"EQUIPO FOTOVOLTAICO Y PROCEDIMIENTO PARA CONTROLAR DICHO EQUIPO FOTOVOLTAICO".
Equipo fotovoltaico y procedimiento para controlar dicho equipo fotovoltaico para optimizar la extracción de energía de una fuente fotovoltaica monitorizando constantemente la potencia máxima disponible en la fuente solar mediante un algoritmo de seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT),
en el que cuando dicho equipo fotovoltaico está conectado a la red eléctrica se intenta derivar una fracción de potencia máxima disponible en la fuente fotovoltaica a los medios de almacenamiento de energía. Cuando dicho equipo fotovoltaico se desconecta de la red eléctrica se calcula la potencia necesaria para alimentar posibles cargas locales y si la potencia máxima disponible es mayor que dicha potencia necesaria se deriva dicho excedente de potencia a los medios de almacenamiento de energía pero si la potencia máxima disponible es menor que la potencia necesaria se compensa dicha falta de potencia mediante los medios de almacenamiento de energía.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201230322.
Solicitante: CIRCUTOR, S.A..
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: HEREDERO PERIS,Daniel, GÁLVEZ MORENO,Eduardo, TORNÉ PIBERNAT,Martí, CARRERAS MARGALEF,Ramón, PAGÈS GIMÉNEZ,Marc, IGOR GROSS,Gabriel, MONTESINOS MIRACLE,Daniel.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G05B13/02 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 13/00 Sistemas de control adaptativos, es decir, sistemas que se regulan a sí mismos para obtener un rendimiento óptimo siguiendo un criterio predeterminado (G05B 19/00 tiene prioridad; aprendizaje automático G06N 20/00). › eléctricos.
- H01L29/86 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 eléctricas 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 29/00 Dispositivos semiconductores adaptados a la rectificación, amplificación, generación de oscilaciones o a la conmutación que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie; Condensadores o resistencias, que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie, p. ej. unión PN, región de empobrecimiento, o región de concentración de portadores de carga; Detalles de cuerpos semiconductores o de sus electrodos (H01L 31/00 - H01L 47/00, H01L 51/05 tienen prioridad; otros detalles de los cuerpos semiconductores o de sus electrodos H01L 23/00; consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › controlables por la variación de la corriente eléctrica suministrada, o únicamente de la tensión aplicada a uno o varios de los electrodos que transportan la corriente a rectificar, amplificar, hacer oscilar o conmutar (H01L 29/96 tiene prioridad).
- H01L31/042 H01L […] › 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 fotovoltaicas (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
Fragmento de la descripción:
Equipo fotovoltaico y procedimiento para controlar dicho equipo fotovoltaico.
Sector técnico de la invención La presente invención describe un equipo fotovoltaico y un procedimiento para controlar dicho equipo fotovoltaico optimizando la extracción de energía de su fuente solar.
Antecedentes de la invención A medida que la penetración de las energías renovables en el sistema energético global se está incrementando día tras día, en el campo de la ingeniería eléctrica, su integración en la red pública se está convirtiendo en un reto a superar. En la consecución de los objetivos de la integración de renovables a la red, los sistemas fotovoltaicos no son una excepción, y su presencia en el mix energético se mantiene regularmente al alza.
En muchas de las plantas que se encuentran instaladas en este momento, los fallos de red provocan la desconexión forzada del sistema, quedando ciertas áreas de la red de distribución sin alimentar durante los trabajos de restablecimiento de la red pública. En estas situaciones, la energía fotovoltaica de las plantas es desaprovechada Un primer paso para estos sistemas es la dotación de una cierta capacidad de trabajar como una microrred, pudiendo alimentar cargas locales con la energía disponible en los módulos fotovoltaicos. En este caso la potencia máxima disponible en los generadores debe ser mayor que la potencia consumida por las cargas. La diferencia entre la máxima potencia y los consumos locales de la microrred son desaprovechados y en consecuencia, el punto de máxima potencia (MPPT) no es alcanzable.
