dispositivo que incluye un elemento regulador (3) de la carga acumulada en un elemento acumulador de energía (2) y generada a partir de una fuente externa en un elemento generador (1), una unidad de procesamiento central (4), provista de un contador, que gestiona el funcionamiento del dispositivo, que comprende:

a) actualización de dicho contador a un valor predeterminado de energía a disposición del usuario para el consumo durante un periodo de tiempo predeterminado, independientemente del estado de carga del elemento acumulador (2) en dicho momento;

b) suministro de energía a través de la activación de un elemento dispensador (5) previsto en dicho dispositivo mediante el descuento de dicho valor predeterminado de energía a disposición del usuario en dicho elemento contador, limitándose el suministro de energía a partir del consumo de energía determinado por un único elemento medidor de corriente unidireccional (7);

c) desconexión del suministro de energía mediante la desconexión del elemento dispensador (5) en el caso de que dicho valor de energía a disposición del usuario alcance el valor 0 en dicho contador;

en el que, a través de la unidad de procesamiento (4), se permite que la tensión se registre a lo largo de un periodo de tiempo predeterminado, y que la energía consumida se gestione mediante la repetición cíclica de las etapas a), b) y c),

caracterizado por el hecho de que también incluye la etapa de determinar el valor predeterminado de energía disponible para el usuario sobre la base de los valores de tensión del elemento acumulador en un periodo de tiempo predeterminado reduciendo el valor predeterminado de la energía disponible para el usuario si dichos valores son bajos, y no reduciendo el valor predeterminado de energía disponible para el usuario si dichos valores son altos

Procedimiento y dispositivo para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas para la electrificación rural, que permite ofrecer una garantía de servicio al usuario, así como unas herramientas simples de diagnóstico y un control total sobre el uso de la batería.

Antecedentes de la invención

Las aplicaciones de electrificación, por ejemplo la electrificación fotovoltaica o eólica autónoma, tienen un gran mercado de aplicación en áreas rurales sin red eléctrica como substituto del combustible de grupo electrógeno o de las velas de cera para el alumbrado, y de las pilas desechables para alimentar aparatos de comunicación, tales como aparatos de radio o pantallas de televisión.

Una instalación solar fotovoltaica doméstica típica consta de uno o varios paneles fotovoltaicos, una batería y un dispositivo regulador, cuya función es la de controlar el proceso de carga de la batería y desconectar el consumo si el estado de la carga de la batería es insuficiente. La penetración de estas instalaciones se ve limitada debido, en parte, a la poca vida útil de las baterías necesarias para el almacenamiento de la energía generada.

El problema de estas instalaciones es la falta de información al usuario respecto a la energía que tiene disponible para consumir. Así, el usuario va consumiendo energía hasta que, descarga la batería hasta el umbral de corte predeterminado por el dispositivo regulador. Además, al ser la autonomía de la batería típicamente de varios días, el tiempo necesario de recarga total de una batería vacía es también de varios días. El usuario no puede esperar a la carga total de la batería, y empieza a consumir energía en el momento que el regulador se lo permite, por lo que la batería no alcanza nunca una carga completa. Esto provoca que la batería se mantenga en un estado de carga intermedio durante períodos prolongados, lo que produce un deterioro de la batería por motivos tales como la sulfatación.

Algunas de las patentes existentes aportan soluciones a estos problemas, basándose en cálculos complejos del estado de carga de la batería para determinar la energía disponible en las baterías. Otras patentes van más lejos e intentan adaptar el consumo de energía al estado de la carga de la batería.

Un ejemplo de utilización de un algoritmo de evaluación de la energía disponible en la batería se describe en la patente US-5.699.050. Dicha patente se refiere a un medidor de corriente de la capacidad de una batería, que incluye un controlador, una unidad de visualización de la capacidad absoluta de descarga de la batería, y una luz de visualización de una condición de la batería, bajo la que la capacidad absoluta de descarga de la batería alcanza un máximo de capacidad absoluta de carga. Dichas capacidades se calculan a partir de la corriente de carga o descarga y la temperatura de la batería.

