El sistema comprende:- unos generadores fotovoltaicos principales (Gp1-Gpn),

- unos generadores fotovoltaicos adicionales (Ga1-Gan), cada uno de ellos integrado por unos bloques generadores fotovoltaicos (B1-Bn),- unos inversores (I1-In) previstos para convertir tensión/corriente continua en alterna,- unos medios de conmutación (Sw1) dispuestos entre las salidas de los generadores principales (Gp1-Gpn) y las entradas de los inversores (I1-In),- unos segundos medios de conmutación (Sw2) dispuestos entre las salidas de los bloques generadores (B1-Bn) y las salidas de los generadores adicionales (Ga1-Gan),y- unos medios para controlar de manera automática ambos medios de conmutación (Sw1, Sw2) para conectar/ desconectar selectivamente las salidas de los generadores principales (Gp1-Gpn) y de los bloques generadores (B1-Bn) con las entradas de los inversores (I1-In).El método está previsto para llevar a cabo dicho control automático de los medios de conmutación

Sistema y método de optimización de energía en generadores fotovoltaicos.

Sector de la técnica

La presente invención concierne a un sistema y un método de optimización de energía en generadores fotovoltaicos, y en particular a un sistema y un método basados en la conmutación de diferentes generadores fotovoltaicos respecto a una serie de inversores, con el fin de optimizar el rendimiento de los inversores.

Estado de la técnica anterior

Son conocidas instalaciones fotovoltaicas que incluyen una pluralidad de generadores fotovoltaicos con sus salidas conectadas a unos respectivos inversores para convertir la energía generada en alterna y, por ejemplo, suministrarla, de manera sincronizada, a la red eléctrica.

En función de la hora del día, la ubicación geográfica, la fecha, el tiempo, etc., en muchas ocasiones la incidencia del sol sobre los paneles de dichos generadores fotovoltaicos es baja o muy baja, por lo que la eficiencia en el rendimiento de dichos inversores también baja. En algunos casos la energía en continua (ya sea corriente o tensión) suministrada por los generadores está por debajo del valor mínimo aceptable por el inversor para que pueda iniciar su funcionamiento.

Es por ello que en el estado de la técnica se han propuesto diferentes alternativas encaminadas a la optimización de energía en generadores fotovoltaicos, y basadas en la conmutación de los mismos respecto a los citados inversores, o en la inclusión de generadores adicionales de otra índole, es decir, no fotovoltaicos, con el fin de asegurar el suministro de energía.

Por la solicitud US2008078436A1 se conoce un sistema que incluye agrupaciones ordenadas de paneles solares, cada una de las cuales se encuentra conectada a un respectivo inversor. Con el fin de garantizar el suministro de energía, cuando la provinente de los paneles solares no es suficiente, el sistema incorpora un generador adicional, en un principio conectado únicamente a un inversor adicional para colaborar en la producción de energía. Cuando la energía generada por los paneles solares es muy baja o inexistente (por ejemplo por la noche), el generador adicional se conecta a las entradas de los demás inversores y aumenta su rendimiento, de manera controlada, con el fin de sustituir a los paneles en la generación de energía. La conmutación puede ser manual o automática (por ejemplo el sistema puede estar programado para conectarse a horas en que la energía solar es muy baja). Dicho generador adicional es de tipo "bio-amigable", tal como el formado por un motor que utiliza como combustible biodiesel. No se propone conectar de manera selectiva al generador adicional con solamente alguno de los inversores conectados a los paneles solares, ni dejarlo desconectado de su respectivo inversor cuando los paneles solares están suministrando suficiente energía.

La patente JP2002073184 propone un sistema de generación de energía fotovoltaica de alta eficiencia incluso cuando la radiación solar es baja. Para ello el sistema, que comprende una pluralidad de filas de paneles solares, cada una de ellas conectada en un principio a un respectivo inversor, dispone de unas unidades de conmutación que, en su operación más sencilla, desconectan a una de las filas de paneles de un inversor (por estar la energía de salida por debajo de los requerimientos mínimos del inversor) y la conectan a otro de los inversores. Para otros ejemplos de realización se incluye una unidad de control que monitoriza la salida de los inversores, y hace predicciones de las mismas, con el fin de volver a reconectar al inversor desconectado a su fila de paneles cuando ello resulta eficiente.

