Central de energía fotovoltaica.

Central de energía fotovoltaica

- con módulos fotovoltaicos (1) para la generación de corriente,

que están interconectados en varias secciones (2),

- con un primer transformador central (5) para la conversión de energía eléctrica generada por los módulos fotovoltaicos en energía eléctrica con una tensión, que tiene una forma de la tensión, que corresponde a una forma de la tensión de una tensión en una red de alimentación, y

- con una salida para la alimentación de la energía convertida a la red de alimentación,

caracterizada por que

- el primer transformador central (5) presenta al menos un motor asíncrono (51) y un generador síncrono (52), cuyos árboles están acoplados entre sí,

- la central de energía eólica presenta

- o bien un segundo transformador central, a saber, un inversor central, para la conversión de la corriente continua generable por los módulos fotovoltaicos (1) en una corriente alterna, con la que se puede alimentar el motor asíncrono del primer transformador central,

- o transformadores descentralizados (3), uno de los cuales está conectado en una de las secciones para convertir la corriente continua generable por los módulos fotovoltaicos (1) de una sección (2) en una corriente alterna, con la que se puede alimentar el motor asíncrono del primer transformador central.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12179571.

Solicitante: AEG Power Solutions GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: EMIL-SIEPMANN-STRASSE 32 59581 WARSTEIN-BELECKE ALEMANIA.

Inventor/es: BLACHA,NORBERT, KEMPEN,STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D9/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02).
  • H01L31/042 SECCION H — 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 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).
  • H02J3/24 H […] › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › Disposiciones para evitar o reducir las oscilaciones de potencia en las redes (por control efectuado en un solo generador H02P 9/00).
  • H02J3/38 H02J 3/00 […] › Disposiciones para la alimentación en paralelo de una sola red por dos o más generadores, convertidores o transformadores.
  • H02M7/00 H02 […] › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna.

PDF original: ES-2534534_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Central de energía fotovoltaica La presente invención se refiere a una central de energía fotovoltaica -con módulos fotovoltaicos para la generación de corriente, que están interconectados en varias secciones, de manera que las secciones están conectadas paralelas, -con un transformador central, a saber, un inversor central, o transformadores descentralizados, para la conversión de energía eléctrica generada por los módulos fotovoltaicos en energía eléctrica con una tensión, que tiene una forma de la tensión, que corresponde a una forma de la tensión de una tensión en una red de alimentación, y -con una salida para la alimentación de la corriente convertida a la red de alimentación.

Las centrales de energía fotovoltaica son habituales actualmente en amplias partes del mundo. Además de las centrales de energía fotovoltaica en el modo de isla, que tienen, en general, sólo prestaciones reducidas, adquieren cada vez mayor importancia las centrales de energía fotovoltaica en el modo acoplado en red. A diferencia de las centrales de energía fotovoltaica en el modo de isla, las instalaciones acopladas en red no almacenan la energía eléctrica obtenida, en general, sino que la alimentan a una red de alimentación. En la red, a la que se alimenta, se puede tratar de una red de media tensión o una red de alta tensión, realizándose en Alemania la alimentación actualmente, en general, en el plano de la red de baja tensión o de media tensión, es decir, en la red de bata tensión o en la red de media tensión.

Una central de energía fotovoltaica de este tipo se describe en el documento DE 20 2010 016 873 U1.

DE 103 05 128 describe un procedimiento para la regulación de un motor térmico, que está incorporado en un accionamiento híbrido y es accionado con calor. Como otro accionamiento está previsto un motor eléctrico, que es accionado por células solares y su par motor es alimentado sobre el árbol del generador de un generador síncrono.

La idea de emplear un inversor mecánico, que está constituido por un motor de corriente continua con un generador síncrono, para una instalación de energía fotovoltaica, se conoce a partir del documento DE 10 2010 047 652. Aquí se describe un procedimiento para la regulación de la potencia ciega sobre el factor activo cos Phi.

La idea de la conexión de un motor asíncrono con un generador síncrono se publica en el documento DE 1 149 100 y en el documento US 6.239.513, pero no en conexión con una central de energía fotovoltaica.