Básicamente, la patente US-5.699.050 utiliza un medidor bidireccional de corriente de batería y realiza un cálculo del estado de la carga de la batería a partir de un balance de corriente acumulada. Dicho balance presenta el inconveniente de que en las corrientes acumuladas se acumulan también los errores de medida de tal forma que el resultado del balance queda determinado no por la corriente acumulada, sino por los errores de medida.

Otro ejemplo de algoritmo de evaluación de la energía disponible en la batería se describe en la patente US-5.151.865, en la que se describe un procedimiento y un aparato para determinar el valor de energía de una batería electroquímica a partir de la medida de la tensión de terminal de batería, que reconoce al menos un valor de referencia obtenido a partir de una corriente resultante que fluye en la batería durante una unidad de tiempo específica y en un intervalo de tensiones de funcionamiento específicas, y/o a partir de valores de reacción de la batería, tal como la resistencia interna, la temperatura interior y la densidad del ácido. Dependiendo de la tensión del terminal definida en el intervalo de tensiones de funcionamiento y en un valor contenido de energía definido en un intervalo de contenido de energía, este valor de referencia representa un valor de función. La tensión del terminal medida referida al valor de función corresponde a un valor de contenido de energía específico en el intervalo de contenidos de energía.

Esta patente US-5.151.865 se basa principalmente en un algoritmo que determina la energía contenida en una batería. Para ello, debe realizar un número elevado de cálculos, además de necesitar las curvas específicas de la batería que se está utilizando.

Un claro ejemplo de adaptación del consumo de energía al estado de la carga de la batería se muestra en la patente US-6.081.104. En esta patente se describe un procedimiento y un aparato para proporcionar energía a un sistema de iluminación. Dicho procedimiento incluye una fuente de energía que suministra energía a una batería y a una carga. La batería se puede cargar por la fuente de energía y se usa para suministrar energía a la carga cuando la fuente de energía es incapaz de proporcionarla directamente. La instalación manipula la carga de manera óptima, de modo que el almacenamiento de la batería se mantiene cerca de la carga completa, incluso si el consumo funciona durante un número máximo de horas por la noche. El principal objetivo de la instalación es el de prevenir el fallo temprano de la batería.

De esta manera, la gestión del consumo para proteger la batería se basa en el cálculo de estado de la misma, lo que supone un importante inconveniente, puesto que es necesario un algoritmo muy sofisticado para tener en cuenta parámetros tales como la autodescarga de la batería o las pérdidas por gasificación.

Otro ejemplo de algoritmo para evaluar la energía disponible de la batería se describe en la patente FR-2.689.333, que describe un procedimiento para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas, a través de un regulador de energía con un sistema de desconexión de baterías controlado por crédito. El dispositivo se basa en un cálculo complejo del estado de la carga de la batería para determinar la energía disponible en las baterías para los usuarios, con un medidor bidireccional de la corriente de la batería. El hecho de que considere cuatro parámetros como tensión (Ub), temperatura (Tb), corriente de carga (Ic) y corriente de usuario (Iu) hace que el dispositivo descrito se base en el uso de algoritmos de una complejidad considerable, con circuitos electrónicos más complejos. La aplicación en instalaciones fotovoltaicas tiene el inconveniente de que la desconexión de la batería se realiza cuando hay un estado bajo de carga de la misma, lo que provoca un ciclo de carga baja y puede provocar la sulfatación de la batería.

No ningún control en absoluto para aumentar o maximizar el ciclo de vida de la batería, porque la desconexión de la batería se realiza solamente cuando el control de crédito se ha gastado. La cantidad de energía se carga en la batería de manera externa, independientemente de los parámetros internos.

El dispositivo corta el paso de corriente cuando se ha alcanzado o superado el crédito asignado.

Todas las patentes citadas presentan una serie de inconvenientes que se describirán a continuación.

Queda claro que todas las invenciones descritas se basan en la utilización de algoritmos de gran complejidad, ya sea por el elevado número de parámetros a tratar como por la gran cantidad de cálculos que deben realizar, para obtener el estado de la carga de la batería. Esto se traduce en circuitos electrónicos complejos, por ejemplo, microcontroladores con alta capacidad de cálculo, lo que supone unos costes económicos muy elevados.