En la patente ES2284577T3 se propone una instalación formada por unos generadores fotovoltaicos que, para un ejemplo de realización, están formados a partir de módulos fotovoltaicos conectados en serie, para el suministro de energía alterna tras su correspondiente conversión por parte de unos inversores. La instalación incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación activables por un dispositivo de control para iniciar una operación de conmutación, que provoca la separación de al menos un generador de un primer inversor y una conexión de dicho generador a un segundo inversor, cuando se produce una condición relativa a que el segundo inversor ha visto caer su potencia de entrada a un nivel tan bajo que ya no trabaja en su zona de grado de eficacia óptima. La instalación incluye varios generadores y varios inversores, y el dispositivo de control de los dispositivos de conmutación para desconectarlos-conectarlos entre sí según la mencionada condición.

Tanto en la patente JP2002073184 como en la ES2284577T3 se propone desconectar uno o más generadores fotovoltaicos de un primer inversor para conectarlos a un segundo inversor, ya sea porque el primer inversor esté trabajando de manera muy poco o nada eficiente (JP2002073184) o porque sea el segundo inversor el que trabaja por debajo de su zona de grado de eficacia óptima (ES2284577T3).

No se propone en ninguna de dichas patentes disponer de generadores fotovoltaicos adicionales no conectados previamente a otro inversor, para su conexión selectiva y puntual a un inversor que pueda admitir más potencia de entrada que la que le está suministrando un generador fotovoltaico al que ya se encuentra conectado, con el fin de complementar el suministro de energía de dicho generador cuando sea necesario.

Explicación de la invención

Los presentes inventores consideran necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica, representado por las patentes citadas, que permita optimizar la energía en generadores fotovoltaicos, y en concreto optimizar la eficiencia de los inversores utilizados, inyectándoles una potencia base o principal generada por un generador fotovoltaico principal y, cuando sea necesario, inyectarles una potencia adicional, también de origen fotovoltaico, variable de manera selectiva para realizar un ajuste fino que complemente (no que sustituya) a la principal.

Con tal fin la presente invención aporta, en un primer aspecto, un sistema de optimización de energía en generadores fotovoltaicos que comprende, de manera en sí conocida, los siguientes elementos:

- una pluralidad de generadores fotovoltaicos, cada uno de ellos formado por un respectivo conjunto de paneles fotovoltaicos de un primer tipo,

- una pluralidad de inversores previstos para convertir tensión/corriente continua en alterna,

- unos primeros medios de conmutación dispuestos entre las salidas de como mínimo parte de dichos generadores fotovoltaicos y las entradas de dichos inversores, y

- unos medios de control previstos para controlar de manera automática dichos medios de conmutación para conectar/desconectar de manera selectiva las salidas de dichos generadores fotovoltaicos con las entradas de dichos inversores.

A diferencia de las propuestas convencionales, en el sistema propuesto por la presente invención cada uno de dichos generadores fotovoltaicos es un generador principal, y el sistema comprende además de manera característica:

- una pluralidad de generadores fotovoltaicos adicionales, cada uno de ellos integrado por unos bloques generadores fotovoltaicos formados por unos respectivos conjuntos de paneles fotovoltaicos de un segundo tipo, y

- unos segundos medios de conmutación dispuestos entre las salidas de dichos bloques generadores fotovoltaicos y las salidas de dichos generadores fotovoltaicos adicionales, para aplicar uno o mas de dichos bloques generadores fotovoltaicos a dichas salidas de los generadores fotovoltaicos adicionales.

Los medios de control del sistema propuesto por la invención están previstos para controlar, de manera automática, también a dichos segundos medios de conmutación, para conectar/desconectar de manera selectiva uno o más de dichos bloques generadores fotovoltaicos, respecto a la salida del generador fotovoltaico adicional al que pertenecen y en relación a las entradas de dichos inversores, con el fin de suministrarles una potencia adicional, que es función del número de bloques conectados y menor a la suministrada por los generadores fotovoltaicos principales.

En el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, los mencionados medios de control comprenden uno o más sistemas de procesamiento previstos para llevar a cabo el control de los medios de conmutación en función de unos valores de unos parámetros operativos del sistema de optimización de energía y/o de los conjuntos de paneles fotovoltaicos,...