Es por tanto un objetivo principal de la presente invención dar a conocer un procedimiento y un dispositivo que permitan aprovechar la potencia máxima disponible de un inversor solar independientemente de si el inversor está conectado o desconectado de la red eléctrica, así como de la existencia de cargas locales conectadas al inversor.
Explicación de la invención El procedimiento para controlar un equipo fotovoltaico de la presente invención es de los utilizados para controlar un equipo fotovoltaico provisto de al menos una fuente fotovoltaica, tal como un módulo fotovoltaico, conectada a unos medios de almacenamiento de energía para almacenar parte de la energía generada por la fuente fotovoltaica y un inversor para convertir la corriente continua producida por la fuente fotovoltaica en corriente alterna que puede ser utilizada para alimentar cargas locales o inyectada a otra red eléctrica, tal como la red eléctrica pública. Dicho equipo fotovoltaico es de los que monitorizan constantemente la potencia máxima disponible en dicha fuente fotovoltaica mediante un algoritmo de seguimiento de punto de máxima potencia, también conocido como MPPT. Cuando el equipo fotovoltaico está conectado a la red eléctrica, se realizan iterativamente los pasos de determinar una fracción de la potencia máxima disponible a suministrar a los medios de almacenamiento de energía; derivar dicha fracción de la potencia máxima disponible a los medios de almacenamiento de energía; verificar la potencia real suministrada a los medios de almacenamiento de energía; y proporcionar la potencia que no ha sido suministrada a los medios de almacenamiento de energía al inversor.
En esencia, el procedimiento para controlar el equipo fotovoltaico se caracteriza porque cuando dicho equipo fotovoltaico está desconectado de la red eléctrica se realizan iterativamente los pasos de calcular la potencia necesaria en el inversor y si la potencia máxima disponible en los módulos fotovoltaicos es mayor que la potencia necesaria en el inversor, es decir, existe un excedente de potencia, derivar dicho excedente de potencia a los medios de almacenamiento de energía. Alternativamente, si la potencia máxima disponible en los módulos fotovoltaicos es menor que la potencia necesaria en el inversor, es decir, existe una falta de potencia, compensar dicha falta de potencia mediante los medios de almacenamiento de energía. Ventajosamente de esta manera se consigue suplir la falta de potencia en las cargas locales cuando el equipo fotovoltaico se desconecta de la red eléctrica pública mediante la energía almacenada previamente en los medios de almacenamiento de energía, consiguiendo la extracción de la máxima potencia de la fuente fotovoltaica, incluso en su funcionamiento en modo aislado de la red eléctrica pública.
En una variante de la invención, el valor de la potencia necesaria en el inversor se calcula por la multiplicación de la corriente de salida del inversor por la tensión de salida del inversor, filtrando su componente al doble de la frecuencia de la red eléctrica pública, con lo que se consigue monitorizar las necesidades instantáneas de potencia de las cargas locales y por tanto se puede actuar rápidamente evitando que las cargas locales noten un descenso en la potencia suministrada por el inversor.
En otra variante de interés, el paso de derivar la fracción de la potencia máxima disponible a los medios de almacenamiento se realiza mediante los subpasos de determinar una corriente de referencia de carga correspondiente a la fracción de la potencia máxima disponible a derivar; limitar el valor de dicha corriente de carga en base a un valor máximo de corriente de carga y un valor mínimo de corriente de carga; y normalizar, modular e inyectar el valor de la corriente de carga limitada en los medios de almacenamiento de energía. De esta manera se evita que los medios de almacenamiento de energía puedan ser alimentados con una corriente fuera de los márgenes permitidos, lo que podría dañar dichos medios de almacenamiento de energía.
El cálculo de la potencia real suministrada a los medios de almacenamiento de energía se determina a partir de la corriente de carga y el valor de la tensión de carga, pudiendo reportar rápidamente el valor de la potencia que ha podido ser inyectada a los medios de almacenamiento de energía.
