Gestor de la demanda eléctrica con recuperación de calor, producción de agua caliente y sistema de almacenamiento de energía eléctrica.

Equipo gestor de la demanda eléctrica, que reparte y selecciona consumos eléctricos según criterios técnicos,

previsión de la demanda y precios de la energía, que almacena energía en baterías. Además, la energía térmica que se produce en todo este proceso de transformación eléctrica, se utiliza para producir agua caliente sanitaria. Posee: Un cuadro repartidor de cargas eléctricas (3), un sistema de comunicaciones vía red pública o privada (31), un regulador de carga de baterías (5), baterías de almacenamiento energía (7), un inversor de corriente continua a corriente alterna (9), un acumulador de agua caliente (22), una bomba de recirculación de líquido (14), una válvula desviadora de líquido (15), unos intercambiadores de líquido (21), una unidad lógica de control (30) y un fancoil de calefacción (17).

GESTOR DE LA DEMANDA ELÉCTRICA CON RECUPERACIÓN DE CALOR, PRODUCIÓN DE AGUA CALIENTE Y SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

ELECTRICA.

Campo de la invención

La presente invención se encuentra ubicada en el sector de los generadores de agua caliente, de los equipos eléctricos y de la eficiencia energética.

Antecedentes de la invención

La demanda de energía eléctrica en el sector residencial es variable a lo largo del día y se ajusta a unos patrones típicos, con momentos de alta y baja demanda, lo que provoca que las infraestructuras estén diseñadas para poder abastecer en los momentos pico y son infrautilizadas en los momentos de baja demanda.

El control de la demanda es una técnica que beneficia a los usuarios que pueden adquirir energía más económica en los momentos de baja demanda y al sector eléctrico que optimiza recursos en infraestructuras y generación eléctrica. Existen múltiples estudios y experiencias que analizan las ventajas y distintas formas de implementación para gestión de la demanda.

La factura de energía eléctrica tiene un factor fijo que es proporcional a la potencia contratada para cada instalación, bajar la potencia contratada provoca un ahorro directo en la factura.

Existen proyectos de almacenamiento energético en baterías para gestión de la demanda por ejemplo proyecto "almacena" de Red Eléctrica Española.

Existen equipos de gestión y control de la demanda eléctrica con aparatos de control horario que permiten elegir el momento en el que queremos que los electrodomésticos funcionen, que requieren un cambio de hábitos de los usuarios en la utilización de los mismos y disminuyen su confort.

Actualmente es posible conocer el precio, la producción y la demanda de la energía en cada periodo horario.

Almacenar energía en baterías, permite que el usuario haga uso de los electrodomésticos en el momento que los necesita con energía demandada previamente a la red en un momento de baja demanda, aumentando su confort.

Es conocido que en la transformación de tensión y la inversión de corriente existen perdidas de energía en forma de calor, que afectan al rendimiento de la transformación eléctrica y que las perdidas aumentan si la potencia demandada es inferior a la potencia nominal de diseño del inversor de corriente, circunstancia habitual en las instalaciones que

gran parte del tiempo trabajan por debajo de su potencia de diseño.

En todos los hogares existe consumo de energía eléctrica y de agua caliente que aunque no son simultáneos sí se producen a lo largo del día.

Son conocidos sistemas de refrigeración líquida para transformadores eléctricos y componentes electrónicos, por ejemplo los descritos en la patente MX 2009012808 A.

Por todo lo expuesto, la presente invención se centra en un equipo capaz de desplazar la demanda energética al periodo horario deseado, almacenando energía en baterías en momentos de baja demanda para ser utilizada cuando el usuario lo demande. Mejora el rendimiento de las instalaciones conocidas porque reutiliza las pérdidas energéticas de transformación eléctrica en generación de calor; además por sí solo consigue ahorros importantes en la generación de agua caliente ó calefacción, aumento del rendimiento energético y mejora de gestión de la demanda eléctrica sin afectar al confort del usuario.

Descripción de la invención

Equipo de calefacción y productor de agua caliente, que se genera con la energía térmica residual de las transformaciones eléctricas ocasionadas para almacenar energía en baterías y su posterior transformación a corriente alterna de consumo. Consistente en la extracción del calor, de los elementos de disipación térmica de la parte electrónica y transformadores, que es transportado al agua caliente para consumo y calefacción de la propia instalación, todo ello con la ayuda de un circuito de líquido y de los mecanismos necesarios.

