ES2229887A1 - Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico. - Google Patents
Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico.Info
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Abstract
Un sistema de alimentación ininterrumpido con aporte fotovoltaico, adecuado como protección e incremento de eficiencia energética del abastecimiento de su carga critica en donde el flujo del aporte contiene un generador aleatorio o controlado, fragmentando el campo colector total en segmentos asumibles por diferentes unidades de sistema conformadas en la instalación, con capacidad para fragmentar la potencia renovable contenida en el aporte y verter parte de su producción al punto de aporte, mientras la potencia restante revierte como energía renovable a la red de abastecimiento en régimen de acometida-exterior.
Description
Sistema de alimentación ininterrumpida con aporte
fotovoltaico.
La presente invención se refiere a una unidad
eléctrica, cuya función comprende los beneficios de protección de
un sistema de alimentación interrumpida, en adelante denominado
genéricamente SAI, y al que aportando un campo colector
fotovoltaico, FV, se incrementa el rendimiento del conjunto y dota a
la instalación de mayor autonomía frente a una interrupción en el
suministro eléctrico. Al disponer el conjunto así formado de
elementos que comparten tanto el SAI como una explotación
fotovoltaica FV, la implementación de ambos en una sola unidad, en
adelante SAI/FV, ahorra componentes y abarata el coste final del
producto.
Los dos elementos eléctricos que conforman el
SAI/FV adolecen por separado de inconvenientes funcionales que, al
trabajar en conjunto, cada cual solventa las deficiencias del otro.
Sean los elementos por separado:
1.- El SAI produce pérdidas en funcionamiento,
debido fundamentalmente a las transformaciones en la naturaleza del
flujo eléctrico que le atraviesa: rectificación, mantenimiento de
la línea de flotación de las baterías y posterior rizado para el
consumo en alterna de la carga que alimenta (carga crítica).
Estas pérdidas incurrirlas al manipular el flujo
eléctrico son permanentes, es decir, van asociadas al flujo que
atraviesa el SAI y son asumidas en favor de una respuesta de los
acumuladores eléctricos en caso de falta o interrupción del
suministro eléctrico, pero se generan también cuando la instalación
se sirve de la energía de red. Un SAI/FV minora las pérdidas
asociadas a la manipulación de la energía que le atraviesa.
El coste de un SAI depende de la potencia nominal
a la que es permeable y del tiempo de autonomía. Se designa tiempo
de autonomía al intervalo temporal durante el cual los acumuladores
del SAI pueden mantener el consumo nominal de la carga crítica. En
caso de estar la instalación dotada de un grupo electrógeno o
generador de emergencia, éste debe armarse y asumir los consumos en
menor tiempo que el tiempo de autonomía, de lo contrario los
consumos se verán afectados por la incidencia. El tiempo de
autonomía condiciona el precio del elemento SAI, ya que a mayor
tiempo, mayor es el precio de la misma y las pérdidas asociadas al
control del nivel de flotación de los acumuladores (implica mayor
número y dimensiones de las baterías) así como mayores gastos de
mantenimiento.
El SAI/FV aumenta el tiempo de autonomía con
respecto al SAI equivalente sin introducir nuevos acumuladores
eléctricos, y la medida en la que lo incrementa dependerá de los
parámetros que definan la instalación y el consumo de la carga
critica.
Se considera carga crítica a todo aquel consumo
contenido en una instalación que requiere de una continuidad en su
servicio eléctrico, o que aún pudiendo sufrir microcortes en la
alimentación de la misma necesita ser protegida durante el tiempo
suficiente para tomar medidas que la abastezcan durante un corte
prolongado del suministro. Las pérdidas económicas que supone para
la instalación que la carga crítica se vea afectada por una
incidencia son las que justifican que se asuman los gastos asociados
a la compra y explotación de un SAI. El SAI/FV dota a la
instalación de una mayor protección de la carga crítica ante
incidencia en la instalación y reduce las perdidas en las que
incurre un SAI mediante su explotación.
2.- El principal inconveniente de la generación
fotovoltaica es que no se dispone de control sobre la producción.
La premisa eléctrica que iguala la potencia generada a la requerida
en cada instante obliga a insertar elementos que adecuen los
parámetros de consumo y generación, tales como acumuladores
eléctricos y/o la propia red de distribución que sirve a la
instalación. En ausencia de elementos que suplan o absorban la
energía restante o sobrante del consumo de la carga qué alimenta el
generador fotovoltaico, se produce una caída o incremento de la
tensión de salida del generador fotovoltaico.
Sirvan como ilustración los casos de una
instalación privada de conexión por producirse una incidencia en el
suministro o una instalación aislada de red, de no disponer de
acumuladores, toda la energía requerida por la instalación se
demandará a los colectores, que podrán adecuar su generación sólo si
la energía fotovoltaica es superior al consumo de la instalación.
De requerir la carga más energía y no disponer de acumuladores o
una red de servicio, las tensiones caerán por debajo de los límites
de funcionamiento de los colectores fotovoltaicos y las
protecciones de éstos los desconectaran de la carga, quedando
inoperante el generador y la carga sin suministro de ninguna índole.
El SAI/FV emplea los acumuladores eléctricos de la rama principal o
la conexión a red como compensador energético.
La energía que sirve un generador fotovoltaico
tiene naturaleza continua, mientras que la gran mayoría de las
cargas incluidas en una instalación requieren de un servicio en
corriente alterna, con tal efecto a las instalaciones fotovoltaicas
de generación se las dota de un inversor que rice la corriente de
salida de las mismas. El SAI/FV utiliza el inversor de la rama
principal para transformar en alterna la potencia generada, de esta
manera de los tres elementos que componen una explotación
fotovoltaica solo se requiere del campo colector para la
constitución del SAI/FV.
Al hecho de aumentar la autonomía de los
acumuladores eléctricos del SAI equivalente, debido a que durante
la interrupción de suministro eléctrico la instalación cuenta con
la energía almacenada en los acumuladores y la aportada durante la
incidencia por los paneles fotovoltaicos, hay que añadir el empleo
que se le dé a la energía fotovoltaica generada en ausencia de
incidencia. Esta energía fotovoltaica puede emplearse en satisfacer
consumos de la instalación, reduciendo así la energía consumida a la
compañía distribuidora en acometida o ser vendida a la red de
distribución como energía renovable.
Que el generador fotovoltaico pueda vender su
generación a la red mientras la instalación no incurra en
incidencia alguna, dobla las posibilidades de explotación del
SAI/FV. Durante una incidencia, dado que normalmente la acometida
quedará sin tensión o la carga crítica quedará aislada de la
potencia servida en cometida, el generador fotovoltaico verterá su
potencia a la carga critica a través de los acumuladores del
SAI/FV. Atendiendo al empleo que se le da a la energía fotovoltaica
generada en ausencia de incidencia, ya que durante emergencia todas
las disposiciones de SAI/FV vierten su energía a la carga critica,
se distinguen dos regímenes de explotación:
1.- Se define como régimen de explotación del
SAI/FV en acometida-exterior, cuando en ausencia de
incidencia la generación fotovoltaica es vendida a red.
