BOYA DE COMUNICACIONES ALIMENTADA POR ENERGÍA SOLAR.

Boya de comunicaciones alimentada por energía solar que comprende:

un panel fotovoltaico (1), uno o más "supercondensadores" (2), un circuito de carga (3), un convertidor de potencia (4), un terminal de satélite (5), un grupo de sensores (6) y un sistema de control (7), obteniendo la energía para su funcionamiento de la radiación solar, a través de su panel fotovoltaico (1), que almacena mediante mecanismos electrostáticos en supercondensadores (2).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031750.

Solicitante: SATLINK, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ORTEGA GONZALEZ,Francisco Javier.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B63B22/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B63 BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; SUS EQUIPOS.B63B BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; EQUIPAMIENTO PARA EMBARCACIONES (disposiciones relativas a la ventilación, calefacción, refrigeración o acondicionamiento de aire en los buques B63J 2/00; subestructuras flotantes como soportes de las dragas o máquinas par el movimiento de tierras E02F 9/06). › Boyas (medios para señalar el emplazamiento de objetos sumergidos B63C 7/26; boyas salvavidas, p. ej. en forma de corona B63C 9/08).
  • H01G11/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › Condensadores híbridos, es decir, condensadores que tienen diferentes electrodos positivo y negativo; Condensadores eléctricos de doble capa [EDL]; Los procesos para la fabricación de los mismos o de sus partes constitutivas.
  • H01L31/042 H01 […] › 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). › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicos (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
  • H01Q1/34 H01 […] › H01Q ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento por microondas H05B 6/72). › H01Q 1/00 Detalles de dispositivos asociados a las antenas (dispositivos para hacer variar la orientación de un diagrama direccional H01Q 3/00). › Adaptación para la utilización en o sobre barcos, submarinos, boyas o torpedos (para la utilización bajo el agua H01Q 1/04).

Fragmento de la descripción:

BOYA SOLAR. DE COMUNICACIONES ALIMENTADA POR ENERGIA

5 1. Campo de la invención.

La invención se encuadra en el sector técnico de la electrónica y comunicaciones para aplicaciones marítimas.

1º Esta boya está marítimo tales como: oceanográficos, etc. orientada para ser utilizada en áreas del sector pesca, vigilancia del mar, estudios científicos y

2. Antecedentes de la invención.

15 20 Las boyas de comunicaciones se han utilizado para la obtención de datos en los océanos desde mediados de los años 30. Durante la segunda guerra mundial estos dispositivos experimentaron un importante avance, en ese momento aparecen las primeras sonoboyas. En los años setenta y principios de los ochenta del siglo XX, las boyas de comunicaciones comenzaron a ser utilizadas por sectores civiles, como por ejemplo el pesquero, gracias a la simplificación, miniaturización y reducción de coste que experimentaron los circuitos electrónicos que las integraban.

25 La tecnología de comunicaciones empleada en las boyas ha experimentado un notable avance a lo largo de su historia. En sus inicios existían importantes inconvenientes para su localización, que solo era posible mediante el uso de imprecisos radiogoniómetros. A mediados de la década de los noventa aparecieron los primeros "chipsets" para la recepción de señales GPS económicos y de tamaño reducido. Estos "chipsets" fueron rápidamente incorporados a las boyas de comunicaciones, lo que simplificó enormemente las tareas para su localización.

Otros avances técnicos notables acaecidos durante las últimas

décadas del pasado siglo de los que se beneficiaron estos sistemas, fue la

aparición de servicios de comunicaciones por satélite de datos a baja

velocidad, ocurrida tras el lanzamiento de servicios como los "C" y "D" de

5 lnmarsat. Estos servicios de comunicaciones por satélite permitieron

aumentar la cobertura de las comunicaciones de la boya a nivel mundial, así

como mejorar drásticamente su fiabilidad.

El desarrollo de las técnicas de procesado digital de la señal, la

aparición de procesadores digitales de reducido tamaño y coste, así como el

1º perfeccionamiento y mejora de los sensores de estado sólido, también

ampliaron de forma muy notable el rango de aplicación de las boyas, que en

el momento actual se han convertido en un instrumento prácticamente

imprescindible, para la medida y adquisición de datos en tiempo real en los

océanos.