Los proveedores principales de energía eléctrica son, en la mayoría de los casos los países industrializados de la tierra, centrales de vapor y centrales hidráulicas. Las centrales de vapor convierten energía química en carbón, gas o petróleo o energía nuclear en energía eléctrica. Las centrales hidráulicas generad energía eléctrica a partir de la energía cinética del agua. A través del vapor o el agua son accionados, en general, generadores síncronos, que proporcionan en las salidas de la central eléctrica una tensión sinusoidal y la imprimen a la red de suministro. La tensión generada por los generadores síncronos está casi libre de armónicos superiores y de armónicos inferiores.

Esto no se puede conseguir en centrales de energía fotovoltaica, como se publican en el documento DE 20 2010 016 873 U1, sin gasto especial, puesto que los módulos fotovoltaicos de una central de energía fotovoltaica suministran en primer lugar una tensión continua, que es convertida a través de inversores, ya sean inversores de sección o inversores centrales, en tensión alterna. La conversión se realiza a través de componentes electrónicos de potencia, que están disponibles actualmente en gran número y a precio aceptable. Sin embargo, la tensión proporcionada por el inversor no está libre, en principio, de armónicos superiores o armónicos inferiores. Por lo tanto, se genera actualmente un gasto considerable para eliminar por filtración los armónicos superiores y los armónicos inferiores antes de la alimentación de la energía eléctrica generada a la red de alimentación. Precisamente para centrales de energía fotovoltaica el gasto es muy considerable.

Antes de que una central de energía fotovoltaica pueda ser conectada a una red de suministro, debe verificar el operador de la red de suministro que se cumplen los requerimientos planteados por el operador de la red de suministro a la alimentación de energía eléctrica. En principio, se aplica el principio de que el gasto para la verificación es tanto mayor cuanto mayor es la potencia de la central eléctrica.

El objetivo de la invención es reducir este gasto.

La invención tiene el cometido de desarrollar adicionalmente una central de energía fotovoltaica para que sea posible una alimentación de energía eléctrica, generada por centrales de energía fotovoltaica, a ser posible libre de armónicos superiores y de armónicos inferiores.

Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de una central de energía fotovoltaica con las

características de la reivindicación 1, que ha sido delimitada frente al documento DE 20 2010 016 873 U1. De acuerdo con ello, una central de energía fotovoltaica de acuerdo con la invención presenta una transformación de energía de dos fases. En primer lugar, se transforma la corriente continua suministrada por los módulos fotovoltaicos con un inversor central (segundo transformador central) y con transformadores descentralizados (por ejemplo, inversores de sección) en una corriente, que no debe cumplir los requerimientos del operador de la red para la alimentación. En una segunda etapa, se transforma la corriente alterna, que no cumple los requerimientos de un operador de la red, con el primer transformador central en corriente alterna, que está lo más libre posible de armónicos superiores y de armónicos inferiores. El primer transformador central de la central de energía fotovoltaica presenta al menos un motor eléctrico y un generador síncrono, cuyas ondas están acopladas entre sí.

El desarrollo histórico de centrales de energía fotovoltaica comienza en pioneros de energía fotovoltaica, que han conectado en los años ochenta y noventa del siglo pasado primeras centrales de energía fotovoltaica pequeñas con potencia reducida en la red de suministro, para alimentar energía a la red de corriente. Las centrales de energía fotovoltaica construidas, en parte, por estos pioneros de energía fotovoltaica poseían inversores, que encuentran aplicación en su forma básica también todavía actualmente. Los componentes de semiconductores de potencia utilizados y los inversores constituidos a partir de ellos han sido mejorados técnicamente continuamente desde este tiempo. La potencia de los módulos y de los inversores se ha incrementado. Ambas cosas han hecho posible centrales de energía fotovoltaica cada vez mayores, de manera que actualmente son posibles centrales de energía fotovoltaica con prestaciones de varios megavatios.

