DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACION DE UN GENERADOR FOTOVOLTAICO DE CONCENTRACION CON UN SEGUIMIENTO CINEMATICO.

Dispositivo para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemático,

que presenta, dos actuadores y puede seguir al sol mediante dos ejes, presenta un transformador de tensión conformado para transformar la potencia eléctrica del generador fotovoltaico de concentración en una potencia eléctrica de salida.

El dispositivo presenta un regulador corrector, para accionar un primer actuador del seguimiento cinemático de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una primera dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima. El dispositivo presenta un segundo regulador corrector, para accionar un segundo actuador del seguimiento cinemático de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, modificada de manera tal en una segunda dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901930.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Wernerstrasse 1 70469 Stuttgart ALEMANIA.

Inventor/es: SCHÜREN,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/38 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › comportando dispositivos de seguimiento (F24J 2/02, F24J 2/06 tienen prioridad; soportes rotativos o montaje para dichos dispositivos F24J 2/54; estructuras de soporte de módulos fotovoltaicos para producción de energia eléctrica especialmente adaptados para sistemas de seguimiento solar H02S 20/32).
  • H01L31/052 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).
  • H02N6/00
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DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACION DE UN GENERADOR FOTOVOLTAICO DE CONCENTRACION CON UN SEGUIMIENTO CINEMATICO.

Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACIÓN DE UN GENERADOR FOTOVOLTAICO DE CONCENTRACIÓN CON UN SEGUIMIENTO CINEMÁTICO

La presente invención hace referencia a un dispositivo para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemática conforme al concepto genérico de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemática conforme al concepto genérico de la reivindicación 17.

Los módulos concentradores fotovoltaicos se componen de pequeñas células solares, en las que la luz solar incidente es concentrada a través de lentes dispuestas delante de ellas de manera estática, típicamente lentes de Fresnel. Esta técnica permite los grados de acción más altos conocidos hasta el momento en la fotovoltaica. Sin embargo, los módulos sólo funcionan si se orientan siempre de manera exacta hacia el sol. Para ello, se deben respetar exactitudes de, por ejemplo, 0, 05°, lo que resulta del alto factor de concentración de, por ejemplo, 700. Los paneles concentradores se componen de una multiplicidad de células concentradoras individuales y poseen un tamaño de, por ejemplo, 20 m2.

Para un seguimiento esencial muy exacto de las células del concentrador fotovoltaico en la técnica de lentes de Fresnel, es 'necesario un sistema de seguimiento. Los sistemas de seguimiento para módulos solares convencionales, sin embargo, no ofrecen la exactitud necesaria y tampoco son lo suficientemente estables como para mantener su orientación incluso si hay viento. Para módulos solares convencionales, una exactitud de 5° es completamente suficiente. Sin embargo, para células concentradoras se requiere una exactitud incomparablemente alta, ya que la potencia de salida cae a cero incluso en el caso de un posicionamiento erróneo, de la más mínima desviación, como por ejemplo 1 o. De esta manera, estas células solares se deberían orientar de manera muy precisa hacia el sol, ya que de lo contrario no ofrecen u ofrecen sólo una potencia de salida insuficiente. A diferencia de células solares convencionales, que cada vez son más económicas, los módulos fotovoltaicos de concentración necesitan, fundamentalmente, un dispositivo de seguimiento. Al dispositivo de seguimiento se le exige un alto rendimiento en cuanto a robustez, vida útil y precisión. A su vez, el dispositivo de seguimiento no puede superar determinados costos, que resultan de la diferencia de costo de los generadores fotovoltaicos de concentración y el rendimiento energético.

De esta manera, es objeto de la presente invención, crear un dispositivo y un procedimiento para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemática, que frente al estado actual del arte posibilite un seguimiento del sol más económico, mejor y más estable y, con ello, un mayor rendimiento energético a través de una orientación más precisa de un panel solar.

Este objeto es resuelto por un dispositivo conforme a la reivindicación 1, así como un procedimiento conforme a la reivindicación 17.

La presente invención crea un dispositivo para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemática, que presenta, al menos, dos actuadores y que puede seguir al sol mediante dos ejes, con lo que el dispositivo comprende las siguientes características:

un transformador de tensión y/o de potencia, que se encuentra conformado para transformar la potencia eléctrica del generador fotovoltaico de concentración en una potencia eléctrica de salida (típicamente un alternador solar con seguidor MPP) , un primer regulador corrector, que se encuentra conformado para accionar un primer actuador del seguimiento cinemática de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una primera dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima; y un segundo regulador corrector, que se encuentra conformado para accionar un segundo actuador del seguimiento cinemática de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una segunda dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima.

Además, la presente invención crea un procedimiento para la operación de un generador fotovoltaico de concentración con un seguimiento cinemática, que presenta, al menos, dos actuadores y que puede seguir al sol mediante dos ejes, con

lo que el procedimiento comprende los siguientes pasos: transformación de una potencia de tensión y/o eléctrica del generador fotovoltaico de concentración en una potenda eléctrica de salida; accionamiento de un primer actuador del seguimiento cinemática a través de un primer regulador corrector de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una primera dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima; y accionamiento de un segundo actuador del seguimiento cinemática a través de un segundo regulador corrector de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración, sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una segunda dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima.