La invención comprende el conjunto de mecanismos y elementos que hacen posible la generación de agua caliente en un equipo. También el control de la demanda eléctrica, así como la reducción en la potencia de suministro de la instalación y trasladar el consumo hacia las horas de menos demanda y más generación, debido a que en esas horas, almacenamos la energía que el usuario podrá utilizar cuando él necesite según sus horarios.

La sencillez de la invención permite fabricar en economía de escala, en serie, de fácil instalación con características técnicas que permiten en su conjunto y algunas por separado una mejora de la eficiencia energética en las instalaciones. La invención realiza siguientes funciones.

1° Precalentamiento de agua caliente por recuperación de calor residual de las transformaciones eléctricas CC-CA y CA-CC.

2° Calefacción por recuperación de calor residual de las transformaciones eléctricas

CC-CA y CA-CC.

3° Acumulador de agua caliente precalentada.

4° Acumulación de energía en baterías.

5° Suministro con inversor de corriente en CA de la energía almacenada en las baterías.

6° Refrigeración líquida silenciosa de los circuitos de transformación CC-CA y CA- CC.

7° Selección de los circuitos alimentados por la red pública y por el inversor de corriente.

8° Conexión y desconexión de circuitos eléctricos.

9° Separación física de los circuitos eléctricos alimentados por la red pública y por el inversor de corriente.

10° Automatización de las acciones de control por una unidad lógica programada.

11° Comunicaciones por red cableada Ethernet ó Wifi, almacenamiento de datos para la gestión de la unidad lógica programada.

El equipo de la invención se puede fabricar en serie, con las siguientes aplicaciones y cualidades:

a) Productor, acumulador de agua caliente y calefacción con energía residual procedente de las transformaciones de Corriente alterna en corriente continua "CA-CC" y Corriente continua en corriente alterna "CC-CA", por lo que se consigue mejor rendimiento y aprovechamiento de la energía.

b) Receptor de CA en periodos de menor coste de la energía, acumulando la energía y generando la CA, para el usuario, en periodos que la demanda en la red es elevada y/o su precio es más elevado.

c) Funcionamiento silencioso del sistema de refrigeración, lo que permite que pueda estar en cualquier local habitado.

d) Conexión y desconexión de circuitos eléctricos de determinadas líneas, cuando la potencia total utilizada exceda de la contratada con la red pública más la proporcionada por el inversor de corriente, con lo que se consigue un ahorro directo en la factura eléctrica.

e) Conexión y desconexión de circuitos eléctricos cuando el precio de la energía sea elevado y el funcionamiento de los electrodomésticos conectados puedan desplazarse a otro periodo horario sin afectar al confort y calidad de vida de los ocupantes, por ejemplo: Equipos de climatización, calentamiento de agua caliente sanitaria, neveras,

congeladores etc.

f) Gestión de la demanda energética, sin afectar a las actividades cotidianas de los usuarios por disponer de energía almacenada para cualquier periodo horario, por ejemplo uso de la lavadora, lavavajillas, horno, encimera, secadora etc. en el momento que son necesarios sin necesidad de esperar a periodos menos costosos.

g) Reducción de la potencia instalada en la acometida, por tener la posibilidad de sumar potencia propia más potencia de la red.

h) Gestión la demanda de la energía, en función de los precios, con datos de tarifas fijas con periodos constantes y/ó con precios de periodos horarios con actualización dinámica.

i) Gestión de la demanda energética de la vivienda, compatible con cualquier tipo de electrodomésticos del mercado, sin necesidad de cambiar los existentes o colocar electrónica, controles e inversiones adicionales.

j) Actuando de forma conjunta con múltiples equipos de las mismas características permite modificar la demanda de la energía en núcleos de consumo, ayudando a la optimización de la red eléctrica pública y los sistemas de generación. Es posible ordenar de forma remota que los equipos capten o inyecten energía a la red.

k) El equipo puede ser diseñado para consumidores individuales o edificios de viviendas plurifamiliares, consiguiendo de esta manera instalaciones más rentables.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención. Se relacionan expresamente con una realización de dicha invención, que se presenta como...

1. Equipo de calefacción y productor de agua caliente (35), que almacena energía en baterías para su posterior consumo transformando la corriente continua en corriente alterna que tiene:

Un regulador de carga de baterías con refrigeración líquida (5) que tiene una línea de entrada de corriente alterna (4) y una salida de corriente continua (6).