En principio, en el pasado se ha modificado poco la topología de las centrales de energía fotovoltaica. Antes de la alimentación estaba y está siempre la conversión de la corriente continua en una corriente alterna a través de un inversor con semiconductores de potencia. No se conoce que hayan seguido otros desarrollos.

En este caso, la conversión de acuerdo con la invención de la corriente continua en corriente alterna con la ayuda de un motor eléctrico y de un generador síncrono, que se conoce como tal desde hace mucho tiempo, tiene una serie de ventajas.

En primer lugar, por una parte, es posible una conexión de la central de energía fotovoltaica en una red de suministro, sin que exista el peligro de que se transmitan desde la central de energía fotovoltaica armónicos superiores o armónicos inferiores a la red de suministro.

Además, la conversión de la energía eléctrica y la preparación de una tensión conforme a la Ley de suministro ofrecen otras ventajas:

Tanto el motor eléctrico como también el generador síncrono tienen una masa giratoria en virtud del rotor. Esta masa giratoria almacena energía cinética, que puede aliviar las oscilaciones de la potencia de los módulos fotovoltaicos en virtud de radiación solar variable de corta duración, por ejemplo debido a una nube, porque en el caso de una reducción repentina de la potencia, la energía cinética de los rotores y árboles se convierte en energía eléctrica.

Los generadores síncronos se emplean desde hace decenios para generar energía eléctrica conforme a la red. Los operadores de la red conocen la tecnología y posibles repercusiones de un generador síncrono sobre una red de suministro. La autorización... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Central de energía fotovoltaica -con módulos fotovoltaicos (1) para la generación de corriente, que están interconectados en varias secciones (2) , -con un primer transformador central (5) para la conversión de energía eléctrica generada por los módulos fotovoltaicos en energía eléctrica con una tensión, que tiene una forma de la tensión, que corresponde a una forma de la tensión de una tensión en una red de alimentación, y -con una salida para la alimentación de la energía convertida a la red de alimentación, caracterizada por que -el primer transformador central (5) presenta al menos un motor asíncrono (51) y un generador síncrono (52) , cuyos árboles están acoplados entre sí, -la central de energía eólica presenta -o bien un segundo transformador central, a saber, un inversor central, para la conversión de la corriente continua generable por los módulos fotovoltaicos (1) en una corriente alterna, con la que se puede alimentar el motor asíncrono del primer transformador central, -o transformadores descentralizados (3) , uno de los cuales está conectado en una de las secciones para convertir la corriente continua generable por los módulos fotovoltaicos (1) de una sección (2) en una corriente alterna, con la que se puede alimentar el motor asíncrono del primer transformador central.

2. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que al menos uno de los árboles está conectado con una masa centrífuga o una masa centrífuga puede ser accionada por uno de los árboles.

3. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que la masa centrífuga se puede conectar a través de un acoplamiento con uno de los árboles y según el estado del acoplamiento se puede transmitir energía desde el árbol sobre la masa centrífuga o energía desde la masa centrífuga sobre el árbol.

4. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que en el caso de que la central de energía fotovoltaica presente transformadores descentralizados (3) , el primer transformador central (5) presenta varios motores asíncronos (51) , cuyos árboles están conectados entre sí.

5. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que a cada motor asíncrono (51) está asociada una sección de la central de energía fotovoltaica (2) o están asociadas varias secciones (2) de la central de energía fotovoltaica y los motores asíncronos (51) pueden ser alimentados a través de estas secciones (2) con energía eléctrica.

6. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el motor asíncrono (51) es un motor asíncrono de fases múltiples, en particular un motor asíncrono trifásico.

7. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada por que el número de las fases corresponde al número de las secciones (2) de la central de energía fotovoltaica.

8. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que un estator del motor asíncrono (51) presenta más que una pareja de polos.

9. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que el número de las parejas de polos corresponde al número de las secciones (2) de la central de energía fotovoltaica.

10. Central de energía fotovoltaica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que entre el primer transformador central (5) y la salida de la central de energía fotovoltaica está conectado un transformador (6) , para elevar la tensión que puede ser suministrada por el primer transformador (5) sobre la tensión en la red de alimentación.


 

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