DISPOSITIVO DE ALIMENTACIÓN Y CONTROL DE UNA BOMBA DE CALOR, CON ENERGIA FOTOVOLTAICA Y/O DE LA RED ELÉCTRICA.

1. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor,

con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, la cual dispone de al menos un variador de frecuencia que controla la velocidad del motor del compresor y/o la velocidad de los ventiladores interior (Vint) y exterior (Vext) de la bomba de calor; estando dicho variador de frecuencia alimentado a través de la red por un rectificador (Rect.) que alimenta un inversor (Inv.) al cual se conectan los motores cuya velocidad se pretende controlar, caracterizado porque comprende:

- en paralelo con la salida del rectificador (Rect.) y la entrada del inversor (Inv.) dispone de un canal de continua (DC BUS) al que inyecta la energía un generador fotovoltaico (PV), a través de un diodo (D1) situado a la entrada, donde confluyen, o no, la energía eléctrica que suministra la Red eléctrica AC a través del rectificador (Rect.), quedando equilibradas la carga por al menos un condensador (C) montado entre extremos del canal (DC BUS).

- un mecanismo de control electrónico dinámico en modo aislado capad de adecuar la capacidad de la bomba mediante la regulación de la velocidad del compresor.

2. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según la reivindicación 1 caracterizado porque el mecanismo de control electrónico prevé la adaptación de la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) mediante regulación, por medio de una sonda solar fotovoltaica de forma directamente proporcional radiación / velocidad de la máquina.

3. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según la reivindicación 1 caracterizado porque el mecanismo de control electrónico prevé la adaptación de la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) en función de la tensión del bus de continua (DC BUS), tendiendo a trabajar en el punto de máxima potencia.

4. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de control electrónico, además de adaptar la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) controla la activación de un circuito de salida complementario (R), situado antes del diodo de potencia, del que se extrae energía para otros aprovechamientos.

Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica.

Objeto de la invención

La invención se encuadra en el ámbito de la climatización (frío-calor) y la energía; más concretamente, se refiere a un dispositivo destinado a alimentar una bomba de calor, de funcionamiento eléctrico, que utiliza energía eléctrica renovable de origen fotovoltaico de forma autónoma, energía eléctrica de la red de corriente alterna (AC) convencional, o de modo mixto con ambas fuentes de energía. Este dispositivo integra así mismo un mecanismo de control automático y manual que determina cuando se emplea únicamente la energía fotovoltaica proveniente de unos paneles situados habitualmente anexos a la unidad exterior de la bomba de calor, cuando es necesario complementar esta fuente de energía con la red eléctrica, o cuando únicamente se ha de emplear energía de la red, todo ello en función de la detección de las condiciones de luz solar efectuada por medio de una sonda solar, o de la tensión de continua existente entre los polos del panel fotovoltaico.

Antecedentes de la invención

La utilización de la energía para uso residencial, no se puede analizar sin tener en cuenta la climatización, ya que alrededor del 75% de la energía para uso residencial se emplea en la climatización (calefacción y aire acondicionado), y sólo el otro 25% se utiliza para otros usos de la vivienda (alumbrado, electrodomésticos, etc.).

Algunos sistemas de calefacción utilizan combustibles fósiles (gasóleo, gas, etc.), biomasa, electricidad, etc.; sin embargo uno de los más sencillos y económicos es la bomba de calor con funcionamiento de motor-compresor eléctrico y motor- ventiladores eléctricos, así como unidades de control. Para potencias superiores se pueden utilizar otras técnicas de aprovechamiento de la energía solar, como las máquinas frigoríficas por absorción, que se basan en la capacidad de absorber calor de ciertos pares de sustancias, como el agua y el bromuro de litio, o el agua y el amoniaco; su funcionamiento se basa en las reacciones físico-químicas entre un refrigerante y un absorbente, accionadas por una energía térmica (que en el caso

de la energía solar es agua caliente); un equipo de esta naturaleza se ha descripto en el documento EP0850391.

En la técnica existen bombas de calor movidas por energía eléctrica y generadores fotovoltaicos de autoconsumo o inyección a red; no se conocen equipos que funcionen directamente de la energía fotovoltaica, dada su naturaleza de continua (DC) puesto que los equipos convencionales funcionan con corriente alterna (AC), requiriendo entonces el uso de un circuito electrónico (un ondulador o inversor) para efectuar la conversión DC/AC.

Descripción de la invención

El dispositivo que nos ocupa une la energía eléctrica fotovoltaica a una bomba de calor, automatizando el proceso entre ambas, de forma autónoma o híbrida con la red eléctrica, utilizando al máximo la energía de origen renovable en el caso de tener un funcionamiento híbrido, supliendo de esta forma al máximo posible la energía eléctrica utilizada para el consumo en climatización. También puede funcionar autónomamente en aislado según el nivel de irradiación solar.

La invención se caracteriza por administrar convenientemente la energía eléctrica procedente de los paneles solares fotovoltaicos para energizar los distintos motores (compresores, ventiladores, bombas, válvulas, ) de la bomba de calor, inyectando energía solar, preferentemente fotovoltaica en detrimento de la red pública (en el funcionamiento híbrido) y llegando a ser nula la corriente de red en modo autónomo.

La bomba de calor de calor sobre la que aplica este dispositivo dispone de al menos un variador de frecuencia que controla la velocidad del motor del compresor y/o la velocidad de los ventiladores interior y exterior de la misma. Dicho variador de frecuencia está alimentado a través de la red por un rectificador que alimenta un inversor al cual se conecta el motor cuya velocidad se pretende controlar. El dispositivo de la invención comprende; por una parte, y en paralelo con la salida del rectificador y la entrada del inversor un canal de continua donde confluyen la energía de un generador fotovoltaico a través de un diodo situado a la entrada, y/o la energía eléctrica que suministra la Red eléctrica AC a través del rectificador, quedando equilibradas la carga por al menos un condensador montado entre

extremos de dicho canal, situado a la entrada del inversor que alimenta el motor.