Un conjunto de baterías de almacenamiento de energía (7), que tienen una línea eléctrica de corriente continua (6), que viene del regulador de carga (5) y una línea corriente continua de descarga de la energía (8), que se dirige hacia el inversor de corriente continua a corriente alterna (9).

Un inversor de corriente continua a corriente alterna con refrigeración líquida (9), que recibe una línea de corriente continua (8) y tiene una salida de corriente alterna (10).

Un circuito de refrigeración líquida con intercambiadores de calor (11), que enfrían la parte eléctrica y electrónica del regulador de carga de baterías (5) y del inversor de corriente continua a corriente alterna (9), que tiene una ó varias tuberías de salida de líquido(12), conectadas a la entrada de una bomba(14), una válvula desviadora de líquido(15), que tiene una derivación a una tubería de líquido (19), conectada a un depósito acumulador de agua (22), que tiene un intercambiador líquido-agua (21), para calentar el agua caliente, conectado a una tubería de salida (20). La válvula desviadora de líquido(15) tiene una segunda salida conectada a una tubería(16), que conecta con el fancoil de calefacción (17), que tiene una tubería de salida (18), ésta se junta con la tubería de salida (20) en la tubería de retorno(13) a los intercambiadores(11).

El Equipo (35) comprende:

Una toma de agua fría (23) para abastecer de agua de red al Equipo.

Una primera conducción desde la toma de agua de fría (23) a una entrada del depósito de agua caliente (22), para abastecer de agua fría de red al depósito de agua caliente(22).

Una segunda conducción (24), desde el depósito acumulador de agua (22) a consumo.

Un circuito eléctrico que tiene:

Un regulador de carga de baterías con refrigeración líquida (5), éste tiene una línea de entrada de corriente alterna (4) y una salida de corriente continua (6).

Un conjunto de baterías de almacenamiento de energía (7), que tienen una línea eléctrica de entrada de corriente continua (6), que viene del regulador de carga (5) y una línea eléctrica de descarga de corriente continua (8), que se dirige hacia el inversor de corriente continúa a corriente alterna (9).

Un inversor de corriente continua a corriente alterna con refrigeración líquida (9) que tiene una línea de entrada corriente continua (8) y una salida de corriente alterna (10).

Un circuito de refrigeración líquida con intercambiadores de calor (11), que enfrían la parte eléctrica y electrónica del regulador de carga de baterías (5) y del inversor de corriente continua a corriente alterna (9), que tiene una tubería de salida de líquido(12) conectada a la entrada de una bomba(14), una válvula desviadora de líquido(15), que tiene una derivación a una tubería de líquido (19) conectada a un deposito acumulador de agua (22), que tiene un intercambiador líquido-agua (21) para calentar el agua caliente conectado a una tubería de salida (20). La válvula desviadora de líquido(15) tiene una segunda salida conectada a una tubería(16) que conecta con el fancoil de calefacción (17), que tiene una tubería de salida (18), que une con la tubería de salida (20) en la tubería de retorno(13) a los intercambiadores(11).

Donde:

El depósito acumulador de agua (22) aloja el intercambiador (21), configurado para calentar el agua contenida en el depósito acumulador de agua (22), al absorber el calor del líquido refrigerante, generando agua caliente de consumo hasta que la sonda (25) indica la temperatura limite de calentamiento. Tiene una entrada de agua fría de la red (23) y una salida de agua caliente de consumo (24).

2. Equipo según la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un

Cuadro de repartidor de cargas eléctricas (3), que tiene una conexión de entrada y salida de energía eléctrica de la red (2) y otra entrada de energía eléctrica (10), que viene del inversor de corriente (9). Una salida(4) activada con un selector automático (26) conectada al regulador de carga de baterías(5), múltiples salidas independientes hacia consumo que cada una tiene opcionalmente un selector(27), que conmuta entre las entradas (2) o (10), que se activa ó desactiva con el selector (28), según ordenes de la unidad lógica (30). Esta unidad recoge datos de los amperímetros (29), para realizar el control y que opcionalmente inyecta energía a la red con el interruptor automático (36).

3. Equipo según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque además comprende:

Un sistema de comunicaciones (31), que opcionalmente tiene una Web Server (34) que se comunica con Internet y/ó red cableada Ethernet ó Wifi, para enviar y/ó 5 recoger datos de la unidad lógica (30), para procesarlos y gestionar los

automatismos del cuadro repartidor de cargas (3).