Un controlador de gestión de carga.

Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga para una instalación eléctrica doméstica (1),

comprendiendo lainstalación eléctrica doméstica (1) un panel principal (5) que recibe electricidad desde un par de suministros (7, 9) deelectricidad, y distribuyendo la electricidad a una pluralidad de sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27), siendouno de ellos un sub-circuito (19) de almacenamiento de energía, comprendiendo el par de suministros deelectricidad un suministro (7) de red y un suministro (9) de micro-generador, comprendiendo adicionalmente lainstalación eléctrica doméstica:

un contador (17) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad suministrada por el micro-generador (9);

un contador (11) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad consumida en el hogar; y

comprendiendo el controlador de gestión de carga medios (57, 59) para alterar la cantidad de electricidadsuministrada al sub-circuito (19) de almacenamiento de energía, para enviar la electricidad sobrante suministradapor el micro-generador (9) al sub-circuito de almacenamiento de energía;

caracterizado porque el medio (57, 59) para alterar la cantidad de electricidad suministrada al sub-circuito dealmacenamiento de energía comprende adicionalmente un dispositivo (33) de conmutación de alta velocidad.

Un controlador de gestión de carga

Introducción Esta memoria descriptiva se refiere a un controlador de gestión de carga para una instalación eléctrica doméstica.

Hasta ahora, la gran mayoría de los hogares han sido provistos de su suministro eléctrico por un proveedor de electricidad de terceros. En términos generales, el proveedor de electricidad genera la electricidad en grandes estaciones generadoras de electricidad y a continuación suministra esa electricidad por una red de suministro de electricidad a sus clientes. Hay numerosos problemas en este sistema y procedimiento de suministrar electricidad. En primer lugar, habitualmente, el consumidor tiene una posibilidad limitada de escoger un proveedor de electricidad y, en muchos casos, el consumidor solamente tendrá un proveedor de electricidad dispuesto a proveer sus necesidades de electricidad. Esto lleva a monopolios, o a monopolios de hecho, para los proveedores de electricidad, lo que da como resultado altos costes del suministro de electricidad para el consumidor. En segundo lugar, muchas de las estaciones generadoras de electricidad funcionan usando procedimientos de generación de electricidad relativamente agresivos para el medio ambiente y, cuanto más electricidad utilice el consumidor, tanto más dañinos serán para el medio ambiente. Esto es un dilema específico para aquellos consumidores que son sensibles al medio ambiente.

Una solución que ha sido propuesta es que los hogares individuales creen su propio suministro de electricidad usando un micro-generador. En esta memoria descriptiva, se entenderá que el término micro-generador significa una formación fotovoltaica (PV) solar, una turbina eólica, una turbina hidráulica, una pequeña unidad combinada de calor

y energía (CHP) u otro micro-generador a pequeña escala que pueda ser usado para generar electricidad en el hogar. Aunque esto se ve a menudo como una solución más efectiva en términos de coste y que no daña el medio ambiente a largo plazo, también hay problemas al usar micro-generadores como una única fuente de suministro de electricidad. Siendo el mayor problema que los micro-generadores que funcionan usando suministros renovables de energía, tales como las formaciones PV, no garantizan que suministren cantidades suficientes de energía a un hogar en todo momento y, por lo tanto, los micro-generadores habitualmente se usan conjuntamente con, en lugar de reemplazar, el suministro de electricidad por red.

Además, la electricidad sobrante de un micro-generador, que no esté siendo usada en el hogar, fluirá de vuelta, a través del contador doméstico, a la red, a menos que se tomen medidas para impedir que esto suceda. Esto es a menudo indeseable, porque la electricidad que fluye de vuelta a la red está sujeta a pérdidas de distribución y transmisión. Estas pérdidas no ocurren si toda la electricidad generada por el micro-generador es consumida en el hogar. También es antieconómico si la tarifa pagada por la electricidad exportada a la red es menor que la tarifa pagada por la electricidad importada desde la red.

Otro problema con los sistemas conocidos, específicamente desde un punto de vista medioambiental, es que las estaciones generadoras de electricidad son relativamente ineficientes en su funcionamiento. En términos generales, las estaciones generadoras de electricidad están diseñadas para gestionar una carga máxima dada en la red; sin embargo, la carga efectiva experimentada por las estaciones generadoras de electricidad es usualmente sólo una fracción de la carga máxima. Habitualmente, las estaciones generadoras de electricidad funcionan a 45 aproximadamente el 60% de su carga máxima. Como consecuencia, las pérdidas del sistema, y los costes de capital y mantenimiento, que están relacionados con el tamaño de la planta, representan una proporción mucho mayor de la energía suministrada, y del valor, que en el caso en que la planta está funcionando con carga completa.

