Sistema para combinar la energía de corriente directa desde múltiples entradas.

Un sistema para combinar la energía de corriente directa producida por una pluralidad de elementos fotovoltaicos,

en donde el sistema incluye un armario (22), un primer montaje terminal para recibir un conductor de una primera polaridad desde cada uno de los elementos fotovoltaicos (24), un segundo montaje terminal (30) para recibir un conductor de una segunda polaridad desde cada uno de los elementos fotovoltaicos, y en donde 5 el segundo montaje terminal comprende una barra conductora (40) en comunicación eléctrica con cada uno de los conductores de una segunda polaridad de los elementos fotovoltaicos de tal manera que se combina la corriente directa de los elementos fotovoltaicos para formar una corriente sencilla en la barra conductora, en donde:

la barra conductora comprende una pluralidad de dedos alargados (44) que sobresalen hacia afuera desde un cuerpo conductor central (42):

y se caracteriza porque el sistema comprende

una pluralidad de sensores de efecto Hall (64), en donde los sensores de efecto Hall se separan uno del otro y cada sensor de efecto Hall se posiciona adyacente a uno separado de los dedos de barra conductora de tal manera que cada sensor de efecto Hall puede funcionar para detectar variaciones en la corriente que fluye a través de uno de los dedos de barra conductora.

Sistema para combinar la energía de corriente directa desde múltiples entradas Reivindicación de la prioridad Esta solicitud reivindica la prioridad a la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense No. 61/280, 710, presentada el 9 de noviembre de 2009. Esta solicitud también reivindica la prioridad para la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense No. 61/363, 883, presentada el 13 de julio de 2010.

Campo de la invención La presente invención se relaciona con el campo de la combinación de múltiples fuentes de energía para proporcionar una única salida. Más específicamente, la presente invención se relaciona con un sistema para combinar la energía generada por múltiples paneles solares o múltiples matrices de paneles solares. Los documentos US 6 472 878B1 y US 2002/0038667A describen dispositivos que generan energía solar.

Antecedentes El uso de paneles solares para producir electricidad continúa expandiéndose cuando las personas y negocios buscan formas de reducir los costes eléctricos y emisiones de gas de invernadero. Cuando aumenta el uso de la energía solar, también lo hace el tamaño de las matrices utilizadas para producir la energía solar. Con el fin de aprovechar la energía es deseable combinar la salida eléctrica desde las partes de la matriz, pero es capaz de supervisar la generación de diversas partes para detectar si se presenta mal funcionamiento en una determinada sección de una matriz solar. Un mal funcionamiento que puede resultar en daño significativo es la formación de arcos. Las matrices solares grandes producen altos voltajes, y si existe un corto en uno de los circuitos de la matriz, los cables se arquearán siempre que los paneles solares estén a la luz del sol. El arco eléctrico puede producir temperaturas extremadamente altas que pueden quemar o fundir a través del aislamiento, conectores o armarios e iniciar incendios.

Resumen de la invención La presente invención proporciona un sistema para combinar múltiples circuitos de fuente de paneles solares para producir un único circuito de salida combinado como se menciona en la reivindicación 1.

Se mencionan realizaciones ventajosas adicionales en las reivindicaciones dependientes.

Descripción de los dibujos El anterior resumen y la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la presente invención se entenderá mejor cuando se lee en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un montaje de entrada positivo de un sistema para combinar la energía de corriente directa;

La Figura 2 es una vista en perspectiva alterna del montaje de entrada positivo ilustrado en la Figura 1;

La Figura 3 es una vista en perspectiva fragmentada de una barra conductora y montaje de supervisión de corriente del montaje de entrada positivo ilustrado en la Figura 1;

La Figura 4 es una vista en perspectiva de la barra conductora ilustrada en la Figura 3;

La Figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema para combinar la energía de corriente directa;

La Figura 6 es un diagrama esquemático de un montaje de supervisión de corriente del sistema para combinar la energía de corriente directa ilustrada en la Figura 5;

La Figura 7 es una vista en perspectiva de una cubierta y base para el montaje de entrada positivo ilustrado en la Figura 1;

La Figura 8 es una vista de plano de una realización alternativa de un sistema para combinar la energía de corriente directa; y

La Figura 9 es un diagrama esquemático del sistema ilustrado en la Figura 8.