Según la invención este dispositivo también incluye un mecanismo de control electrónico dinámico en modo aislado capad de adecuar la capacidad de la bomba mediante la regulación de la velocidad del compresor. Este mecanismo prevé la adaptación de la frecuencia en los variadores de frecuencia mediante regulación, por medio de una sonda solar fotovoltaica, o mediante regulación de la tensión del canal de continua citado.

Así mismo este mecanismo de control electrónico, controla la activación de un circuito de salida complementario situado antes del diodo de potencia, del que se extrae energía para otros aprovechamientos.

Este dispositivo presenta las siguientes ventajas con respecto a otro convencional que funcione únicamente con la energía proveniente de la red estándar:

- Ahorro de energía en diferentes etapas de rectificación e inversión.

- Ahorro energético de hasta el 100% en el ahorro de la red.

Precio competitivo con otras técnicas de enfriamiento de absorción.

La energía utilizada del generador fotovoltaico se puede aprovechar.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista esquemática del montaje de este dispositivo en una bomba de calor.

La figura 2 es un esquema del dispositivo electrónico objeto de la invención.

La figura 3 es un esquema más concreto de un variador de frecuencia (VF) de los empleados en la unidad de potencia de este dispositivo.

Realización preferente de la invención

El dispositivo permite alimentar y controlar una bomba de calor de tipo convencional, es decir una máquina que transfiere energía térmica desde una fuente fría (de bajo nivel térmico o baja temperatura) a otra más caliente (de nivel térmico más alto o de mayor temperatura), o viceversa. Por ejemplo en un aparato de aire acondicionado el refrigerante que se encuentra en estado líquido a baja presión y temperatura se evapora en un el evaporador para un primer intercambio térmico entre el aire del interior del local más caliente y el refrigerante; una vez en estado de vapor se succiona y comprime mediante un compresor, que aumenta su presión y consecuentemente su temperatura, condensándose en el denominado condensador al tiempo que cede calor al exterior; el refrigerante en estado líquido a alta presión y temperatura vuelve al evaporador donde mediante una válvula de expansión se produce una reducción de presión, que provoca una cierta vaporización del líquido que reduce su temperatura.

Este dispositivo gestiona la energía eléctrica para alimentar los distintos mecanismos eléctricos de la bomba de calor (compresores (Compr.), bombas, ventiladores (Vint.) (Vext.), válvulas, etc.), así mismo controla la gestión o el funcionamiento de la misma para que su alimentación se efectúe con energía proveniente de unos paneles solares fotovoltaicos (PV) y/o de la Red.

En cuanto a la estructura exterior es un kit que comprende un panel solar fotovoltaico (PV) y un cuadro eléctrico de potencia y control (UPC) del sistema, interpuesto entre la unidad exterior (Uext y la unidad interior (Uint) de la bomba de vapor (ver figura 1).

El cuadro eléctrico de potencia y control (UPC) aloja los elementos necesarios para captar al máximo la energía eléctrica de origen fotovoltaico en el panel (PV). Dicha unidad de potencia (Fig. 2) tiene, además de los dispositivos de protección y mando necesarios, al menor un variador de frecuencia (VF1) que controlan la velocidad del motor del compresor; opcionalmente un segundo variador de frecuencia (VF2) controla la velocidad de los ventiladores interior (Vint) y exterior (Vext); si bien existe la posibilidad de que éstos se controlen con corriente de la Red (dado su menor consumo), o también con el variador de frecuencia (VF1) que controla el compresor de la máquina....

1. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, la cual dispone de al menos un variador de frecuencia que controla la velocidad del motor del compresor y/o la velocidad de los ventiladores interior (Vint) y exterior (Vext) de la bomba de calor; estando dicho variador de frecuencia alimentado a través de la red por un rectificador (Rect.) que alimenta un inversor (Inv.) al cual se conectan los motores cuya velocidad se pretende controlar, caracterizado porque comprende:

- en paralelo con la salida del rectificador (Rect.) y la entrada del inversor (Inv.) dispone de un canal de continua (DC BUS) al que inyecta la energía un generador fotovoltaico (PV), a través de un diodo (D1) situado a la entrada, donde confluyen, o no, la energía eléctrica que suministra la Red eléctrica AC a través del rectificador (Rect.), quedando equilibradas la carga por al menos un condensador (C) montado entre extremos del canal (DC BUS).

- un mecanismo de control electrónico dinámico en modo aislado capad de adecuar la capacidad de la bomba mediante la regulación de la velocidad del compresor.

2. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según la reivindicación 1 caracterizado porque el mecanismo de control electrónico prevé la adaptación de la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) mediante regulación, por medio de una sonda solar fotovoltaica de forma directamente proporcional radiación / velocidad de la máquina.

3. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según la reivindicación 1 caracterizado porque el mecanismo de control electrónico prevé la adaptación de la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) en función de la tensión del bus de continua (DC BUS), tendiendo a trabajar en el punto de máxima potencia.

4. Dispositivo de alimentación y control de una bomba de calor, con energía fotovoltaica y/o de la red eléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de control electrónico, además de adaptar la frecuencia en los variadores de frecuencia (VF) controla la activación de un circuito de salida complementario (R), situado antes del diodo de potencia, del que se extrae energía para otros aprovechamientos.