2.- Se define como régimen de explotación del
SAI/FV en acometida-interior, cuando
independientemente de la presencia de incidencia, la energía
fotovoltaica es vertida a la instalación.
La evacuación de la energía fotovoltaica fuera de
la instalación requiere de un segundo inversor, ya que de conectar
la acometida a la salida del inversor de la rama principal del
SAI/FV junto con la carga crítica, se propiciaría el hecho de que
las incidencias en acometida afectasen a la carga crítica. La venta
de energía fotovoltaica a la red de distribución también impone una
serie de requisitos de aislamiento de los generadores fotovoltaicos
con respecto a cualquier otro aporte de potencia. Duplicando los
inversores se diferencian los circuitos en cuanto a protecciones y
condiciones de explotación.
La tensión de salida del generador fotovoltaico
se adecua a la tensión en bornes de los acumuladores de la rama
principal del SA//FV, en caso de tener que corresponder a unos
requisitos de conexión a la red, debido a un régimen de explotación
en acometida-exterior donde primará la conexión a
red sobre el acoplamiento de emergencia a los acumuladores, se
modifican los esquemas de conexión conforme a la explotación
habitual del generador fotovoltaico. Se introduce una fuente
conmutada que adecue la tensión de salida del generador
fotovoltaico a la tensión en bornes de los acumuladores, ya que la
de diseño la impone el inversor que evacua la generación fuera de
la instalación. la fuente conmutada introduce pérdidas en el
Funcionamiento del SAI/FV, por este motivo se introduce en la
disposición que habitualmente no se emplea. De considerar un
régimen de explotación en acometida-interior, o
tratarse de una acometida-exterior donde ambos
inversores son compatibles a la misma tensión de salida del
generador fotovoltaico, no se requiere la presencia en el esquema de
una fuente conmutada.
Durante la explotación en régimen de
acometida-exterior y ausencia dé incidencia, el
SAI/FV se comporta como dos elementos funcionando por separado. Sin
embargo, cuando a este régimen de explotación se le presenta una
incidencia o se está empleando el SAI/FV en
acometida-interior, se establecen las siguientes
ventajas de conjunto:
1.- Incremento del tiempo de autonomía: Sea el
caso de incidencia en una instalación que no esta dotada de
generador de emergencia, o éste se encuentra inoperante. A la
energía acumulada en las baterías de la rama principal del SAI/FV,
se suma la potencia instantánea que aporta el generador
fotovoltaico. De esta forma la energía acumulada que se consume es
la diferencia entre el consumo de la carga crítica y la generación
fotovoltaica, aumentando el tiempo de autonomía con respecto al SAI
equivalente sin necesidad de añadir nuevos acumuladores. El aumento
del tiempo de autonomía dependerá del diseño del SAI/FV y del
régimen de consumos de la carga crítica, ya que la incidencia pueda
acaecer durante un periodo de inoperatividad del generador
fotovoltaico. Existen métodos estadísticos que aproximan el
incremento del tiempo de autonomía, teniendo en cuenta el
funcionamiento diurno de casi la totalidad de las instalaciones y
de un diseño adecuado del campo colector, la carga crítica se puede
negar a abastecer con energía fotovoltaica durante la práctica
totalidad del intervalo diurno. Debido a lo reducido de los tiempos
de autonomía convencionales, en la totalidad de los casos el tiempo
de autonomía será aumentado sensiblemente con respecto al del SAI
equivalente.
De requerir una mayor fiabilidad, puede dotarse
al sistema de generadores eléctricos sobre los cuales se tenga
controlada la potencia instantánea generada y, siempre que se
adecuen a la tensión continua establecida en las bornas de los
acumuladores de la rama principal del SAI/FV, pueden reiterar la
seguridad de la invención. Conforme a la naturaleza del generador y
la situación bajo la cual vierte su energía, se diferencian las
siguientes variantes:
1.1.- Generador no controlado, dotado de aporte
conforme a corriente continua y cuya utilización esta subyugada al
hecho de que los paneles fotovoltaicos no viertan la suficiente
energía o sean inoperantes. En este caso se puede emplear la misma
Fuente conmutada que implementa la explotación en régimen de
acometida-exterior durante su adaptación a la
tensión de los acumuladores de la rama principal. Por ejemplo en el
caso de un dispositivo que suple el aporte fotovoltaico durante el
periodo nocturno, disponiendo de un generador en continua no
controlado. Otra disposición de generador no controlado se
establece cuando el aporte conforme a corriente continua se puede
utilizar de manera simultanea a la del campo colector fotovoltaico,
asimismo mediante la utilización de un generador en continua no
controlado. Bajo esta premisa se requiere de una nueva fuente
conmutada, que adecue la tensión de salida del dispositivo a la
tensión en bornas de los acumuladores de la rama principal del
SAI/FV (con un generador en continua no controlado). Un diseño
adecuado de este aporte reiterativo puede evitar la inserción de una
nueva fuente conmutada. La reiteración de generadores no
controlados puede no dar la suficiente seguridad a la instalación,
ya que el aporte energético de ambos generadores tiene carácter
aleatorio.
1.2.- Generador controlado, dotado de aporte
conforme a corriente continua y cuya utilización, al igual que en
el apartado anterior, puede estar subyugada a la inoperatividad del
campo colector o establecerse de manera simultanea a este ultimo,
mediante el uso de un generador en continua controlado. Por ejemplo
en una instalación dotada de pilas de combustible que pudieran ser
utilizadas en caso de que la generación fotovoltaica no fuese
suficiente para mantener la carga critica durante el intervalo
diurno, en el que el consumo de pilas de combustible sería reducido
durante las horas de generación fotovoltaica y pasaría a asumir la
totalidad del consumo cuando los paneles fotovoltaicos fuesen
inoperantes. Dotando a la instalación de medidas de generación
controlada, se puede cubrir la totalidad del intervalo horario
frente a incidencia. Tales medidas pueden no ser requeridas si la
protección de la generación fotovoltaica es suficiente, dado el
régimen de consumo exclusivamente diurno de la carga crítica y/o
que el volumen de energía fotovoltaica sea muy superior al
requerido por el consumo crítico, con lo que se asegura una alta
probabilidad de ser satisfecho.