15 Al tratarse de sistemas aislados, localizados en emplazamientos

remotos, la alimentación de los circuitos electrónicos que incorporan las

boyas ha sido un importante reto técnico. Por un lado es preciso que su

consumo eléctrico sea lo más bajo posible. Por otra parte, es necesario dotar

a estos instrumentos bien de baterías no recargables que puedan

20 alimentarlos durante un tiempo razonable, bien de sistemas que permitan la

generación autónoma de la energía requerida para su funcionamiento.

Resulta obvio que las baterías no recargables instaladas en boyas

precisan una sustitución periódica conforme se descargan. Estas

operaciones de mantenimiento son incomodas, caras y reducen su

25 fiabilidad, motivo por el cual los sistemas de alimentación autónomos están

alcanzando una gran popularidad.

El sistema de alimentación autónomo para boyas más habitual en el

momento de la redacción de este documento es el basado en la obtención

de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos. Dado que la captación

30 de energía está limitada a las horas con suficiente irradiación solar, es

preciso que las boyas dispongan también de elementos para su

almacenamiento para que pueda ser utilizada durante las horas en la que no es posible obtenerla.

5 1º El componente más utilizado para el almacenamiento de la energía producida por procedimientos fotovoltaicos es la batería de plomo-acido, debido a su bajo coste relativo. No obstante, dado que este sistema de almacenamiento de energía está basado en la utilización de reacciones químicas reversibles, está sujeto a varios inconvenientes dentro de los que cabe destacar especialmente para el caso que nos ocupa, la eventual generación de hidrógeno en la batería durante el proceso de carga. Este gas debe ser evacuado de forma eficaz para reducir el riesgo de acumulación y explosión.

15 Si bien la generación de hidrógeno puede minimizarse mediante un cuidadoso control del proceso de carga y el uso de sistemas químicos de recombinación, el hecho de que, generalmente, las boyas son recipientes herméticos que no disponen de sistemas de ventilación, desaconseja enérgicamente el empleo de baterías para la acumulación de energía eléctrica, especialmente las de plomo ácido, por el eventual riesgo de explosión.

20 Sería deseable, por tanto, la utilización de otros dispositivos más seguros para el almacenamiento de la energía generada en los paneles fotovoltaicos de las boyas.

25 El almacenamiento de energía eléctrica por procedimientos electrostáticos no presenta los problemas asociados al sistema de almacenamiento mediante reacciones químicas reversibles, típico de las baterías.

Además, la energía generada por los paneles fotovoltaicos instalados en una boya, experimenta continuas y rápidas variaciones debido al movimiento al que está sometida en la superficie del agua. Es necesario por tanto, un componente que sea capaz de almacenarla de forma muy rápida.

5 Los recientes avances en componentes electrónicos permiten plantearse la posibilidad de almacenar por procedimientos electrostáticos la energía requerida por una boya de comunicaciones, generada en paneles fotovoltaicos. No obstante, un producto basado en este tipo de sistemas de acumulación de energía que presente características técnicas adecuadas para su explotación comercial precisa resolver importantes problemas técnicos.

3. Descripción de la invención.

1º 15 20 La presente invención consiste en una nueva boya de comunicaciones que obtiene la energía eléctrica para su alimentación mediante un subsistema de potencia (SP) que hace uso de paneles fotovoltaicos para su captación, condensadores de doble capa (también conocidos como "supercondensadores" o "ultracondensadores") para su almacenamiento por procedimientos electrostáticos y un convertidor de energía que permite la obtención de una tensión estable, apropiada para la alimentación de los circuitos de la boya, a partir de la carga eléctrica variable almacenada en los supercondensadores, con alto rendimiento energético, en el amplio margen de condiciones de carga producido por el resto de los circuitos de la boya.