Descripción detallada de la invención Con referencia ahora a las figuras, un sistema para combinar la energía de corriente directa se designa en general como 10. El sistema 10 incluye una caja de combinador 20 para recibir la salida de energía desde una pluralidad de dispositivos que producen energía, tales como paneles solares designados PV1, PV2, PV3, PV4 en la Figura 5. La caja de combinador 20 incluye un armario, tal como una caja de fibra de vidrio o de acero resistente a la intemperie 22. Ensamblado en la caja 22 hay un montaje terminal negativo 24 y un montaje terminal positivo 30. Los dispositivos que producen energía PV1-PV4 se conectan con los montajes de terminal positivo y negativo 24, 30 y se combinan para producir una única salida de CD.

Con referencia ahora a las Figuras 1 a 6, las características del sistema 10 se describirán en más detalle. Los elementos generadores eléctricos pueden ser cualquiera de una variedad de dispositivos para producir electricidad. En el presente caso, los elementos generadores eléctricos son celdas fotovoltaicas (PV) . Más específicamente, los elementos generadores eléctricos tienen una pluralidad de paneles solares. Cada entrada eléctrica a la caja de combinador 20 puede ser desde un único panel solar. Sin embargo, en el presente caso, la salida desde una pluralidad de paneles solares se interconecta para proporcionar una única salida eléctrica. Estos paneles solares interconectados se denominan como cadena. Una pluralidad de cadenas forma una matriz de paneles solares. En la Figura 5 el sistema incluye cuatro cadenas identificadas como PV1, PV2, PV3 y PV4. Sin embargo, se debe entender que PV1-PV4 puede representar un único panel o múltiples paneles. Adicionalmente, aunque el presente sistema es particularmente adecuado para aplicaciones de energía solar, el sistema también es operable con elementos que no producen energía solar. En aplicaciones diferentes a las solares, el PV1-PV4 representaría elementos que producen energía alternativa.

En la Figura 5, la salida desde cada cadena (PV1-PV4) se conecta con el montaje terminal negativo 24 y el montaje terminal positivo 30. El montaje terminal negativo 24 comprende un bloque terminal para proporcionar un conductor común para todos los conductores negativos desde las cadenas. El montaje terminal negativo 24 incluye una pluralidad de tomacorrientes y conectores correspondientes para recibir y retener un conductor desde una de las cadenas. Adicionalmente, el montaje terminal negativo 24 incluye una argolla de salida 26 para conectar un conductor negativo de salida desde el montaje terminal.

Ahora se describirá en más detalle el montaje terminal positivo 30 con referencia a las Figuras 1 a 4. El montaje terminal positivo 30 incluye una barra conductora 30 unida a una pluralidad de elementos de protección de sobrecorriente, tal como disyuntores o fusibles. En el presente caso los elementos de protección de sobrecorriente son fusibles, cada uno de los cuales se aloja en un portafusible 31. Las Figuras 1 a 4 ilustran una realización de ejemplo en la que el montaje terminal positivo se configura para recibir conductores desde hasta ocho entradas de energía (por ejemplo ocho cadenas de panel solar PV1-PV8) . Se puede configurar el montaje de tal manera que todos los conductores positivos se conectan al montaje en un único lado. Sin embargo, en el presente caso, el montaje proporciona una configuración de doble cara con un par de filas paralelas de portafusibles 31. Como se discute adicionalmente adelante, la cara delantera 37 de cada portafusible 31 se opone a la cara delantera de un portafusible en la fila opuesta, de tal manera que las caras delanteras de los portafusibles forman un canal entre las filas, con una barra conductora 40 que conecta las filas de los portafusibles.

Cada portafusible 31 incluye un tomacorriente de cable 32 para recibir un conductor positivo desde una de las entradas de energía (es decir PV1-PV8) . Un conector 34 sobre cada portafusible puede funcionar para retener el cable en el tomacorriente de cable 32. Por ejemplo, el conector puede ser un elemento roscado que puede funcionar para sujetar el cable para retenerlo en el tomacorriente. Del mismo modo, el portafusible 31 también incluye un segundo tomacorriente 33 para conectar el portafusible al tomacorriente de la barra conductora. Un segundo conector 35 para cada portafusible 31 puede funcionar para retener la barra conductora en el segundo tomacorriente 33. En el presente caso, el segundo conector 35 es similar al conector de cable 34, de tal manera que al roscar el conector se sujeta la barra conductora en el segundo tomacorriente 33. Un portafusible de ejemplo 31 para el montaje terminal positivo 30 es un portafusible hecho por Wohner bajo el nombre AMBUS EasySwitch número de parte 31110.