1.3.- A las variantes anteriormente descritas en
cuanto a generación controlada o aleatoria, y simultaneidad o
exclusividad del aporte fotovoltaico, se añaden nuevas
disposiciones conforme a un aporte en régimen alterno. De disponer
de nuevos aportes en régimen alterno, ya fueren de forma simultanea
o exclusiva se ha de implementar un rectificador que adecue la
potencia generada a las magnitudes nominales establecidas en las
bornas de los acumuladores de la rama principal. Como por ejemplo
en el caso de una instalación dotada de generación eólica, pudiendo
también ser vendida la energía eólica a la red como renovable, bajo
la suposición de venta a red, y cuya generación se vierte a la rama
principal del SAI/FV durante la falta de suministro en este caso el
generador es no controlado, considerando que dispone de un
generador en alterna no controlado. En el caso de la disposición
donde se ha sido instalado de forma reiterativa un grupo
electrógeno secundario de emergencia que sea capaz de abastecer
exclusivamente a la carga nominal del SAI/FV (dentro de una
instalación puede darse el caso de varias cargas críticas
distribuidas en varios SAI, y todos ellos alimentados bajo
incidencia por un grupo electrógeno primario), en este caso el
generador es controlado, considerando un generador alterno
controlado. Conforme a esta ultima disposición cabe implementar un
automatismo que regule la generación conforme a la diferencia entre
el consumo de la carga crítica y la generación fotovoltaica y/o de
los múltiples dispositivos ya descritos.
En adelante se hará referencia exclusivamente a
un aporte fotovoltaico, sin embargo se pueden añadir las variantes
anteriormente descritas sin introducir más elementos de los ya
referidos.
2. La extinción o constricción del flujo
rectificado es un fenómeno presente en la explotación del SAI/FV
que reduce o anula las pérdidas de potencia asociadas a la
rectificación. Debido a la gran cantidad de variantes que puede
presentar el rectificador implementado en el SAI/FV conforme a
magnitudes trifásicas o monofásicas, y corrientes alternas o
continuas que se presentan en los diferentes elementos, se refiere
la potencia instantánea en base a las magnitudes nominales
unitarias. Atendiendo a este criterio, las intensidades reflejadas
en los esquemas de montaje se comprenden en el intervalo 0 + 1 en
partes unitarias (p.u.) y cuantifican el grado de carga, y por
consiguiente la potencia instantánea, de cada uno de los puntos a
los que esta referida. Las pérdidas asociadas al rectificador se
estimarán conforme a la diferencia en p.u. de la intensidad de
entrada con respecto a la de salida:
(1)Pérdidas_{Rec} = Pe -
V_{A} .
I_{Rec}
La aplicación numérica de la anterior ecuación
depende de la instalación, este es el motivo de que la potencia de
entrada (P_{c}) no esté cuantificada, en espera de saber si la
entrada al SAI/FV tiene carácter trifásico o monofásico. Estas
pérdidas dependen de la potencia que atraviese el rectificador,
representando un mínimo para las magnitudes de diseño, más conforme
el punto de funcionamiento difiera del de diseño, ya fuere por
exceso o por defecto, las pérdidas se incrementan
considerablemente. Conforme a las especificaciones del fabricante,
estas pérdidas por lo general se comprenden entre 0,01 \div 0,02
p.u., o lo que es lo mismo 1 \div 2% de la potencia nominal,
cualquiera que fuere el margen, las pérdidas asociadas al
rectificador aumentan conforme el funcionamiento se aleja de las
magnitudes de diseño.
El generador fotovoltaico se representa mediante
su equivalente Norton conforme a una fuente de intensidad. La
disposición del SAI/FV vierte la potencia en bornas de los
acumuladores, y dada la naturaleza de la energía aportada,
establece que la intensidad requerida a la red por la carga critica
se disminuya en la misma proporción que la potencia aportada en
bornas de los acumuladores. Este fenómeno se expresa mediante las
leyes de Kirchhoff evaluando las intensidades de entrada y salida
al nudo eléctrico A:
\sum I_{Punto \ A} =
0
(2)I_{Rec} = I_{Inv} + I_{b}
-
I_{A}
Dado el hecho de que la energía requerida de red
depende de la energía que se vierta al punto A por los diferentes
aportes, podemos diseñar la instaloción de manera que se reduzcan
las pérdidas asociadas al rectificador. En caso de que la potencia
del aporte fuese controlada, un automatismo pudiera regular la
potencia instantánea del aporte en función del consumo de la carga
critica y de la naturaleza, parte controla y/o parte aleatoria, del
aporte al punto A.
La situación extrema del fenómeno de la
constricción del flujo rectificado asociado al SAI/FV implica una
extinción de éste y por consiguiente la eliminación de las pérdidas
asociadas a la rectificación. Despreciando el flujo requerido por
el mantenimiento de la línea de flotación de los acumuladores, la
ley de constricción del flujo rectificado se establece de la
siguiente forma:
(3)Flujo_{Rec} = Flujo_{Inv}
-
Flujo_{Aporte}
La naturaleza del flujo aportado dependerá de la
configuración conforme al punto anterior de la presente memoria que
se establezca en una instalación a estudio especifica.
3.- Atendiendo a la protección de la carga
crítica, la inserción de una fuente energética añadida al circuito
de abastecimiento robustece la instalación y preserva con mayores
garantías a la carga critica de las incidencias que pudiera sufrir
la instalación.
La disposición de protección más extendida en
grandes consumos, integra un SAI convencional con un grupo
electrógeno de emergencia. El grupo electrógeno abastece al consumo
de emergencia, compuesto por la carga crítica y consumos esenciales
que son necesarios durante una incidencia, pero que no son
sensibles a las discontinuidades del fluido eléctrico. Dentro del
consumo de emergencia, se protege más en concreto la carga crítica
mediante la instalación de un SAI.
El tiempo de autonomía de un SAI se diseña en
base al tiempo que tarda el generador en arrancar y asumir el
consumo de la carga de emergencia. En caso de fallo del grupo de
emergencia, la carga crítica sobrevivirá a la incidencia durante el
tiempo de autonomía y, una vez transcurrido éste y agotada la
energía acumulada en las baterías, la carga crítica será permeable a
la incidencia. Al introducir en este sistema un nuevo generador,
esta situación de fallo total solo se producirá cuando fallen ambos
generadores, aumentando la robustez del consumo critico. De
funcionar ambas medidas de protección, el aporte energético de la
nueva rama que implementa el SAI/FV ahorra recursos en régimen de
emergencia, que por lo general suponen un mayor coste que la energía
habitual.
En una instalación que no disponga de grupo
electrógeno de emergencia, la implantación de un SAI/FV incorporará
un generador independiente de red que, con toda probabilidad, será
la única medida de seguridad de que se dote a la carga crítica. Los
centros de proceso de datos son un ejemplo claro de este tipo de
instalación: con anterioridad los SAI de este tipo de consumos se
diseñaban de manera que una vez acaecida la incidencia, el sistema
pudiese reaccionar salvaguardando sus datos antes de que la
incidencia fuese permeable a la carga crítica. Mediante la
composición de un SAI/FV los datos no solamente son salvaguardados,
sino que se pueden seguir utilizando los equipos informáticos
mientras el aporte, fuere de la naturaleza que fuere, siga
suministrando la energía necesaria.
4.- El punto de aporte (punto A) donde se vierte
la generación fotovoltaica, dota al SAI/FV de propiedades a la hora
de establecer el grado de protección de la carga crítica. La
problemática anteriormente tratada en lo referente que una
generación no controlada asuma un consumo, y el requisito del
equilibrio generación-consumo se solventó
anteriormente mediante la red o una batería de acumuladores
eléctricos.