En otra variante de realización, si se determina que los medios de almacenamiento de energía están llenos, se detiene el almacenamiento de potencia en dichos medios de almacenamiento de energía y se establece que la potencia real suministrada a los medios de almacenamiento de energía es nula, permitiendo en este caso que no se inyecte más potencia a los medios de almacenamiento de energía, ya que podrían dañarse, y reportando que toda la potencia debe ser aportada al inversor.
En otra realización de la invención, el paso de ver si los medios de almacenamiento de energía están llenos se realiza comparando el valor de la tensión de carga con la referencia del valor de la tensión de carga completa de los medios de almacenamiento de energía. De esta manera se puede ver de manera rápida que los medios de almacenamiento ya no admiten más potencia.
En una variante de interés, el algoritmo de seguimiento de punto de máxima potencia basado en el principio de perturbación y observación que permite obtener la tensión de referencia en los módulos fotovoltaicos para obtener la potencia máxima disponible en dichos módulos fotovoltaicos, si la diferencia entre la tensión de referencia y la tensión de lectura en los módulos fotovoltaicos es mayor que 1V, se fuerza un valor de tensión de referencia inferior a dicha tensión de lectura. Ventajosamente se evita de esta manera extraer demasiada potencia de la fuente fotovoltaica en un sistema en isla sobreenergizado.
En una variante de interés, la tensión de referencia se fuerza a la tensión de lectura menos 2V, siendo este valor suficiente para evitar transitorios bruscos.
El equipo fotovoltaico de la presente invención es de los que comprenden una fuente fotovoltaica de las conocidas que generan una corriente continua según su exposición solar, un inversor conectado a dicha fuente fotovoltaica y provisto de unos medios de control de inversor para convertir dicha corriente continua en corriente de salida del inversor alterna, puede contener cargas locales alimentadas por la corriente de salida del inversor y un interruptor que cuando está cerrado conecta el inversor a la red pública, estando dicho interruptor adaptado para desconectar la red eléctrica del inversor si es necesario.
El equipo fotovoltaico se caracteriza en esencia porque comprende además unos medios de almacenamiento de energía y unos medios de control de almacenamiento de dichos medios de almacenamiento de energía para derivar parte de la potencia máxima disponible a los medios de almacenamiento de energía o suplir una falta de potencia en las cargas locales con la energía almacenada en dichos medios de almacenamiento, estando dichos medios de control de inversor y medios de control de almacenamiento intercomunicados. Ventajosamente se consigue mediante...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para controlar un equipo fotovoltaico (1) provisto de al menos una fuente fotovoltaica (2) conectada a unos medios de almacenamiento de energía (7) y a un inversor (3) , en que se monitoriza constantemente la potencia máxima disponible (PPV*) en la fuente fotovoltaica mediante un algoritmo de seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT) , en el que cuando dicho equipo fotovoltaico está conectado a la red eléctrica (8) se realizan iterativamente los pasos de:
-determinar una fracción de la potencia máxima disponible (PBAT*) a suministrar a los medios de almacenamiento de energía;
-derivar dicha fracción de la potencia máxima disponible a los medios de almacenamiento de energía;
-verificar la potencia real suministrada (PBAT) a los medios de almacenamiento de energía;
-proporcionar la potencia que no ha sido suministrada a los medios de almacenamiento de energía, es decir PPV* - PBAT, al inversor;
caracterizado porque cuando dicho equipo fotovoltaico está desconectado de la red eléctrica se realizan iterativamente los pasos de:
- calcular la potencia necesaria en el inversor (PINV) ; y
-si la potencia máxima disponible en la fuente fotovoltaica es mayor que la potencia necesaria en el inversor, es decir, existe un excedente de potencia, derivar dicho excedente de potencia a los medios de almacenamiento de energía y
-si la potencia máxima disponible en la fuente fotovoltaica es menor que la potencia necesaria en el inversor, es decir, existe una falta de potencia, compensar dicha falta de potencia mediante los medios de almacenamiento de energía.
