Método y sistema de generación solar.

La invención describe un procedimiento de generación solar mediante un sistema (1) que comprende un conjunto de células solares (2) conectadas a un inversor (4),

que transmite la energía generada a una red eléctrica (6), 5que comprende controlar las potencias activa y reactiva que el sistema (1) transmite a la red eléctrica (6) mediante el control de la tensión (Vcel ) de las células (2) y de la corriente (I

Método y sistema de generación solar La presente invención pertenece al campo de las energías renovables, y más concretamente a la producción, conversión o distribución de energía eléctrica en plantas de energía solar fotovoltaica.

El objeto principal de la presente invención es un método de generación solar que tiene dos modos de funcionamiento, uno que permite obtener la máxima producción de energía para cada condición de funcionamiento, y otro que hace posible la integración en sistemas eléctricos de las plantas fotovoltaicas. Además, se describe también un sistema capaz de llevar a cabo dicho método.

Antecedentes de la invención

En el presente documento, se utilizará en general el término "red eléctrica" para hacer referencia a cualquier sistema eléctrico en general al que esté conectado un sistema fotovoltaico. Actualmente los sistemas fotovoltaicos conectados a la red están convirtiéndose en una tecnología estándar para generar energía eléctrica en los países desarrollados. Comenzando como instalaciones de corriente continua descentralizadas y aisladas hace algunos años, los módulos fotovoltaicos combinados con inversores constituyen en el día de hoy una de las tecnologías maduras de generación eléctrica en un entorno futuro de generación distribuida a gran escala.

Dichos sistemas fotovoltaicos están constituidos por un conjunto de paneles solares que alimentan a un equipo inversor (convertidor CC/CA) , con o sin transformador, que se conecta a la red eléctrica a través de un contador que permite conocer la energía aportada por la instalación. En algunas ocasiones el equipo inversor puede incluir un convertidor CC/CC.

El equipo inversor funciona habitualmente a potencia variable, buscando en todo momento el punto de máxima potencia de salida. Dicha potencia depende de la energía que llegue al inversor procedente de los paneles solares y por lo tanto de las condiciones de irradiancia, y de la temperatura. Por otra parte, el inversor se desconecta automáticamente cuando la energía que le llega está por debajo de un determinado valor, es decir, cuando la irradiancia es débil, estando por debajo de un determinado umbral.

En el caso de incluir el inversor un convertidor CC/CC, éste adaptará la tensión proporcionada por los paneles a un valor constante que alimentará el convertidor CC/CA, el cual funcionará automáticamente siempre con la misma tensión de entrada. A veces se usa un acumulador o banco de baterías en el sistema fotovoltaico para almacenar la energía producida durante el día, la cual se usa durante la noche y en períodos nublados. Un regulador de carga controla la operatividad del sistema y el flujo de la corriente hacia y desde la batería para protegerla de una sobrecarga, sobredescarga, etc. El artículo de Azevedo et al: "Photovoltaic inverters with fault ride-through capability" publicado en el Simposio Internacional IEEE sobre Electrónica Industrial de 2009 divulga un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y un sistema de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 13.

En la actualidad existen dos frentes de desarrollo en cuanto a energía solar fotovoltaica se refiere: en primer lugar, maximizar la producción de energía, y en segundo lugar, hacer posible la integración en red de las plantas fotovoltaicas. Debido al crecimiento de las energías renovables es necesario que las plantas fotovoltaicas sean 45 capaces de dar servicios a la red y contribuir con su estabilidad, por lo que cada vez más, y con más motivo en grandes plantas fotovoltaicas, es necesario solucionar el problema de su integración en la red eléctrica.

Descripción de la invención

Es conocido que la potencia activa generada por una célula solar está en función de la tensión de dicha célula. La Fig. 1 muestra una gráfica de la potencia y la intensidad de una placa solar frente a la tensión, donde se aprecia cómo la potencia es máxima a una tensión determinada que depende de las condiciones atmosféricas (temperatura e irradiación solar) . Actualmente, según se ha mencionado anteriormente, los métodos de operación de sistemas de generación solar se limitan a buscar de modo continuo el punto de máxima generación de potencia activa. Sin 55 embargo, las contingencias de la red eléctrica pueden aconsejar en ocasiones disminuir la potencia activa generada y aumentar la reactiva.

Como ya se divulga en el artículo de Azevedo, un control adecuado del inversor, teniendo en cuenta la forma de la curva P-V, de una célula solar permite controlar la potencia activa y la potencia reactiva que se transmiten a la red eléctrica, contribuyendo a la estabilidad de la red en función de su estado en cada momento. La invención se refiere al método de la reivindicación 1 y al sistema de la reivindicación 13.