Como requisito de diseño, la generación del
aporte se adecua al consumo de la carga crítica, y por lo general
cualquier conmutador del cuadro principal representa un consumo
mayor que el crítico por ser equivalentes al consumo de emergencia,
donde se incluye el critico. De manera que cuando el punto de la
instalación a la que se vierte la generación posee un consumo mucho
más elevado que la generación del aporte se induce al colapso, por
lo que el punto de vertido de esta generación ha de ser cualquier
conmutador de la instalación que diese servicio a una carga
aproximada equivalente a la potencia nominal de generación del
aporte. Sin embargo esta conexión no daría garantías de que la
potencia generada remontase el cuadro de conmutación intentando dar
servicio a un mayor número de cargas de las establecidas,
produciendo un desequilibrio que desabilitase el aporte. Esta
circunstancia viene provocada por la reacción de las protecciones
de la instalación, ya que cuando la compañía distribuidora deja a
la instalación en isla, ninguna de las protecciones propias de la
instalación ha actuado y todos los conmutadores de la instalación
siguen siendo permeables a intensidad. De verter en el cuadro de
conmutadores una intensidad bajo estas circunstancias, el consumo a
abastecer sería muy superior a la generación. La única situación de
emergencia que contraviene lo anteriormente reseñado es una
incidencia interna a la instalación que hace que ésta se desconecte
de red, lo que eléctricamente es equivalente a la anterior,
presentando el cuadro de conmutación la misma permeabilidad
eléctrica, a excepción del conmutador a cargo del consumo
responsable de la incidencia que se encontrará abierto.
El punto de aporte posee una protección contra el
remonte de la intensidad hacia el cuadro de conmutación, protección
que viene impuesta por el rectificador cuyos componentes no
permiten más que una dirección en el flujo de potencia. De esta
forma se evita que el consumo a abastecer por el aporte pueda ser
mayor que el de la carga crítica. Los acumuladores de la rama
principal del SAI/FV dotan además al equilibrio
generación-consumo de un volumen
5.- El generador fotovoltaico puede regular de
manera muy lenta y en un porcentaje muy bajo su generación, al
igual que la tensión de los acumuladores que decrece lentamente
conforme se van descargando. El hecho de que la caída de tensión en
el punto A (V_{A}) sea tan paulatina ofrece una buena referencia
para los elementos que controlan sus producciones realimentado esta
tensión en sus reguladores, como por ejemplo en el caso de:
a) Tensión de salida del rectificador de la rama
principal del SAI/FV.
b) Tensión de salida de la generación del
aporte.
c) Tensión de entrada al inversor de la rama
principal del SAI/FV.
Aplicando la característica de variación
paulatina de la magnitud de referencia a los controles
anteriormente indicados, simplificamos sus disposiciones y
aumentamos la precisión y fiabilidad del funcionamiento en conjunto
como SAI/FV.
El SAI/FV puede ser instalado de forma integral o
ser adaptado conforme a los elementos ya presentes en la
instalación. Partiendo de una instalación concreta, se establecen
las dimensiones del SAI conforme a los siguientes criterios:
- Potencia nominal a la cual es permeable.
- Tiempo de autonomía a intensidad nominal
La instalación de un SAI/FV añade criterios de
diseño a los ya establecidos:
- El régimen de consumo de la carga crítica.
- Un análisis de las incidencias a las que se ve
sometida la instalación.
En base a los criterios anteriormente expuestos,
se dan múltiples variantes de SAI/FV. En la presente memoria se
referenciarán las diferentes soluciones a las restricciones que se
presentan en una instalación especifica, y conforme a las
soluciones de estas restricciones aparecerán los diferentes modelos
de SAI/FV.
La diferencia fundamental radica en la añadidura
de otra rama en paralelo a la principal, por la que atraviese la
mayor parte de la potencia y evitar así que las perdidas de
transformación de la energía afecten a todo el volumen de potencia
que requiere la carga crítica.
La rama que se añade a los SAI de gran potencia
esta compuesta por un transformador, de relación de transformación
1:1, que conduce el flujo de potencia a través de él, debido al
hecho de que se dota a esta rama de una impedancia que no posee su
paralela. Esta medida se justifica en determinadas instalaciones,
ya que esta medida también acarrea pérdidas e incrementa el coste de
mantenimiento.
Disponiendo fundamentalmente de dos distintos SAI
en el mercado y dos modos de explotación para cada uno de ellos, se
determinan cuatro configuraciones de explotación. Todas las
configuraciones reaccionan en régimen de falta de suministro por
parte de la red como se describió con anterioridad.
Esta disposición es la que menos inversión
requiere, así como relés de protección u otros elementos de
control. Económicamente es la más asequible de disponer ya del SAI,
pues solo requiere del campo colector y una fuente conmutada en
caso de no conseguir adecuar la tensión de generación a la tensión
en las bornas de los acumuladores (punto de aporte). La amortización
del capital desembolsado se fundamenta en el incremento de la
eficiencia de la rama principal del SAI/FV (fenómeno de la
constricción del flujo rectificado) y en el ahorro de una energía
que se deja de comprar en acometida a la compañía
distribuidora.
La limitación que determina la evolución hacia la
siguiente disposición se fundamenta en que la generación
fotovoltaica no puede superar nunca el consumo de la carga crítica
más la energía de mantenimiento del nivel de flotación de los
acumuladores, en el caso de que éste último fenómeno transitorio de
recarga de baterías se estableciese durante ese instante. Si hubiese
excedente de energía fotovoltaica, el control del generador
fotovoltaico modificaría las condiciones de explotación alejándolo
del punto de máxima eficiencia. Esta situación se produce cuando el
flujo de red es anulado por completo y la irradiancia solar
permitirá que el flujo fotovoltaico continúe creciendo por encima
de la energía requerida por la carga crítica y el mantenimiento de
los acumuladores eléctricos.
Esta limitación se puede solventarse mediante
diferentes actuaciones, lo que equivale a limitar el crecimiento
del flujo fotovoltaico, o dotándolo de una vía de escape:
a) Diversificación de paneles: Se ajusta
la generación de los paneles, a la potencia que normalmente
requiere la carga, para desaprovechar la menor energía posible. Si
la potencia fotovoltaica a instalar supera la carga crítica, se
pueden distribuir los paneles en diferentes SAI. Esto es posible ya
que este tipo de SAI/FV no requiere de inversor ni baterías, por lo
que el campo colector lo podemos subdividir en cuantas unidades se
requieran. En caso de afrontar un régimen de explotación en
acometida-exterior y topar con esta misma
limitación, se podría adoptar la diversificación de paneles
preparando los conjuntos generadores conforme a las magnitudes de
entrada de un solo inversor que evacuase la potencia generada por
todos a la acometida de venta.
b) Rama en paralelo: Esta solución implica
convertir el esquema de un SAI de pequeña o media potencia en uno
de gran potencia, sin por ello aumentar la potencia a la que la
rama principal del SAI/FV es permeable ya que los elementos de la
rama original no han sido modificados conforme a este incremento.