3.1. Breve descripción de los dibujos y figuras.

25 Seguidamente se describen, muy brevemente, las figuras que acompañan a este texto y que se relacionan expresamente con una realización de la invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.

La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de la invención descrita en este documento.

30

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques preferida de la invención descrita en este documento. de la realización

3.2. Descripción detallada de la invención.

5 La boya de comunicaciones objeto de este documento está compuesta por siete bloques, tal y como se muestra en la Figura 1. Parte de estos bloques se agrupan en el subsistema de potencia de la boya (SP) . Los bloques mostrados en la Figura 1 realizan las siguientes funciones:

1º Panel fotovoltaico (1) : Compuesto por un número de células fotovoltaicas conectadas en serie para proporcionar una tensión suficiente que permita el correcto funcionamiento del circuito de carga (3) de los "supercondensadores" (2) . Habitualmente, esta tensión debe ser ligeramente superior a la tensión máxima soportada por los supercondensadores.

En cuanto a la superficie y rendimiento del panel fotovoltaico es tal, que en condiciones de baja irradiación solar, como la que se obtiene en días nublados, permitan la carga completa de los "supercondensadores" (2) en un solo día, partiendo de una condición de descarga.

15 Este bloque forma parte del subsistema de potencia de la boya (SP) .

Supercondensadores (2) : Conjunto de condensadores de alta capacidad, basados en tecnologías de doble capa y también conocidos con el nombre de "supercondensadores" o "ultracondensadores".

20 25 Son utilizados para el almacenamiento de la energía eléctrica proporcionada por el panel fotovoltaico (1) mediante procedimientos electrostáticos, sin hacer uso, por tanto, de reacciones químicas reversibles. La asociación de supercondensadores puede realizarse de forma paralelo o serie, si bien la asociación en paralelo evita la...

 


Reivindicaciones:

1. Boya de comunicaciones alimentada por energía solar que comprende:

un panel fotovoltaico (1 ) , uno o más "supercondensadores" (2) , un circuito de carga (3) , un convertidor de potencia (4) , un terminal de satélite (5) , un grupo de sensores (6) ; y un sistema de control (7) ,

almacenando mediante mecanismos electrostáticos en supercondensadores (2) la energía obtenido para su funcionamiento de la radiación solar, a través de su panel fotovoltaico (1 ) .

2. Boya de comunicaciones alimentada por energía solar, según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el circuito de carga (3) utilizado para la carga de su supercondensador (2) realiza las siguientes funciones:

a) determina el punto de potencia óptima del panel solar para aprovechar toda la energía que éste es capaz de suministrar,

b) impide la descarga de su supercondensador en momentos en que el panel no recibe radiación solar,

e) suspende la carga del supercondensador cuando éste alcanza su tensión máxima permitida; y

d) desconecta el convertidor de potencia (4) cuando la tensión en el supercondensador baja de un determinado nivel que puede dificultar el funcionamiento del mencionado convertidor (4) .

3. Boya de comunicaciones alimentada por energía solar, según la

reivindicación 1, caracterizada porque utiliza un convertidor de potencia (4)

para elevar la tensión en su supercondensador (2) hasta los valores de

tensión requeridos por el resto de los circuitos de la boya, realizando estas

5 funciones con alto rendimiento energético en un amplio margen de carga,

utilizando varios modos de funcionamiento eléctrico en función de la carga.

4. Boya de comunicaciones alimentada por energía solar, según la

reivindicación 1, caracterizada porque implementa un sistema de gestión de

1º energía consistente en almacenar sólo la energía necesaria para su

funcionamiento durante un periodo de tiempo corto (24 o 48 horas) y por

recargar dicha energía en su supercondensador o supercondensadores muy

rápidamente (en un periodo inferior a una jornada) .

15 5. Boya de comunicaciones alimentada por energía solar, según las

reivindicaciones 1 y 4, caracterizada porque complementa su sistema de

gestión de energía, realizando las funciones de recogida y transmisión de

datos en un periodo de tiempo muy corto, para reducir el consumo de

energía, y que permanece la mayor parte del tiempo en un estado de muy

20 bajo consumo.

 

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