La presente invención se basa en el conocimiento, de que la magnitud eléctrica del módulo fotovoltaico de concentración, que por ejemplo puede consistir en una potencia eléctrica, una corriente eléctrica o una tensión eléctrica, puede ser transformada y utilizada para la regulación de un movimiento de los componentes del seguimiento cinemática en dos direcciones espaciales. Si la orientación del módulo fotovoltaico de concentración hacia el sol es más precisa, entonces tainbién aumenta la tensión o la potencia eléctrica o la corriente eléctrica debido a la radiación más precisa sobre el módulo fotovoltaico de concentración. En el caso de la magnitud eléctrica emitida por el módulo fotovoltaico de concentración, se puede cerrar, de esta manera, un bucle de regulación directo entre la orientación del módulo fotovoltaico de concentración y la generación de corriente provocada por esta orientación. Además, no se requieren caros elementos sensores adicionales para la determinación de una orientación. Así, la unidad de seguimiento también puede ser dispuesta en un convertidor para la adecuación de la potencia emitida por el módulo fotovoltaico de concentración, de manera que no es necesaria una unidad de accionamiento separada para el accionamiento de la unidad de retención del módulo fotovoltaico de concentración. Además también es posible, alimentar la magnitud eléctrica de un módulo fotovoltaico de concentración en una red eléctrica de suministro de energía, de manera que la adecuación del módulo fotovoltaico de concentración puede ser dispuesta en un transformador de tensión. De esta manera, también se pueden ahorrar costos debido a la previsión de una unidad constructiva compacta.

La presente invención ofrece la ventaja, de que a través de la valoración de una señal ya existente o de una magnitud eléctrica existente del módulo fotovoltaico de concentración es posible un seguimiento efectivo, y económico, de la orientación de este módulo fotovoltaico de concentración hacia el sol. De esta manera se puede evitar, a su vez, el accionamiento de la orientación mecánica del módulo fotovoltaico de concentración, que sólo es calculado sobre la base de un ángulo de orientación predeterminado (por ejemplo a una hora determinada) . Una orientación. de este tipo requeriría un soporte muy estable con poco juego, para que la orientación sea lo suficientemente precisa. A través del primer y el segundo regulador, en cambio, se pueden utilizar soportes mecánicos no tan precisos, con lo que la orientación precisa recién es realizada a través del seguimiento, sobre la base de la magnitud eléctrica o de la potencia eléctrica de salida del transformador de tensión. Así, para la unidad de seguimiento se pueden utilizar elementos más sencillos y, con ello, económicos, sin tener que temer pérdidas en la precisión resultante.

En una forma de ejecución favorable de la presente invención, el transformador de tensión o de potencia puede estar conformado para alimentar la potencia eléctrica de...

 


Reivindicaciones:

l. Dispositivo (1 00) para la operación de un generador fotovoltaico de concentración (110) con un seguimiento cinemática, que presenta, al menos, dos actuadores y que puede seguir al sol mediante dos ejes, con lo que el dispositivo (100) comprende las siguientes características:

un transformador de tensión y/o de potencia (130, 120) , 'que se encuentra conformado para transformar la potencia eléctrica del generador fotovoltaico de concentración (11 O) en una potencia eléctrica de salida; un primer regulador corrector (150) , que se encuentra conformado para accionar un primer actuador (170} del seguimiento cinemática de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración (11 0) , sensible a la potencia elé~trica de salida, es modificada de manera tal en una primera dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima; y un segundo regulador corrector (160) , que se encuentra conformado para accionar un segundo actuador (180) del seguimiento cinemática de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración (11 0) , sensible a la potencia . eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una segunda dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima.

2. . Dispositivo (100) conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque el transformador de tensión o de potencia (130, 120) se encuentra conformado para alimentar la potencia eléctrica de salida, o una potencia· de alimentación derivada de la potencia eléctrica de salida, en una red eléctrica de suministro de energía (125) .

3. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque además se encuentra previsto un dispositivo de determinación de posición (190; 200) , que se encuentra conformado para poner a disposición la posición del sol y, con ello, la orientación nominal del generador fotovoltaico de concentración (110) dependiendo de la hora, con lo que, además, se encuentra previsto un posicionador (210, 215, 230, 235) , que acciona al primer

(170) y/o al segundo (180) actuador de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración (11 O) corresponde a la orientación nominal calculada.

4. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado

porque el primer (150) y el segundo (160) regulador corrector se encuentra conformado para modificar la orientación del generador fotovoltaico de concentración (110) sólo dentro de un campo angular predefinido.

5. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer (150) y el segundo (160) regulador corrector se encuentra

1º conformado para realizar de manera alterna la optimización de la potencia eléctrica de salida.

6. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al transformador de tensión o de potencia (130, 120) se encuentra asignado un regulador de MPP (140) , que se encuentra conformado para operar

al generador fotovoltaico de concentración (110) en el punto de potencia máxima de una curva eléctrica característica.

7. Dispositivo (100) conforme a la reivindicación 6, caracterizado porque el regulador de MPP (140) se encuentra conformado para estar inactivo durante los procesos de optimización del primer (150) y del segundo (160) regulador

corrector.

8. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque el primer (150) y/o el segundo (160) regulador corrector se encuentra conformado para realizar los procesos de optimización del primer (150) y del segundo (160) regulador corrector de manera tan lenta, que el regulador de

MPP (140) pueda seguir un punto de funcionamiento dinámico, que se modifica, en la curva eléctrica característica del generador fotovoltaico de concentración (11 0) .

9. Dispositivo (1 00) conforme a una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque además, se encuentra prevista una unidad de control de secuencia, que

30 se encuentra conformada para controlar una actividad y una interacción del primer (150) y del segundo (160) regulador corrector, así como del regulador de MPP (140) .

10. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se prevé una memoria (220) , que se encuentra conformada para almacenar los valores de corrección para la orientación determinados por los reguladores correctores (150, 160) , especialmente en forma de tabla, con lo que el primer (150) y/o el segundo (160) regulador corrector se encuentra conformado para realizar la orientación del generador fotovoltaico de concentración (110) sobre la base de, al menos, un valor almacenado en la memoria (220) .

11. Dispositivo (1 00) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 1 O, caracterizado porque además, se encuentra prevista una unidad (210) para una trasformación de coordenadas, que se encuentra conformada para controlar una modifi~ación de la dirección de movimiento del generador fótovoltaico de concentración

(110) en un movimiento necesario del primer (170) y el segundo (180) actuador.

12. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el primer (150) y/o el segundo (160) regulador corrector se encuentra conformado para realizar la corrección de la orientación sólo en intervalos temporales definidos.

13. Dispositivo (1 00) conforme a la reivindicación 4, caracterizado porque el campo angular, dentro del cual trabajan el primer (150) y el segundo (160) regulador corrector es adecuado a las necesidades del seguimiento cinemático a través de un algoritmo adaptivo.

14. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el transformador de tensión o de potencia (130, 120) , el primer (150) y el segundo (160) regulador corrector se encuentran dispuestos en una carcasa común.

15. Dispositivo (1 00) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque además, se encuentra prevista una unidad de mando (230, 235) para el accionamiento del primer (170) y del segundo (180) actuador, que se encuentra dispuesta en una carcasa común con, al menos, el primer (150) y/o el segundo

(160) regulador corrector.

16. Dispositivo (100) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado

porque el seguimiento cinemática se encuentra diseñado sin juego.

17. Procedimiento (300) para la· operación de un generador fotovoltaico de concentración (11 O) con un seguimiento cinemática, que presenta, al menos, dos actuadores y que puede seguir al sol mediante dos ejes, con lo que el procedimiento (300) comprende los siguientes pasos:

transformación (31 O) de una potencia de tensión y/o eléctrica del generador fotovoltaico de concentración (11 O) en una potencia eléctrica de salida; accionamiento (320) de un pnmer actuador (170) del seguimiento cinemática a través de un primer regulador corrector (150) de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración (11 0) , sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una primera dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima; y accionamiento (330) de un segundo actuador (170) del seguimiento cinemática a través de un segundo regulador corrector (150) de manera tal, que la orientación del generador fotovoltaico de concentración (11 0) , sensible a la potencia eléctrica de salida, es modificada de manera tal en una segunda dirección, que la potencia eléctrica de salida se convierte en máxima.

18. Programa de ordenador con código de programa para la ejecución de los pasos del procedimiento (300) conforme a la reivindicación 17, cuando el programa de ordenador se ejecuta en una instalación de procesamiento de datos (100, 150, 160, 210, 215, 230, 235) .

Lista de referencias

100 Dispositivo para la operación de un generador fotovoltaico de concentración 11 O con un seguimiento cinemática 5 11 O Módulo concentrador de células solares, generador fotovoltaico de

concentración 120 Alternador 125 Red eléctrica de suministro de energía 130 Convertidor CC-CC, convertidor CA-CA

1.0 140 Regulador de MPP U/1 150 Primer regulador corrector 160 Segündo regulador corrector 170 Primer actuador 180 Segundo actuador

190 Unidad de determinación de la posición nominal 200 Reloj 21 O Transformador de coordenadas 220 Memoria de corrección 230 Electrónica de mando para el accionamiento del primer actuador 170

235 Electrónica de mando para el accionamiento del segundo actuador 180 300 Procedimiento para la operación de un generador fotovoltaico de

concentración 11 O con un seguimiento cinemática 31 O Paso de la transformación de una tensión y/o una potencia eléctrica 320 Paso del accionamiento de un primer actuador 170 del seguimiento

25 cinemático 330 Paso del accionamiento de un segundo actuador 180 del seguimiento cinemática


 

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