Con esta medida se gana margen de generación, pero sigue estando
limitada la generación a la potencia que el inversor es capaz de
rizar. Sin la rama paralelo, la generación ha de estar siempre en
equilibrio con la demandada por la carga. Cuando la incorporamos,
los excedentes pueden abastecer otras cargas de la instalación.
El transformador realiza la función de
direccionador de flujo, de manera que la primera en ser abastecida
es la carga crítica. De esta manera el inversor trabajará cerca de
la potencia nominal, donde produce menos perdidas. El flujo
rectificado esta completamente anulado, de manera que no interfiere.
Se pudiera incluso abrir el conmutador que conecta la rama
principal con la acometida. Las baterías del SAI/FV dotan al
sistema de tiempo para adecuarse a la generación fotovoltaica, y si
la irradiancia cayese por debajo del límite de extinción de flujo
las baterías asumirían la carga mientras la rama principal vuelve a
ser permeable.
En caso de adoptar esta medida y afrontar una
incidencia que dejase la acometida sin tensión, la intensidad
fotovoltaica encontraría un circuito por el que acceder al cuadro
de conmutación y producir un colapso que afectase a la generación
fotovoltaica. A tal efecto se deben diseñar medidas de protección
que aíslen esta vía de colapso y las propiedades del punto de aporte
permiten que si la protección tiene una actuación rápida ni la
carga critica ni el generador fotovoltaico se vean afectados y
puedan regular su generación. Con posterioridad y atendiendo a
estos excedentes energéticos, podría maniobrarse el cuadro de
conmutación de manera que la vía de evacuación de los excedentes
energéticos alimenten a una carga de emergencia menor de la que
induzca al colapso, permitiendo las propiedades de estabilidad del
punto de aporte estas maniobras con cierta facilidad sin derivar en
incidencia o en un
colapso.
colapso.
c) Inversor de excedentes: La adición de
un inversor incrementaría el desembolso hasta los niveles de un
régimen de explotación en acometida exterior, por lo que la
adopción de este esquema es económicamente improbable, pero pudiera
considerarse bajo ciertas restricciones constructivas de la
instalación. Si la potencia que adquiere el inversor de excedentes
se vierte en la rama en paralelo, el transformador reconducirá el
flujo, añadiendo así otra limitación como es la capacidad máxima
del transformador. Si se vertiese este flujo en cualquier otro
punto de la instalación, se presenta el impedimento de diseñar una
unidad de control que divida el flujo fotovoltaico en dos, siendo el
de la carga crítica prioritario. La primera medida de corrección es
perfectamente combinable con las dos siguientes, haciendo del
SAI/FV una medida factible en la practica totalidad de las
instalaciones.
Esta configuración se contiene en el apartado
anterior. Si se dispone de este tipo de SAI, se dispone de mayor
margen de diseño sin coste añadido. La inversión se fundamentarla
en el coste del campo colector y una serie de protecciones que
adecuasen el funcionamiento como SAI/FV.
El esquema de este modo de funcionamiento
introduce un mayor número de elementos en el montaje debido a que
tiene que cumplir con los requisitos energéticos de la acometida de
venta, como lo son las tensiones (inversores de venta) y elementos
de control por parte de la compañía, amén de los del punto de
aporte (VA), pudiendo introducir fuentes conmutadas para un régimen
de funcionamiento que no es el de diseño (siendo el de diseño la
venta de la energía a la compañía distribuidora). Aun incrementando
la complejidad y la inversión inicial en la constitución del
SAI/FV, este régimen de explotación, cuyas limitaciones y medidas
paliativas han sido descritas con anterioridad, puede amortizarse
con mayor presteza que una explotación en acometida interior ya que
las vías de reintegro de la inversión se fundamentan en la venta de
energía renovable.
Pudiera darse el caso de instalaciones que además
dispusiesen de varios generadores renovables; bajo esta premisa los
regímenes de explotación se multiplican al poder emplear, por
ejemplo, la generación fotovoltaica en
acometida-interior y la eólica en
acometida-exterior.
Estas y otras cualidades y ventajas de la
invención podrán ser fácilmente evidentes, para todos aquellos
expertos en el arte, durante el transcurso de la pormenorización
que prosigue, la cual ha sido realizada con relación a los dibujos
que se acompañan y en los que se muestran diferentes esquemas de
realizaciones actualmente preferidas dispositivo de la invención, de
entre otros posibles, que se dan con carácter eminentemente
ilustrativo y en ningún caso limitativo, y en donde:
La Fig. 1 presenta la configuración elemental del
SAI/FV.
la Fig. 2 presenta un esquema sobre la
constricción del flujo rectificado conforme a las especificaciones
citadas anteriormente.
La Fig. 3 presenta un SAI/FV preparado para ser
explotado en régimen de acometida exterior.
La Fig. 4 presenta un nuevo generador en
continua, además del fotovoltaico en
acometida-exterior de la figura 3.
La Fig. 5 presenta una simultaneidad de
explotación de ambos generadores en continua, vertiendo la
generación de ambos al aporte.
La Fig. 6 presenta una doble fuente conmutada
como elemento añadido frente a la figura 5.
La Fig. 7 implementa un generador alterno, fuere
aleatorio o controlado, y las variaciones a las figuras anteriores
para integrarlo en el esquema de montaje.
La Fig. 8 representa un caso particular de
generador alterno aleatorio al aporte, es decir, un generador
eólico. Si bien este caso no dota de fiabilidad al aporte, dota a
la instalación de una nueva fuente de ingresos al ser explotado
este generador en régimen de acometida-exterior.
La Fig. 9 representa un esquema que diferencia
los SAI de pequeña y media potencia de los de gran potencia.
La Fig. 10 es un esquema ilustrativo referente a
la técnica de diversificación de paneles fotovoltaicos para salvar
las limitaciones de la instalación; y
La Fig. 11 representa un esquema direccionador de
flujos como el representado en la figura 2, donde además de la
implementación de la rama en paralelo del SAI/FV de gran potencia,
se presentan excedentes energéticos en el aporte.
En la Fig. 1, la nomenclatura utilizada el la
siguiente:
- El punto de conexión o acometida de la
instalación a RED viene representado bajo este último titulo. Se
representa como W_{0} al material de medida de potencia instalado
por parte de la compañía distribuidora y que registra el consumo
energético de la instalación.
- La instalación presenta diferentes tipos de
consumos y no todos son susceptibles de ser considerados carga
crítica. Aquellos consumos secundarios permeables a las incidencias
de acometida vienen representados en la figura como OTROS
CONSUMOS.
- La potencia instantánea requerida por la carga
crítica en acometida viene representada en forma de intensidad como
I_{c}.
