Dispositivo (100) de conmutación controlable para un módulo (101) solar con las siguientes características:

una conexión (102) de salida; un convertidor (105) CC/CC; una unidad (103, 103') de conmutación controlable con una primera posición de conmutación y una segunda posición de conmutación; y un control (104) para controlar la unidad (103) de conmutación controlable para, usando una característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar o una característica (111) de potencia presente en la conexión (102) de salida, conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la primera o a la segunda posición de conmutación, estando unida una salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la primera posición de conmutación, solamente a través de un primer trayecto que comprende el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida, y estando unida la salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la segunda posición de conmutación, solamente a través de un segundo trayecto que evita el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida

La presente invención se refiere a un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar y a un procedimiento para controlar el mismo.

Un módulo solar convierte la radiación electromagnética, como por ejemplo la luz solar, en energía eléctrica y presenta, por ejemplo, varias células solares.

Los módulos solares se utilizan individualmente o interconectados en grupos, por ejemplo en plantas fotovoltaicas, en pequeños equipos consumidores independientes de la red eléctrica o para el suministro eléctrico de vehículos espaciales.

Los valores de conexión eléctricos de un módulo solar que caracterizan el módulo solar son, por ejemplo, tensión en vacío y corriente de cortocircuito. Éstos pueden depender de las características de cada célula solar y de la interconexión de las células solares dentro del módulo.

Si se hacen funcionar varios módulos en serie, pueden estar conectados en antiparalelo a cada módulo o subhilera un diodo de circulación libre o diodo de derivación. El diodo de circulación libre puede estar conectado a los bornes de conexión de cada módulo de tal manera que, en el estado de funcionamiento normal, en el que el módulo suministra corriente, está polarizado en la dirección de bloqueo.

Los módulos solares por regla general están equipados con una caja de conexiones en la que están alojados los diodos de derivación, conectados en antiparalelo a subhileras correspondientes en el módulo, y los bornes de conexión para el módulo solar.

Si se sombrea una subhilera del módulo, entonces su diodo de derivación conduce la corriente diferencial entre la corriente de la hilera de módulo sombreada y del cable del generador solar. Debido a que el diodo de derivación se encuentra en conducción, la tensión de la hilera de módulo sombreada se convierte casi a cero (aproximadamente -1 voltio) de tal manera que la hilera de módulo sombreada deja de producir potencia.

Para evitar esto pueden utilizarse convertidores CC/CC que adaptan la corriente y la tensión de tal manera que la hilera de módulo sombreada aun así sigue emitiendo potencia. Sin embargo, a este respecto es una desventaja que el convertidor CC/CC también funciona en el caso de no existir sombreado y de esta manera genera pérdidas eléctricas y reduce el rendimiento total del generador solar. Una hilera de módulo de este tipo se da a conocer por el documento WO-A-03098703.

La figura 7A muestra el caso de un módulo 101 solar que está acoplado directamente con la conexión 102 de módulo, mientras que la figura 7B muestra el caso de un módulo 101 solar que está conectado a través de un convertidor 105 CC/CC a la conexión 102 de módulo. En el caso de la figura 7Aa, aunque no se producen pérdidas de potencia debido a un convertidor 105 CC/CC, un sombreado del módulo 101 solar conduce sin embargo a los problemas descritos anteriormente. Al revés, en el caso de la figura 7B, aunque un sombreado del módulo 101 solar no conduce a una interrupción de la emisión de potencia, sin embargo durante una iluminación total del módulo 101 solar también se ve perjudicado el rendimiento total del generador solar.

El objetivo de la presente invención consiste en aumentar el rendimiento de un módulo solar.

Este objetivo se resuelve mediante un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar según la reivindicación 1 o mediante un procedimiento para controlar un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar según la reivindicación 11.