Muchos creen que las prácticas actuales dan como resultado una baja generación y utilización de las plantas de transmisión / distribución, un bajo retorno económico y una baja eficiencia operativa. Las consecuencias de esto incluyen alto consumo de combustible, alto coste de la electricidad y altas emisiones asociadas. Además de esto, hay una preocupación creciente acerca del efecto sobre el clima causado por las emisiones resultantes de la quema de combustibles fósiles en las estaciones generadoras de electricidad. Además, se espera que el coste del combustible fósil continúe creciendo rápidamente, porque las tasas de producción de combustible fósil han 55 alcanzado un máximo. Se espera que el coste aumente en consecuencia. Se reconoce ahora que se requiere una estrategia coherente de almacenamiento y uso de la energía para enfrentar estos efectos negativos, económicos y ambientales. El almacenamiento y uso coherentes de la electricidad en el hogar es un elemento críticamente importante de esta estrategia. Hasta el momento, muy pocos hogares han implementado una estrategia coherente de esta naturaleza.

Se sabe que los proveedores de electricidad y los operadores de la red proporcionan incentivos a los consumidores para usar electricidad en horas distintas a las tradicionales horas punta, a fin de extender la demanda de electricidad más equitativamente sobre un periodo de 24 horas. Hasta el momento, estos incentivos han sido dirigidos principalmente hacia los consumidores comerciales e industriales, donde están disponibles las tarifas basadas en la 65 capacidad, la demanda y la hora, y donde se conceden descuentos para suministros que puedan ser interrumpidos por los proveedores en ciertas circunstancias, por ejemplo, durante periodos de demanda excepcionalmente alta o cortes de servicio de una planta. Los incentivos que se aplican a los hogares, en gran medida, han consistido en tarifas duales del tipo día / noche, orientadas a alentar a los hogares para reducir el consumo de electricidad durante el día y para aumentar el consumo de electricidad durante la noche.

En años recientes, se ha meditado sobre el uso de tarifas más complejas de importación y exportación, basadas en la hora, concebidas para alentar a los clientes domésticos a reducir o aumentar el consumo de electricidad durante ciertos periodos y, allí donde es posible el almacenamiento de la electricidad en dispositivos de almacenamiento tales como bancos de baterías, vehículos eléctricos con paquetes de baterías recargables, condensadores y similares, a cargar o descargar los dispositivos de almacenamiento durante ciertos periodos. Allí donde los dispositivos de almacenamiento de electricidad están conectados directamente con el circuito doméstico principal o con la red, por medio de dispositivos autorizados del tipo inversor, la electricidad descargada, en ciertas circunstancias, puede ser usada para proporcionar energía que es exportada desde el hogar a la red Nacional.

El enfoque adoptado a este respecto por los operadores de la Red ha sido proporcionar / instalar un nuevo tipo de contador doméstico, usualmente conocido como un contador inteligente, que se usará para anotar, registrar y transmitir datos de importación y exportación basados en la hora, para cada hogar con contador inteligente, a un servidor central, y para pasar estos datos a los proveedores y compradores de electricidad, de modo que puedan cobrar y pagar a los clientes domésticos en consecuencia. Esto proporciona una sólida base financiera para premiar a los hogares que importan y exportan electricidad, de manera que ayude a los proveedores de electricidad y a los operadores de la red a optimizar el funcionamiento de su planta, pero no proporciona un procedimiento para optimizar la importación y exportación de electricidad en consecuencia. El documento US 2006276938 revela un controlador de carga para una instalación doméstica que comprende una fuente de alimentación desde la red y un micro-generador.

Es deseable proporcionar un procedimiento y dispositivo de ese tipo, en forma de un controlador de gestión de carga que optimice la importación y exportación de electricidad en un hogar, de una manera que ayude a los proveedores de electricidad y a los operadores de la red a optimizar el funcionamiento de su planta y que permita al dueño de casa aprovechar los incentivos referidos, tales como tarifas variables de importación y exportación basadas en la hora, allí donde existan. También es deseable proporcionar un controlador de gestión de carga que use la misma tecnología de control para minimizar el consumo de electricidad en un hogar, apagando dispositivos no esenciales cuando no son requeridos.

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un controlador de gestión... [Seguir leyendo]

1. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga para una instalación eléctrica doméstica (1) , comprendiendo la instalación eléctrica doméstica (1) un panel principal (5) que recibe electricidad desde un par de suministros (7, 9) de electricidad, y distribuyendo la electricidad a una pluralidad de sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) , siendo uno de ellos un sub-circuito (19) de almacenamiento de energía, comprendiendo el par de suministros de electricidad un suministro (7) de red y un suministro (9) de micro-generador, comprendiendo adicionalmente la instalación eléctrica doméstica:

un contador (17) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad suministrada por el micro-generador (9) ;

un contador (11) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad consumida en el hogar; y

comprendiendo el controlador de gestión de carga medios (57, 59) para alterar la cantidad de electricidad 15 suministrada al sub-circuito (19) de almacenamiento de energía, para enviar la electricidad sobrante suministrada por el micro-generador (9) al sub-circuito de almacenamiento de energía;

caracterizado porque el medio (57, 59) para alterar la cantidad de electricidad suministrada al sub-circuito de almacenamiento de energía comprende adicionalmente un dispositivo (33) de conmutación de alta velocidad.

2. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 1, en el cual el sub-circuito (19) de almacenamiento de energía comprende un dispositivo de almacenamiento de energía.

3. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 2, en el cual el dispositivo de

almacenamiento de energía comprende uno o más de una inmersión eléctrica (29) , una unidad calefactora de acumulación, un banco (55) de baterías estáticas recargables, un paquete de baterías recargables de un vehículo motorizado y una unidad calefactora (31) eléctrica bajo suelo.

4. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga, según cualquier reivindicación precedente, en el cual cada uno de los sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) tiene un perfil de uso de electricidad que contiene reglas que determinan el suministro de electricidad al sub-circuito de electricidad asociado al mismo, comprendiendo el controlador (3) de gestión de carga medios (57) para acceder a los perfiles de uso de electricidad y medios (59) para controlar el suministro de electricidad a los sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) que tengan un perfil de uso de electricidad de acuerdo a las reglas del perfil de uso de electricidad para ese sub-circuito eléctrico.

5. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 4, en el cual el medio para controlar el suministro de electricidad a los sub-circuitos eléctricos comprende adicionalmente un tiristor (33, 35) , sensible al controlador (3) de gestión de carga, intermedio entre la fuente (7, 9) de alimentación de electricidad y el sub-circuito eléctrico (19, 21) que tiene un perfil de uso de electricidad.

6. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 4, en el cual el medio para controlar el suministro de electricidad a los sub-circuitos eléctricos comprende adicionalmente un controlador (39) de velocidad, sensible al controlador (73) de gestión de carga, intermedio entre la fuente (7, 9) de alimentación de electricidad y el sub-circuito eléctrico (25) que tiene un perfil de uso de electricidad.

7. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según cualquier reivindicación precedente, en el cual el controlador de gestión de carga tiene medios para exportar electricidad desde un banco de baterías recargables a una red (7) de suministro de electricidad.

8. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 7, en el cual el controlador de gestión de carga exporta la electricidad a la red de suministro de electricidad en respuesta a una solicitud de electricidad recibida desde un operador remoto de fuente de alimentación de electricidad.

9. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga para una instalación eléctrica doméstica (1) según cualquier

reivindicación precedente, en el cual uno de los sub-circuitos de electricidad comprende un banco (55) de baterías estáticas recargables, operable como una fuente de alimentación alternativa para los restantes sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) en la instalación eléctrica doméstica.

10. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según la reivindicación 9, que comprende medios para seleccionar uno entre el banco (55) de baterías estáticas recargables y una fuente (7) de alimentación de red para proporcionar energía a uno o más de los restantes sub-circuitos eléctricos.

11. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga para una instalación eléctrica doméstica (1) según cualquier reivindicación precedente, en el cual uno de los sub-circuitos de electricidad comprende un banco (55) de baterías

recargables en un vehículo eléctrico, operable como una fuente de alimentación alternativa para los restantes subcircuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) en la instalación eléctrica doméstica.

12. Un controlador (3, 53, 73) de gestión de carga según cualquier reivindicación precedente, en el cual el suministro del micro-generador comprende adicionalmente un circuito dedicado inversor / controlador.

13. Una instalación eléctrica doméstica (1, 51, 71) que comprende un panel principal (5) que recibe electricidad desde un par de suministros (7, 9) de electricidad, y que distribuye la electricidad a una pluralidad de sub-circuitos eléctricos (19, 21, 23, 25 y 27) , siendo uno de ellos un sub-circuito (19, 55) de almacenamiento de energía, comprendiendo el par de suministros de electricidad un suministro (7) de red y un suministro (9) de micro-generador, comprendiendo adicionalmente la instalación eléctrica doméstica un controlador (3) de gestión de carga,

comprendiendo la instalación eléctrica doméstica:

un contador (17) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad suministrada por el micro-generador;

un contador (11) de energía para monitorizar la cantidad de electricidad consumida en el hogar; y

comprendiendo el controlador de gestión de carga medios (57, 59) para alterar la cantidad de electricidad suministrada al sub-circuito de almacenamiento de energía, para enviar la electricidad sobrante suministrada por el micro-generador (9) al sub-circuito (19) de almacenamiento de energía; y en la cual el controlador de gestión de carga comprende medios para seleccionar uno entre un banco (55) de baterías estáticas recargables, un banco de baterías recargables en un vehículo eléctrico, un suministro (9) de micro-generador y una fuente (7) de alimentación de red para proporcionar energía a uno o más de los restantes sub-circuitos eléctricos;

caracterizada porque el medio (57, 59) para alterar la cantidad de electricidad suministrada al sub-circuito de almacenamiento de energía comprende adicionalmente un dispositivo (33) de conmutación de alta velocidad.