- El rectificador, REC, que transforma la
naturaleza de la energía de alterna (servida en acometida) a
continua (acumuladores eléctricos) también puede presentar
múltiples variantes en función de las magnitudes de entrada y
salida. Este rectificador puede ser trifásico, o monofásico,
magnitud que se establece en función del consumo de la instalación
y de la propia carga crítica.
- La tensión de salida, V_{A} (tensión en el
punto A, punto de aporte), es una magnitud de diseño que se
determina en función del tipo de apilamiento de los elementos
singulares que componen el acumulador eléctrico, ACUM. Los cuatro
elementos que vierten o absorben potencia del punto A, han de ser
controlados para que adecuen sus tensiones de salida o entrada,
según el caso, a la tensión que presenta V_{A}.
- La potencia representada por la intensidad de
salida del rectificador, I_{Rec}, difiere con respecto a la de
entrada de este mismo elemento, I_{c}. En el cálculo de la
potencia de entrada, P_{c}, intervienen la tensión V_{c} y la
intensidad en el nudo I_{c}, la aplicación numérica de estos
parámetros dependerá del carácter de la instalación.
- El inversor, identificado como INV. y cuya
función es rizar de nuevo la potencia para poder ser consumida por
la carga crítica, también introduce pérdidas. De la misma forma que
el rectificador, este elemento ha de ser controlado conforme a la
tensión V_{A}, habiéndose contemplado esta circunstancia en el
funcionamiento del SAI como elemento exclusivo y por tanto el
inversor esta preparado para dicha circunstancia. La referencia a
partes unitarias como medida de las pérdidas de potencia en el
rectificador es también aplicable al inversor, en la misma medida y
bajo las mismas circunstancias conforme al funcionamiento. En la
aplicación numérica que determina los valores específicos en cuanto
a pérdidas del inversor y rendimiento del mismo, se requiere la
especificación del consumo de la carga crítica I_{cc} y su
carácter trifásico o monofásico y con tal motivo se ha parametrizado
esta característica conforme a la potencia consumida por la carga
critica P_{cc}.
(4)Pérdidas_{inv.} = V_{A} .
I_{Inv} -
P_{cc}.
\newpage
- La energía almacenada en los acumuladores
eléctricos también introduce pérdidas de potencia al tener que
mantener la tensión de flotación nominal de los acumuladores, este
consumo se representa conforme a la intensidad I_{b}. El consumo
de esta potencia no tiene carácter permanente sino que se establece
transitoriamente cuando V_{A} cae por debajo de una tensión de
recarga estipulada. Atendiendo unidades de energía como kWh, el
mantenimiento de la tensión del punto A representa un consumo de
energía muy inferior al de los elementos inversores y
rectificadores.
- GF define al generador fotovoltaico que ha sido
representado conforme a su equivalente Norton (fuente de intensidad,
I_{N}, y resistencia en paralelo, R_{N}). La potencia
introducida en el sistema por el campo colector se representa como
I_{F} atendiendo al sistema de representación adoptado conforme a
partes unitarias.
- Bajo la denominación FC se representa una
fuente conmutada. Este elemento puede ser implementado en el
esquema de montaje o no, dependiendo su presencia del régimen de
explotación conforme a las reseñas contenidas en el texto anterior.
La intensidad de salida de este elemento se representada conforme a
I_{F}', que en esta figura coincide con la intensidad inyectada al
nudo A por el generador fotovoltaico I_{A}, pudiendo en otras
disposiciones encontrarse compuesta por diferentes
intensidades.
La figura 2 se compone de dos ilustraciones
esquemáticas que aclaran el fenómeno de la constricción del flujo
del rectificador y las pérdidas de potencia asociadas a este
proceso:
- REC sigue representando un rectificador
cualquiera que sea de las magnitudes nominales que definen el
aparato. Esquemáticamente se ha representado conforme a un
tiristor, debido a que los rectificadores controlados contienen
éstos componentes. Atendiendo al mismo criterio, el inversor INV.
se ha denotado por un elemento transistor.
- El campo colector se representa conforme a un
panel inclinado conectado a una fuente conmutada, FC. Las
especificaciones de la figura 1 son aplicables a los elementos que
componen esta ilustración. A continuación se representan los mismos
elementos gráficos a los que se les han sustituido las conexiones
por flujos eléctricos. Esta figura hace referencia a la ecuación 3
de la presente memoria descriptiva.
- En una disposición con aporte exclusivamente
fotovoltaico se ha de diseñar el flujo aportado conforme a los
requerimientos de la carga crítica más las perdidas del inversor,
de manera que se extinga el flujo del rectificador y las pérdidas
asociadas al mismo. De tratarse de una configuración donde el flujo
aportado se compone de la suma de generadores de diferentes
naturaleza (controlados y/o aleatorios), el flujo aportado puede
ser controlado instantáneamente de manera que se extinga por
completo el flujo del rectificador.
La figura 3 muestra en detalle el esquema de
implementación práctica de una explotación del SAI/FV en régimen de
acometida-exterior. Los requisitos de conexión y
venta de energía fotovoltaica a la red modifican el esquema
reflejado en la figura 1, introduciendo elementos nuevos al esquema
de montaje:
- La principal diferencia de este montaje es que
se incorpora un nuevo inversor, INV_{2}. La función de este
ultimo elemento es dotar a la energía fotovoltaica que se pretende
vender de las características referidas por la legislación a este
tipo de transacción energética. En ocasiones puede que las
magnitudes de tensión en la acometida de venta V_{D} no coincidan
con las de la acometida principal de la instalación V_{C} y se
deba construir o utilizar otra acometida especifica para la venta
de esta energía. La añadidura de un nuevo inversor incrementa el
desembolso inicial para la constitución de un SAI/FV, sin embargo
también se incrementan los ingresos al disponer de una fuente de
ingresos por venta de esta misma energía.
- En este modelo de explotación la fuente
conmutada introducida en la figura 1, FC, toma relevancia y por lo
general presencia, ya que el generador fotovoltaico se diseña de
manera que sea eficiente de cara a la venta de energía. Este hecho
puede obligar a que la tensión de entrada al INV_{2}, V_{F},
sea diferente a la de V_{A}, y con objeto de equiparar ambas
tensiones se introduce la fuente conmutada FC. En caso de que el
inversor de venta se pueda adecuar a la tensión V_{A}, el
generador fotovoltaico se diseña conforme a esta tensión para el
aprovechamiento energético en la instalación y su venta, salvando
la implementación de esta fuente conmutada que reduce la eficiencia
del SAI/FV.
- El conmutador C_{1} es el responsable de que
la energía sea vendida a la red o vertida al interior de la
instalación. Si el SAI/FV se explota en régimen de
acometida-exterior, el conmutador se establece en la
posición de venta de energía y solamente conmuta en caso de
incidencia. El diseño de este elemento dependerá de la tensión VF y
de la potencia fotovoltaica nominal de generación, salvando
transitorios saltos bruscos de conmutación.