2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque el valor de la potencia necesaria en el inversor (PINV) se calcula por la multiplicación de la corriente de salida del inversor (i1) por la tensión de salida del inversor (uc) , filtrando su componente al doble de la frecuencia de la red eléctrica pública.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de derivar la fracción de la potencia máxima disponible (PBAT*) a los medios de almacenamiento se realiza mediante los subpasos de
- determinar una corriente de referencia de carga (iBAT*) correspondiente a la fracción de la potencia máxima disponible a derivar
- limitar el valor de dicha corriente de carga en base a un valor máximo de corriente de carga (iBAT_MAX_CHR) y un valor mínimo de corriente de carga (iBAT_MAX_DCH) ; y
- normalizar, modular e inyectar el valor de la corriente de carga limitada en los medios de almacenamiento de energía.
y porque el cálculo de la potencia real suministrada (PBAT) a los medios de almacenamiento de energía (7) se determina a partir de la corriente de carga (iBAT) y el valor de la tensión de carga (uBAT) .
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque si se determina que los medios de almacenamiento de energía (7) están llenos, se detiene el almacenamiento de potencia en dichos medios de almacenamiento de energía y se establece que la potencia real suministrada (PBAT) a los medios de almacenamiento de energía es nula.
5. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la determinación de si los medios de almacenamiento de energía (7) están llenos se realiza comparando el valor de la tensión de carga (uBAT) con la referencia del valor de la tensión de carga completa de los medios de almacenamiento de energía.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el algoritmo de seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT) basado en el principio de perturbación y observación (P&O) que permite obtener la tensión de referencia (uPV*) en la fuente fotovoltaica (2) para obtener la potencia máxima disponible (PPV*) en dicha fuente fotovoltaica, si la diferencia entre la tensión de referencia (uPV*) y la tensión de lectura (uPV) en la fuente fotovoltaica es mayor que 1V, se fuerza un valor de tensión de referencia inferior a dicha tensión de lectura.
7. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la tensión de referencia (uPV*) se fuerza a la tensión de lectura (uPV) menos 2V.
8. Equipo fotovoltaico (1) que comprende de una fuente fotovoltaica (2) para generar una corriente continua (iPV) según su exposición solar, un inversor (3) conectado a dicha fuente fotovoltaica y provisto de unos medios de control de inversor (4) para convertir dicha corriente continua en corriente de salida del inversor (i1) alterna, y un interruptor
(6) para conectar o desconectar el inversor a una red eléctrica (8) , estando el equipo fotovoltaico caracterizado porque comprende unos medios de almacenamiento de energía (7) y unos medios de control de almacenamiento (9) de dichos medios de almacenamiento de energía para derivar parte de la potencia máxima disponible (PPV*) en la fuente fotovoltaica a los medios de almacenamiento de energía, estando dichos medios de control de inversor y medios de control de almacenamiento intercomunicados.
9. Equipo fotovoltaico (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende al menos una carga local (5) alimentada por la corriente de salida del inversor (i1) y porque los medios de control de almacenamiento (9) de los medios de almacenamiento de energía (7) están adaptados para suplir una falta de potencia en las cargas locales con la energía almacenada en dichos medios de almacenamiento de energía.
10. Equipo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado porque los medios de control de inversor (4) comunican el valor de una fracción de la potencia máxima disponible (PBAT*) a almacenar a los medios de control de almacenamiento (9) y dichos medios de control de almacenamiento comunican a los medios de control de inversor el valor de la potencia real suministrada (PBAT) a los medios de almacenamiento de energía (7) .
11. Equipo fotovoltaico (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque los medios de 20 almacenamiento de energía (7) comprenden al menos una batería (10) electro-química.
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