Existen también dispositivos reguladores que no evalúan el estado de carga de batería. Un estado de carga insuficiente para suministrar energía a los consumos se detecta simplemente mediante una medida de tensión de la batería. En este tipo de dispositivos, el usuario nunca conoce la energía disponible de la batería, por lo que no puede determinar qué cantidad de energía puede seguir consumiendo. Esto provoca un estado de inseguridad en el usuario, lo que supone una mala política de consumo de energía.

Existen también algunas patentes sobre reguladores de energía, que producen la desconexión de la batería en caso de una...

1. Procedimiento para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas, que utiliza un dispositivo que incluye un elemento regulador (3) de la carga acumulada en un elemento acumulador de energía (2) y generada a partir de una fuente externa en un elemento generador (1), una unidad de procesamiento central (4), provista de un contador, que gestiona el funcionamiento del dispositivo, que comprende:

a) actualización de dicho contador a un valor predeterminado de energía a disposición del usuario para el consumo durante un periodo de tiempo predeterminado, independientemente del estado de carga del elemento acumulador (2) en dicho momento;

b) suministro de energía a través de la activación de un elemento dispensador (5) previsto en dicho dispositivo mediante el descuento de dicho valor predeterminado de energía a disposición del usuario en dicho elemento contador, limitándose el suministro de energía a partir del consumo de energía determinado por un único elemento medidor de corriente unidireccional (7);

c) desconexión del suministro de energía mediante la desconexión del elemento dispensador (5) en el caso de que dicho valor de energía a disposición del usuario alcance el valor 0 en dicho contador;

en el que, a través de la unidad de procesamiento (4), se permite que la tensión se registre a lo largo de un periodo de tiempo predeterminado, y que la energía consumida se gestione mediante la repetición cíclica de las etapas a), b) y c),

caracterizado por el hecho de que también incluye la etapa de determinar el valor predeterminado de energía disponible para el usuario sobre la base de los valores de tensión del elemento acumulador en un periodo de tiempo predeterminado reduciendo el valor predeterminado de la energía disponible para el usuario si dichos valores son bajos, y no reduciendo el valor predeterminado de energía disponible para el usuario si dichos valores son altos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el elemento dispensador (5) de la energía almacenada en el elemento acumulador (2), gestionado por la unidad de procesamiento central (4), proporciona como máximo una cantidad predeterminada de energía para su consumo en dicho periodo de tiempo predeterminado independientemente del estado de carga del elemento acumulador (2).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el control de carga se determinará midiendo la tensión del elemento acumulador (2).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho medidor de corriente (7) corta el paso de corriente en el caso de que se detecte un valor que supere un valor de corriente predeterminado.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que solamente en el caso de que la tensión en el elemento acumulador (2) sea baja, el medidor de corriente (7) corta el paso de corriente como una desconexión de emergencia.

6. Dispositivo para garantizar el suministro de energía en instalaciones autónomas según el procedimiento según la reivindicación 1, que comprende un elemento regulador (3) de la carga acumulada en un elemento acumulador de energía (2) y generada a partir de una fuente externa en un elemento generador (1); una unidad de procesamiento central (4), provista de un contador, que gestiona el funcionamiento del dispositivo; caracterizado por el hecho de que incluye un único elemento medidor de corriente de salida unidireccional (7) que, a través de la unidad de procesamiento central (4), determina la energía consumida.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la unidad de procesamiento (4) incluye una memoria no volátil que almacena el valor de la energía disponible para el usuario.

8. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dicha pantalla de visualización (6) comprende un indicador de mal funcionamiento del elemento acumulador.

9. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dicho elemento dispensador (5) comprende un interruptor, un convertidor de corriente continua-continua o un ondulador.

10. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que todos los componentes que forman el dispositivo están montados en una placa (8).

11. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que forma junto con dicho elemento acumulador (2) una unidad física.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que los terminales de dicho elemento acumulador (2) están recubiertos con un material aislante para impedir el acceso a los terminales por parte del usuario.