La barra conductora 40 del montaje terminal positivo 30 se ilustra en la Figura 4. La barra conductora 40 es un elemento eléctricamente conductor, tal como cobre, aluminio u otro material altamente conductor. La barra conductora 40 incluye un cuerpo conductor central 42 y una pluralidad de dedos alargados 44 que se proyectan lejos de la parte de cuerpo central.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para combinar la energía de corriente directa producida por una pluralidad de elementos fotovoltaicos, en donde el sistema incluye un armario (22) , un primer montaje terminal para recibir un conductor de una primera polaridad desde cada uno de los elementos fotovoltaicos (24) , un segundo montaje terminal (30) para recibir un conductor de una segunda polaridad desde cada uno de los elementos fotovoltaicos, y en donde el segundo montaje terminal comprende una barra conductora (40) en comunicación eléctrica con cada uno de los conductores de una segunda polaridad de los elementos fotovoltaicos de tal manera que se combina la corriente directa de los elementos fotovoltaicos para formar una corriente sencilla en la barra conductora, en donde:

la barra conductora comprende una pluralidad de dedos alargados (44) que sobresalen hacia afuera desde un cuerpo conductor central (42) :

y se caracteriza porque el sistema comprende una pluralidad de sensores de efecto Hall (64) , en donde los sensores de efecto Hall se separan uno del otro y cada sensor de efecto Hall se posiciona adyacente a uno separado de los dedos de barra conductora de tal manera que cada sensor de efecto Hall puede funcionar para detectar variaciones en la corriente que fluye a través de uno de los dedos de barra conductora.

2. El sistema de la reivindicación 1 que comprende:

medios para conmutar (210, 215) para controlar el flujo de electricidad desde la barra conductora;

medios para controlar (150) que pueden funcionar para controlar el elemento de conmutación en respuesta a la corriente detectada por uno de los sensores;

en donde los medios para controlar pueden funcionar para controlar los medios para conmutación para abrir el conmutador para interrumpir el flujo de electricidad desde la barra conductora (40) en respuesta a uno de los sensores (64) que detecta una corriente indicadora de una falla en uno de los circuitos que suministra energía desde uno o más elementos fotovoltaicos.

3. El sistema de la reivindicación 2 donde los medios para conmutar es un contactor normalmente abierto (215) .

4. El sistema de la reivindicación 2 o 3 en donde los medios para controlar (150) pueden funcionar para controlar el elemento de conmutación (210, 215) en respuesta a uno de los sensores (64) que detecta una corriente que varía fuera de un rango aceptable.

5. El sistema de la reivindicación 4 en donde los medios para controlar (150) pueden funcionar para controlar los medios para conmutar (210, 215) en respuesta a uno de los sensores (64) que detecta una corriente que varía fuera de un rango aceptable dentro de un periodo de tiempo predeterminado.

6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en donde los medios para conmutar (210, 215) comprende un relé (210) o un contactor (215) .

7. El sistema de la reivindicación 6 en donde el elemento de conmutación comprende un relé (21) y un contactor (215) .

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende un inversor (90) para recibir la energía combinada desde el primer montaje terminal (24) y el segundo montaje terminal (30) y convertir la corriente desde la corriente directa hasta la corriente alterna.

9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 que comprende un tablero de control (52) que puede funcionar para recibir señales desde los sensores de efecto Hall (64) .

10. El sistema de la reivindicación 9 en donde el tablero de control (52) puede funcionar para procesar las señales desde los sensores de efecto Hall (64) y proporcionar una salida que identifica cuales de los elementos fotovoltaicos necesitan ser analizados con base en las señales recibidas desde los sensores de efecto Halls.

11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 en donde el tablero de control (52) comprende medios para comunicar los datos desde los sensores de efecto Hall con un dispositivo remoto.

12. El sistema de la reivindicación 11 en donde el dispositivo remoto es un elemento de registro de datos.

13. El sistema de la reivindicación 11 o 12 en donde el dispositivo remoto puede funcionar para proporcionar una salida a un usuario indicadora de un mal funcionamiento en un elemento fotovoltaico particular cuando el sensor de efecto Hall respectivo indica una corriente por debajo de un umbral predeterminado.