Una idea principal de la presente invención se basa en que puede conseguirse un aumento de la potencia si se prevé una conmutabilidad según la cual el módulo solar se conecta directamente a una conexión de salida o de módulo o a través de un convertidor CC/CC a la conexión de módulo. Cuál de los dos tipos de conexión debe utilizarse para un aprovechamiento óptimo de la energía puede determinarlo un control que, usando una característica de potencia presente en la salida de potencia del módulo solar o una presente en la conexión de módulo, traslada una unidad de conmutación controlable a la primera posición, en la que el módulo solar está conectado a través del convertidor CC/CC a la conexión de módulo, o a la segunda posición, en la que el módulo solar está conectado directamente a la conexión de módulo. Dicho de otro modo, la característica de potencia en la salida de potencia del módulo solar, que contiene información sobre la potencia del módulo solar generada en ese momento, puede aprovecharse para conseguir un control eficaz de la unidad de conmutación controlable en el sentido de aumentar el rendimiento del módulo solar.

Ejemplos de realización preferidos de la presente invención se explican a continuación con detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

la figura 1, un diagrama de bloques de un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar según un ejemplo de realización, mostrando la figura 1A un ejemplo de realización modificado;

las figuras 2A y 2B, las curvas características de tensión/corriente de un módulo solar para radiaciones de diferente intensidad (a) a (d) o las curvas características de tensión/potencia del módulo solar para radiaciones de diferente intensidad (a) a (d);

la figura 3, un diagrama de bloques de un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar según un ejemplo de realización adicional;

la figura 4, un diagrama de bloques de un dispositivo de conmutación controlable para un módulo solar según de nuevo un ejemplo de realización adicional;

la figura 5, un diagrama de bloques para un control para un dispositivo de conmutación controlable según un ejemplo de realización;

la figura 6, un diagrama de flujo para ilustrar el modo de funcionamiento del control de la figura 5; y

las figuras 7A y 7B, diagramas de bloques para configuraciones de conexión convencionales para módulos solares.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo 100 de conmutación controlable para un módulo 101 solar. Comprende una conexión 102 de salida, una unidad 103 de conmutación controlable, un control 104, así como un convertidor 105 CC/CC.

El módulo 101 solar tiene una salida 110 que está unida con una entrada de la unidad 103 de conmutación controlable y del control 104. La unidad 103 de conmutación controlable presenta dos salidas 113 y 115, de las que la salida 113 está unida a través del convertidor 105 CC/CC con una conexión 102 de salida y la salida 115 está unida directamente con la conexión 102 de salida. El control 104 tiene una entrada 110 que está unida con la salida del módulo solar, y/o una segunda entrada 111 que está unida con la conexión 102 de salida. Dicho de otro modo, en la figura 1 existe un nodo 120 al que están conectadas una salida del convertidor 105 CC/CC y la segunda salida 115 de la unidad 103 de conmutación controlable así como la conexión 102 de salida y la segunda entrada del control 104.

El dispositivo 100 de conmutación controlable puede aumentar el rendimiento del módulo 101 solar, teniendo en cuenta que, en momentos de iluminación alta del módulo 101 solar y en momentos de iluminación baja, se preferirá el acoplamiento directo del módulo solar a través de la unidad 103 de conmutación controlable con la conexión 102 de salida o el acoplamiento indirecto a través del convertidor 105 CC/CC.

A continuación se explican los cuatro casos que se refieren, por un lado, a diferentes combinaciones de acoplamiento directo e indirecto y, por otro lado, a la alta y baja iluminación, y se presentan asimismo las ventajas y desventajas de los cuatro casos. Pueden diferenciarse las siguientes cuatro variantes: “V1. Radiación solar fuerte sin convertidor CC/CC”, “V2. Radiación solar fuerte con convertidor CC/CC”, “V3. Radiación solar débil con convertidor CC/CC” y “V4. Radiación solar débil sin convertidor CC/CC”.

En el caso de una radiación solar fuerte, la característica de potencia en la salida 110 de potencia del módulo 101 solar es grande y el módulo 101 solar debería estar unido directamente con la salida 102 de módulo, es decir, se utilizará la variante V1. Si en este caso el módulo 101 solar está unido a través del convertidor 105 CC/CC con la salida 102 de módulo, es decir, si se utiliza la variante V2, entonces en el... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (100) de conmutación controlable para un módulo (101) solar con las siguientes características:

una conexión (102) de salida;

un convertidor (105) CC/CC;

una unidad (103, 103') de conmutación controlable con una primera posición de conmutación y una segunda posición de conmutación; y

un control (104) para controlar la unidad (103) de conmutación controlable para, usando una característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar o una característica (111) de potencia presente en la conexión (102) de salida, conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la primera o a la segunda posición de conmutación,

estando unida una salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la primera posición de conmutación, solamente a través de un primer trayecto que comprende el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida, y

estando unida la salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la segunda posición de conmutación, solamente a través de un segundo trayecto que evita el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida.