1. Sistema de optimización de energía en generadores fotovoltaicos, del tipo que incluye:

- una pluralidad de generadores fotovoltaicos (Gp1-Gpn), cada uno de ellos formado por un respectivo conjunto de paneles fotovoltaicos de un primer tipo,

- una pluralidad de inversores (I1-In) previstos para convertir tensión/corriente continua en alterna,

- unos primeros medios de conmutación (Sw1) dispuestos entre las salidas de al menos parte de dichos generadores fotovoltaicos y las entradas de dichos inversores (I1 -In), y

- unos medios de control previstos para controlar, de manera automática, a dichos medios de conmutación (Sw1) para conectar/desconectar de manera selectiva las salidas de dichos generadores fotovoltaicos con las entradas de dichos inversores (I1-In),

estando dicho sistema caracterizado por comprender:

- una pluralidad de generadores fotovoltaicos adicionales (Ga1-Gan), cada uno de ellos integrado por unos bloques generadores fotovoltaicos (B1-Bn) formados por unos respectivos conjuntos de paneles fotovoltaicos de un segundo tipo, y

- unos segundos medios de conmutación (Sw2) dispuestos entre las salidas de dichos bloques generadores fotovoltaicos (B1-Bn) y las salidas de dichos generadores fotovoltaicos adicionales (Ga1-Gan),

estando dichos medios de control previstos para controlar, de manera automática, también a dicho segundos medios de conmutación (Sw2) para conectar/desconectar de manera selectiva uno o más de dichos bloques generadores fotovoltaicos (B1-Bn), respecto a la salida del generador fotovoltaico adicional (Ga1-Gan) al que pertenecen y respecto a las entradas de dichos inversores (I1-In), con el fin de suministrarles una potencia adicional que es función del número de bloques (B1-Bn) hbox{conectados y menor a la suministrada por los generadores fotovoltaicos principales (Gp1-Gpn).}

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida de cada uno de dichos generadores fotovoltaicos adicionales (Ga1-Gan) está conectada a la salida de uno respectivo de dichos generadores fotovoltaicos (Gp1-Gpn) que obran como generadores principales.

3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque cada uno de dichos bloques generadores fotovoltaicos (B1-Bn) está adaptado para suministrar aproximadamente entre un 0,1% y un 10% de la potencia máxima que admite cada inversor (I1-In).

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada uno de dichos generadores fotovoltaicos principales (Gp1-Gpn) está previsto para, en condiciones de máxima radiación, suministrar una potencia de salida máxima igual o inferior a la potencia máxima que admite cada inversor (I1-In).

5. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de control comprenden al menos un sistema de procesamiento previsto para llevar a cabo dicho control de dichos medios de conmutación (Sw1, Sw2) en función de unos valores de unos parámetros operativos del sistema de optimización de energía y/o de los conjuntos de paneles fotovoltaicos, detectados y/o medidos.

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque también comprende llevar a cabo dicho control de dichos medios de conmutación (Sw1, Sw2) en función de unos valores de unos parámetros operativos calculados, del sistema de optimización de energía y/o de los conjuntos de paneles fotovoltaicos.

7. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende una serie de sensores dispuestos en diferentes elementos del sistema y previstos para detectar los valores de distintos parámetros operativos, estando las salidas de dichos sensores conectadas a unas entradas de dicho sistema de procesamiento para suministrarle dichos valores de dichos parámetros operativos detectados.

8. Sistema según la reivindicación 5, 6 ó 7, caracterizado porque dichos parámetros operativos son al menos uno del grupo que comprende los siguientes parámetros: temperatura, de un planta que incluye a dichos generadores fotovoltaicos (Gp1-Gpn, Ga1-Gan) y/o de cada conjunto de paneles, irradiación instantánea, velocidad del viento, tensiones, intensidades y potencias de cada inversor (I1-In), de cada generador fotovoltaico (Gp1-Gpn, Ga1-Gan) y de cada bloque generador fotovoltaico (B1-Bn), o una combinación de los mismos.

9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 5,a 7, caracterizado porque dicho sistema de procesamiento, que es al menos uno, tiene acceso a unos datos históricos relativos a parámetros operativos del sistema, y porque está previsto para llevar a cabo dicho control de dichos medios de conmutación (Sw1, Sw2) en función también de dichos datos históricos.