- La legislación vigente en cada país donde
pudiera implementarse un SAI/FV puede subvencionar la venta de
energía renovable, pudiendo considerarse la generación fotovoltaica
de la innovación bajo esta distinción. A tal efecto, las compañías
distribuidoras disponen de un vatímetro que cuantifique la energía
vendida W_{1}, siendo diferente del que refleja la energía
consumida por la instalación W_{0}. Con referencia a este hecho,
la facturación de la compañía distribuidora se modifica:
(5)Pago =
\text{Energía}_{consumida} . Precio_{E.consumida} -
\text{Energía}_{Generada} .
Precio_{E.Renovabe}
En caso de obtener un pago menor que cero, esta
Fórmula refleja un ingreso por parte de la instalación a cargo de
la compañía distribuidora. Dado que el precio de la energía
generada puede estar subvencionada por ser renovable, la compañía
distribuidora ha de asegurar que no se le vende energía renovable
sin serlo, pudiendo introducir elementos de control dentro de
nuestro esquema de montaje del SAI/FV para asegurar dicha
circunstancia. Con tal motivo se implementa el elemento A en el
esquema, que ha de ser precintado por la compañía y cuya naturaleza
depende de ésta ultima. La naturaleza de este elemento puede
establecerse conforme a:
a) Un vatímetro que determine el flujo de
potencia desde las bornas de batería hasta el INV_{2}.
b) Una protección de intensidad positiva que
desconecte el generador en caso de detectarse un flujo de potencia
en el sentido incorrecto.
c) Diodos que impidan el sentido incorrecto del
flujo energético.
d) Un conmutador integrado en C_{1} que solo
permita el vertido de la energía a la instalación en caso de perder
la tensión en ambas acometidas.
- En la presente figura, la intensidad de salida
del INV_{2} se ha representado conforme a I_{F}'' y mediante el
sistema de representación en partes unitarias, y en donde la
diferencia conforme la intensidad de entrada I_{F} cuantifica las
pérdidas en dicho elemento.
- Se considera como rama principal del SAI/FV al
conjunto REC, ACUM e INV_{1}. Siendo la potencia aportada I_{A}
exclusivamente fotovoltaica al igual que en la figura 1.
En la figura 4 un nuevo generador en corriente
continua, GC1, representado mediante su equivalente Thévenin,
fuente de tensión U_{TH} en serie con la resistencia equivalente
R_{TH}. Este generador puede ser controlado o aleatorio, sin
embargo vierte junto con el generador Fotovoltaico de la Figura 3
su generación de manera exclusiva al aporte de la rama principal del
SAI/FV. Esto implica que:
a) El GF en acometida-exterior o
inoperante, pudiendo verter o no el GC1 su generación al aporte.
(6)I_{F}'' \geq 0
\rightarrow I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GC1}
b) El GF vierte su generación al aporte,
encontrándose de esta Forma el GC1
inoperante.
(7)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}'' = 0} I_{GC1} = 0 \rightarrow I_{A} =
I_{F}
La figura 4 implica además que el rango de
tensiones de entrada a la FC ha de comprender las tensiones de
salida de ambos generadores. El elemento A de protección puede ser
integrado en ambos conmutadores C_{1} ó C_{2} de manera que se
le asegure a la compañía distribuidora que la energía de venta es
totalmente renovable. La disposición específica del segundo
conmutador dependerá, como en el primero, de la naturaleza del
generador CG1.
Como en disposiciones anteriores, la presencia o
ausencia de la fuente coranutada FC dependerá de que los
generadores adecuen su tensión de salida a la establecida en bornas
de los acumuladores de la rama principal del SAI/FV, V_{A}.
La figura 5 añade a la anterior la posibilidad de
que ambos generadores viertan su potencia instantánea al aporte.
Requiere de una mayor elaboración en el diseño, ya que ambas
tensiones de salida han de ser las mismas, y no tendrían porque
coincidir con V_{A} en caso de implementar la fuente conmutada.
El mejor de todos los diseños, en la mayoría de los casos
infactible, elimina incluso el montaje de la fuente conmutada.
Conforme a esta disposición, el generador en
corriente continua GC1 puede ser controlado o no,
independientemente del hecho de que el conmutador C2 ha de estar
preparado para proteger a la instalación de los transitorios de
conmutación de dicho generador. Esto implica que:
a) Encontrándose el GF en
acometida-exterior o inoperante, el GC1 puede
verter o no su generación al aporte.
(8)I_{F}'' \geq 0
\rightarrow I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GC1}
b) Si el GF vierte su generación al aporte, el
GC1 puede sumar su generación al aporte o permanecer
inoperante.
(9)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}'' = 0} I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} = I_{F} +
I_{GC1}
La figura 6 muestra el esquema de la figura 5 con
una fuente conmutada añadida, FC_{2}. Este elemento introduce
pérdidas en el sistema entre su intensidad de entrada, IGC1, y la
de salida al aporte, IGC1'. Dado que en multitud de instalaciones
las particularidades de los métodos de generación impiden servir la
energía a la tensión de baterías de la rama principal del SAI/FV, se
introduce una fuente conmutada que adecue estas características. Es
un elemento que resta eficiencia, pero dota al sistema de una mayor
libertad a la hora de introducir un generador controlado en
corriente continua que pueda servir a la tensión que fuere, ya que
posteriormente se adapta a V_{A} mediante FC_{2}.
Esta figura está sujeta a las mismas
apreciaciones que las anteriores, en cuanto a designaciones y
regímenes de explotación:
a) Con el GF en
acometida-exterior o inoperante, el GC1 puede verter
o no su generación al aporte.
(10)I_{F}'' \geq 0
\xrightarrow{I_{F}'' = 0} I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} = I_{F} +
I_{CG1}'
b) Cuando el GF vierte su generación al aporte,
el GC1 puede sumar su generación al aporte o permanecer
inoperante.
(11)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} = I_{F}' +
I_{GC1}'
El conmutador C_{2} introduce un régimen de
adición de la energía generada por GC1 a la fotovoltaica y dicho
conmutador también puede ser sustituido por uno de exclusión que
permita el vertido al aporte de uno solo de los generadores. Con lo
que las ecuaciones de funcionamiento se modificarían:
a) Con el GF en
acometida-exterior o inoperante, el GC1 puede verter
o no su generación al aporte.
(12)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GC1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GC1}'
b) Cuando el GF vierte su generación al aporte,
el GC1 permanece
inoperante.
(13)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GC1} = 0 \rightarrow I_{A} =
I_{F}'
La Figura 7 introduce un generador alterno, ya
sea aleatorio o controlado, dependiendo de las exigencias de la
carga critica. Este aporte alterno restringe las posibilidades en
cuanto al ahorro de una segunda fuente conmutada FC_{2}, que en
este caso ha de ser un rectificador. Si con los generadores en
continua se podría ahorrar la fuente conmutada, con un buen diseño
de explotación, en este caso el diseño impone la necesidad de una
fuente conmutada. La eficiencia de sistemas de generación alterna
al aporte se reduce, pero se aumenta la fiabilidad ya que la gran
mayoría de generadores controlados funcionan en régimen
alterno.