Según un primer aspecto de la invención, se describe un método de operación de un sistema de generación solar, donde el sistema comprende al menos un conjunto de células solares conectadas a un inversor que transmite la 65 energía generada a una red eléctrica. Aunque no se menciona explícitamente en esta descripción, se entiende que los parámetros que determinan el comportamiento del inversor estarán controlados por medio de un controlador del

inversor. Este controlador puede estar implementado como una unidad separada del inversor, o bien estar integrado con el mismo. Así, el método comprende controlar las potencias activa y reactiva que el sistema transmite a la red eléctrica mediante el control de la tensión de las células solares y de la corriente saliente del inversor, de modo que en un primer modo de funcionamiento la tensión de las células solares es la que proporciona la máxima potencia activa, mientras que en un segundo modo de funcionamiento la tensión en las células solares proporciona una potencia activa menor que la máxima.

Para ilustrar el método de la invención se empleará la Fig. 2, que muestra un diagrama de fase donde cada vector corresponde a una potencia aparente determinada, que se descompone respectivamente en suma de los vectores de las potencias activa (eje de abscisas) y reactiva (eje de ordenadas) . La potencia aparente transmitida por el sistema de generación solar a la red eléctrica es el producto de la tensión por la intensidad.

** (Ver fórmula) **

A la salida del sistema de generación, a través del inversor, la tensión está fijada por la tensión de la red (Vred) , mientras que la intensidad (linv) se puede controlar por medio del inversor. El inversor tiene por diseño una máxima corriente de salida (IinvMAX) , y por lo tanto en cada momento hay una potencia aparente disponible Sdisp que depende de la máxima corriente de salida y de la tensión de red.

=Sdisp Vred · linvMAX

En consecuencia, y suponiendo que la tensión de red (Vred) se mantiene constante, según se ha dibujado en las Fig. 2 y Fig. 5:

- variaciones en la intensidad saliente (l¡nv) del inversor corresponden a variaciones en el radio de la circunferencia que representa la potencia aparente, no pudiendo rebasarse los límites fijados por una circunferencia de radio Sdisp. Se aprecia en la Fig. 2 cómo una disminución de la intensidad de salida del inversor hace que la potencia aparente generada pase de SA a SB. -variaciones en la potencia activa generada por las células solares, a través del control de la tensión (cel) de dichas células, corresponden a variaciones del ángulo del vector que representa la potencia aparente S, manteniéndose S constante y por lo tanto la punta del vector en una misma circunferencia. La Fig. 2 muestra cómo un aumento de la tensión de las células hace que la potencia aparente generada pase de SA a SC.

Sin embargo, en un caso real la tensión de red (Vred) puede no permanecer constante. En ese caso, para que un sistema fotovoltaico contribuya a la estabilidad de la red eléctrica debe verter una potencia reactiva determinada por los requerimientos del operador y por dicha tensión y frecuencia de la red. Por otro lado, la potencia reactiva máxima (QMAX) que puede verterse viene determinada por la potencia aparente disponible (Sdisp) y la potencia activa (Pcel) transmitida por el inversor y procedente de las células:

** (Ver fórmula) **

Si la potencia reactiva máxima (QMAX) es menor que la potencia reactiva que se requiere para el soporte de la red, es posible aumentar dicha potencia reactiva máxima (QMAX) disminuyendo la potencia activa a través del control de la tensión en las células. Puesto que la tensión de la red es variable y afecta, tal como se ha expuesto, a la potencia 45 aparente disponible (Sdisp) , la comparación de la potencia reactiva que se requiere con la... [Seguir leyendo]

1. Método de generación solar empleando un sistema (1) que comprende un conjunto de células solares (2) conectadas a un inversor (4) que transmite la energía generada a una red eléctrica (6) , comprendiendo el método controlar las potencias activa y reactiva que el sistema (1) transmite a la red eléctrica (6) mediante el control de la tensión (Vcel) de las células solares (2) y de la corriente (linv) de salida del inversor (4) , de modo que:

- en un primer modo de funcionamiento, la tensión (Vcel) aplicada en las células solares (2) proporciona la máxima potencia activa según las condiciones de funcionamiento; y -en un segundo modo de funcionamiento la tensión (Vcel) aplicada en las células solares (2) es diferente de la tensión que proporciona la máxima potencia activa, generándose una potencia activa menor que la máxima, caracterizado por que dicho método de generación solar comprende pasar desde el primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento cuando una de las contingencias seleccionadas entre: -un aumento de la frecuencia de la red eléctrica (6) por encima de un valor umbral preestablecido, -una derivada de la frecuencia de la red eléctrica (6) respecto del tiempo por encima de un valor umbral preestablecido, y -una tensión de la red eléctrica (6) fuera de un rango preestablecido.

se detecta mediante una unidad de control (5) del inversor (4) o mediante una unidad de control central (7) conectada a múltiples unidades de control (5) .

2. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 1, donde la tensión (Vcel) aplicada a las células solares (2) en el segundo modo de funcionamiento es mayor que la tensión de máxima potencia activa.

3. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 2, donde el paso del primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento comprende cargar un condensador (3) dispuesta en paralelo entre las células solares (2) y el inversor (4) , empleándose para ello parte de la potencia activa generada por las células solares (2) .

4. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 3, donde el paso del segundo modo de funcionamiento al primer modo de funcionamiento comprende descargar el condensador (3) , que transmite parte de la energía almacenada a la red eléctrica (6) a través del inversor (4) .

5. Método de generación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende calcular la

potencia activa a generar por el sistema de generación (1) basándose en una señal de la potencia reactiva y de la 35 potencia aparente disponible, que es calculada a su vez como el producto de la tensión medida de la red eléctrica (6) y la máxima corriente de salida del inversor (4) .

6. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende pasar del primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento en respuesta a una generación de potencia activa por parte del sistema solar superior a una señal de potencia activa.

7. Método de generación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende pasar del primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento en respuesta a la detección de un funcionamiento aislado del sistema de generación (1) .

8. Método de generación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende controlar una planta (8) de generación formada por una pluralidad de sistemas de generación solar (1) desde una unidad de control central (7) conectada a los controladores (5) .

9. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 8, donde algunos sistemas (1) de la planta (8) de generación pasan del primer modo de funcionamiento al segundo modo de funcionamiento en respuesta a la recepción de una señal desde la unidad de control central (7) .

10. Método de generación de acuerdo con la reivindicación 9, donde la señal es de potencia activa. 55

11. Método de generación según la reivindicación 9, donde un primer grupo de sistemas de generación (1) funciona en el primer modo de funcionamiento y un segundo grupo de sistemas de generación (1) funciona en el segundo modo de funcionamiento, y donde la unidad de control central (7) calcula las señales de potencia activa para el segundo grupo de sistemas (1) basándose en la potencia activa generada por el primer grupo y en el requerimiento de reducción de potencia activa para toda la planta (8) .

12. Método de generación según la reivindicación 11, donde ante un aumento o disminución de la potencia activa generada por el primer grupo de sistemas (1) , se modifican en sentido contrario las señales que se envían al segundo grupo de sistemas (1) para suavizar las variaciones de la potencia activa total generada por la planta (8) de

generación.

13. Sistema (1) de generación solar capaz de llevar a cabo el método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un conjunto de células solares (2) conectadas a un inversor (4) que a su vez transmite la energía generada a una red eléctrica (6) , caracterizado por que además comprende un condensador (3) conectado en paralelo entre el inversor (4) y las células solares (2) , y donde una unidad de control (5) en el inversor (4) controla la tensión de las células solares (2) y la intensidad de salida del inversor (4) de modo que el sistema (1) tiene:

- un primer modo de funcionamiento donde la tensión (Vcel) del condensador (3) es la que proporciona la máxima potencia activa posible según las condiciones de funcionamiento de cada momento; y -un segundo modo de funcionamiento donde la tensión (Vcel) del condensador (3) es diferente de la correspondiente a la máxima potencia activa posible, generándose una potencia activa menor que la máxima, caracterizado por que el sistema (1) también comprende:

- cargas controlables adaptadas para coordinar el funcionamiento de las células solares (2) , .

15. un controlador de cargas activas que coordina las operaciones de suministro para dichas cargas controlables.

14. Sistema (1) de generación solar de acuerdo con la reivindicación 13, que además comprende un conjunto de sensores que proporcionan a la unidad de control (5) del inversor (4) información acerca del estado de la red eléctrica (6) y de las células solares (2) .

15. Sistema (1) de generación solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-14, que además comprende unos medios de almacenamiento de energía.

16. Sistema (1) de generación solar de acuerdo con la reivindicación 15, que además comprende un controlador de 25 almacenamiento que coordina las operaciones de carga y descarga de los dispositivos de almacenamiento.

17. Planta (8) de generación solar, que comprende un conjunto de sistemas (1) de generación solar según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, y que además comprende una unidad de control central (7) conectada a las unidades de control (5) de los inversores (4) para transmitirles respectivas señales de funcionamiento basándose en el estado de la red eléctrica (6) o basándose en el requerimientos del operador de la red eléctrica.