10. Sistema según, una cualquiera de las reivindicaciones 5,a 7, caracterizado porque dicho sistema de procesamiento, que es al menos uno, tiene acceso a unos datos históricos relativos a parámetros operativos del sistema, y porque está previsto para llevar a cabo dicho control de dichos medios de conmutación (Sw1, Sw2) en función también de dichos datos históricos que comprenden al menos uno del grupo que incluye curvas de irradiación minutal anual, temperaturas medias horarias anuales y curvas de máxima eficiencia de cada inversor, o una combinación de los mismos.

11. Método de optimización de energía en generadores fotovoltaicos, del tipo que comprende conectar/desconectar, de manera selectiva y automática, las salidas de una pluralidad de generadores fotovoltaicos, cada uno de ellos formado por un respectivo conjunto de paneles fotovoltaicos, con las entradas de una pluralidad de inversores previstos para convertir tensión/corriente continua en alterna, estando dicho método caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha conexión selectiva, para al menos un inversor determinado, mediante la realización de las siguientes etapas, de manera secuencial:

- conectar la salida de al menos un generador fotovoltaico principal formado por un conjunto de paneles fotovoltaicos de un primer tipo, a la entrada de dicho inversor determinado, para suministrarle una potencia base o principal, y

- conectar además a la entrada de dicho inversor determinado al menos un generador fotovoltaico adicional, para suministrar una potencia adicional, sin llegar a la potencia máxima de entrada de cada inversor, representativa de un ajuste fino, de manera complementaria a dicha potencia principal.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque cada uno de dichos generadores fotovoltaicos adicionales está integrado por unos bloques generadores fotovoltaicos formados por unos respectivos conjuntos de paneles fotovoltaicos de un segundo tipo, y porque dicha etapa de ajuste fino comprende conectar/desconectar, de manera selectiva y automática, uno o más de dichos bloques generadores fotovoltaicos, por sus salidas, con la salida del generador fotovoltaico adicional al que pertenecen, para suministrar dicha potencia de salida con un valor dependiente de número de bloques generadores conectados.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha desconexión selectiva, para dicho inversor determinado, mediante la realización de la siguiente etapa:

- desconectar de la salida de dicho generador fotovoltaico adicional uno o más de dichos bloques generadores fotovoltaicos adicionales,

y de la siguiente etapa si es necesario:

- desconectar de la entrada de dicho inversor determinado al menos la salida de dicho generador fotovoltaico principal.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque, con el fin de inyectar más o menos potencia a cada inversor con el fin de mantenerlo funcionando dentro de tolerancias y en el punto de la curva de máxima eficiencia, el método comprende llevar a cabo dicha conexión/desconexión selectiva en función de unos valores de unos parámetros operativos del sistema que incluye a dichos generadores fotovoltaicos y/o de los conjuntos de paneles fotovoltaicos y/o de cualquiera de los elementos utilizados por el método de optimización de energía, siendo dichos valores detectados y/o medidos y/o calculados, y/o de unos datos reales históricos relativos a parámetros operativos del sistema y/o de unos datos teóricos referentes a unas previsiones de funcionamiento y/o de condiciones ambientales.

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende preestablecer una serie de consignas teóricas relacionando potencia teórica a inyectar, a obtener mediante un número determinado de generadores fotovoltaicos principales, adicionales y de bloques de los generadores adicionales, a conectar a cada inversor en función de unos datos teóricos de radiación previstos para la zona donde está instalada la planta de generadores fotovoltaicos y de dichos datos reales históricos medidos anteriormente.

16. Método según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende preestablecer dichas consignas teóricas también en función de dichos parámetros operativos detectados y/o medidos y/o calculados.

17. Método según la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque comprende clasificar dichas consignas en los siguientes casos establecidos a partir de dichos datos teóricos, históricos y/o de dichos parámetros operativos:

18. Método según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque comprende detectar la aproximación real a una de dichas consignas o casos, y conectar los generadores asociados a dicha consigna a cada inversor, con el fin de inyectarle la potencia cuyo valor teórico representa dicha consigna.

19. Método según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque comprende compensar las diferencias entre la potencia real inyectada a cada inversor y la teórica relativa a la consigna aplicada, mediante la conexión/desconexión de uno o más de dichos bloques generadores fotovoltaicos.