2. Dispositivo (100) de conmutación controlable según la reivindicación 1, en el que el control (104) está configurado además para ajustar, en función de la característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar, un punto de trabajo del módulo solar.

3. Dispositivo (100) de conmutación controlable según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el control (104) presenta las siguientes características:

una entrada para una característica (320) de potencia de referencia,

un comparador (300) para comparar la característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo

(101) solar con la característica (320) de potencia de referencia,

estando el comparador (300) configurado para conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la segunda posición de conmutación cuando la característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar presenta una relación determinada con respecto a la característica (320) de potencia de referencia, y para conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la segunda posición de conmutación cuando la característica

(110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar no presenta esa relación con respecto a la característica (320) de potencia de referencia.

4. Dispositivo (100) de conmutación controlable según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la unidad (103) de conmutación controlable está configurada de tal modo que, en un caso no controlado, se encuentra en la segunda posición de conmutación.

5. Dispositivo (100) de conmutación controlable según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el control

(104) presenta además la siguiente característica:

una unidad (301) de gestión de errores para detectar un defecto de la unidad (103) de conmutación controlable o del convertidor (105) CC/CC, que está configurada para conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la segunda posición de conmutación en caso de que se produzca un error de la unidad (103) de conmutación controlable o del convertidor (105) CC/CC.

6. Dispositivo (100) de conmutación controlable según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad

(103) de conmutación controlable presenta además la siguiente característica:

una tercera posición de conmutación en la que la salida (110) de potencia del módulo (101) solar está separada de la conexión (102) de salida.

7. Dispositivo (100) de conmutación controlable según la reivindicación 6, en el que el control (104) presenta además la siguiente característica:

una unidad (302) de gestión de alarmas para detectar una alarma del dispositivo (100) de conmutación controlable, del módulo (101) solar o de la conexión (102) de salida, que está configurada para conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la tercera posición de conmutación en caso de que se produzca una alarma del dispositivo

(100) de conmutación controlable, del módulo (101) solar o de la conexión (102) de salida.

8. Dispositivo (100) de conmutación controlable según la reivindicación 3, en el que la característica (320) de potencia de referencia está alimentada externamente a través de la entrada para la característica de potencia de referencia, almacenada, integrada de forma fija o derivada de la característica (110) de potencia de la salida de potencia

del módulo (101) solar.

9. Dispositivo (100) de conmutación controlable según la reivindicación 1, en el que la unidad (103') de conmutación controlable y el convertidor (105) CC/CC están conectados en paralelo entre una salida (110) de potencia del módulo solar y la conexión de salida.

5 10. Dispositivo (100) de conmutación controlable según la reivindicación 9, en el que la unidad (103') de conmutación controlable comprende un conmutador mecánico o un conmutador semiconductor.

11. Procedimiento para controlar un dispositivo (100) de conmutación controlable para un módulo (101) solar, comprendiendo el dispositivo (100) de conmutación controlable una conexión (102) de salida, un convertidor (105) CC/CC, y una unidad (103) de conmutación controlable con una primera posición de conmutación y una segunda

10 posición de conmutación, y presentado el procedimiento la siguiente etapa:

controlar la unidad (103) de conmutación controlable para, usando la característica (110) de potencia presente en la salida de potencia del módulo (101) solar o la característica (111) de potencia presente en la conexión (102) de salida, conmutar la unidad (103) de conmutación controlable a la primera o a la segunda posición de conmutación,

estando unida una salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la primera posición de conmutación, solamente a 15 través de un primer trayecto que comprende el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida, y

estando unida la salida (110) de potencia del módulo (101) solar, en la segunda posición de conmutación, solamente a través de un segundo trayecto que evita el convertidor (105) CC/CC, con la conexión (102) de salida.

12. Programa informático con un código de programa para realizar el procedimiento según la reivindicación 11, cuando el programa informático se ejecuta en un ordenador.