Este sistema es el adecuado en caso de instalar
un pequeño grupo electrógeno que reitere al principal que abastece
a la carga de emergencia, abasteciendo a la carga criticar solo en
caso de que el principal fallase. En este caso se aprovechan las
ventajas anteriormente expuestas conforme al punto de aporte que
evitan que la potencia vertida remonte al cuadro de conmutadores, y
a cambio se asumen las pérdidas del rectificador FC_{2}. La
conexión de máquinas eléctricas con partes móviles y gran inercia,
como lo es un grupo electrógeno, a cualquier rama de consumo
introduce posibilidad de fallo en dicha rama. Este es el motivo de
que no se conecten grupos electrógenos directamente a la carga
crítica y se filtren a través de unos acumuladores, además de que
introducirían discontinuidades en la alimentación, y a las que la
carga crítica seria permeable. El punto de aporte es idóneo para
conexión de un grupo electrógeno crítico que respalde al de
emergencia. Se establecen las siguientes formas de
funcionamiento:
a) Cuando el GF en
acometida-exterior o inoperante, el GAl puede verter
o no su generación al aporte.
(14)I_{F}'' \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GA1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GA1}'
c) Cuando el GF vierte su generación al aporte,
el GA1 puede sumar su generación al aporte o permanecer
inoperante.
(15)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GA1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GA1}'
El conmutado C_{2} introduce un régimen de
adición de la energía generada por GA1 a la fotovoltaica y dicho
conmutador también puede ser sustituido por uno de exclusión que
permita el vertido al aporte de uno solo de los generadores. Con lo
que las ecuaciones de funcionamiento se modificarían:
a) Con el GF en
acometida-exterior o inoperante, el GA1 puede verter
o no su generación al aporte.
(16)I_{F}'' \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GA1} \geq 0 \rightarrow I_{A} =
I_{GA1}'
b) Cuando el GF vierte su generación al aporte,
el GAl permanece
inoperante.
(17)I_{F} \geq 0
\xrightarrow{I_{F}''=0} I_{GA1} = 0 \rightarrow I_{A} =
I_{F}'
La figura 8 representa un caso especifico que
justifica la inserción de una nueva rama de venta de energía
renovable compuesta por:
a) un vatímetro de venta W_{2} de la energía
producida por el generador eólico GE.
b) Un rectificador, REC_{2}, dispuesto para el
caso de querer verter la energía eólica al aporte.
Medidas de control por parte de la compañía de
que la energía vendida como eólica es exclusivamente producida por
GE. Estas medidas vienen representadas por A_{2} y A_{3}, y
dependiendo de la naturaleza de los elementos que implemente la
compañía distribuidora se verán representados por uno o por otro.
Las consideraciones referentes a estos elementos ya se han citado
anteriormente.
d) Un conmutador, C_{3} que regula el régimen
de explotación del GE.
Este es el otro caso particular, a parte del
referido en el punto anterior donde se asumían las perdidas a favor
de una mayor fiabilidad y robustez del sistema de emergencia de la
carga crítica, y por el que ahora se asumen las pérdidas del
segundo rectificador en favor de un beneficio económico por venta
de la energía eólica producida.
Conforme se introducen generadores controlados,
el sistema adquiere una mayor inmunidad ante cualquier incidencia
en la acometida y fallo del grupo electrógeno de emergencia. Sin
embargo introduce automatismos que estiman la energía que se ha de
añadir al aporte para cubrir la demanda o completar la generación
del campo colector y/u otros generadores no controlados. Las
características del punto de aporte con referencia a su estabilidad
en tensión facilitan la tarea de control sobre la producción
energética instantánea que es requerida.
La figura 9 representa esquemáticamente las ramas
que componen y clasifican los diferentes tipos de SAI/FV. Un SAI de
pequeña o mediana potencia se compone exclusivamente de lo que se
ha denominado en este documento la rama principal del mismo,
compuesta por rectificador, acumuladores e inversor a la carga
critica. Un SAI de gran potencia añade una rama en paralelo
compuesta por un transformador y un conmutador que conecta dicha
rama, la misma distinción de potencia se aplica a los SAI/FV. En el
mismo diagrama y bajo la designación G, se ha querido representar
el grupo electrógeno de emergencia.
La figura 10 representa el método de
diversificación del campo colector que salva la restricción de
potencia máxima a tratar por el inversor de la rama principal del
SAI/FV. Esta solución se adopta cuando la potencia de diseño del
campo colector total a introducir en una instalación sobrepasa la
potencia que es capaz de rizar un solo inversor, por lo que el
campo colector se fragmenta en volúmenes energéticos que pueden ser
tratados por separado por diferentes inversores.
El total del campo colector puede ser explotado
en acometida-exterior por un solo inversor de venta
y adecuar, mediante las correspondientes fuentes conmutadas, la
generación de cada uno de los conjuntos a la tensión del aporte
correspondiente durante el régimen de incidencia.
Por último, la figura 11 representa otro diagrama
direccionador de flujo, donde el flujo rectificado ha sido
completamente anulado y el flujo del aporte ha superado el consumo
de la carga crítica sin llegar a la potencia nominal del inversor
de la rama principal. En una explotación en
acometida-interior hay que tener cuidado con el
remonte de la intensidad del aporte a través de la rama en
paralelo hacia el cuadro principal de conmutación y el posible
colapso inducido por esta conexión eléctrica, a tal efecto ya se
describieron las medidas de protección anteriormente. De
encontrarse el aporte en una explotación en
acometida-exterior, el intervalo de conexión a la
instalación adecua los consumos presentes durante la incidencia
para evitar el colapso de la potencia del aporte.
Ciertos cambios, modificaciones, alteraciones,
sustituciones o variaciones podrán ser añadidos a los modos de
realización descritos, ya que el detalle de lo que antecede se da
única y exclusivamente con carácter ilustrativo y en ningún caso
limitativo. Se pretende que todos estos cambios y otros que pudiesen
ocurrírseles a personas versadas en el arte, quede comprendidos
dentro de la presente invención, siempre y cuando no sea superado
el espíritu y alcance más amplio de las reivindicaciones
siguientes.
Claims (6)
1. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, adecuado como protección e incremento de
eficiencia energética del abastecimiento de su carga crítica,
caracterizado por encontrarse constituido por:
un rectificador;
un acumulador energético en corriente continua
dispuesto sobre las bornas y del cual se vierte un aporte
energético, de naturaleza variada, que reduce o elimina el flujo
rectificado y las pérdidas asociadas a la rectificación del
mismo;
un inversor, adecuado para rizar de nuevo el
flujo energético para alimentar la carga critica con carácter
alterno;
siendo la naturaleza energética del aporte, en
régimen alterno o continuo y en flujo controlado o aleatorio,
dependiendo del tipo de generador o generadores conectados al
aporte, y condicionando la eficiencia del dispositivo; y pudiendo
los generadores conectados al aporte introducir elementos de
inserción y control de la potencia vertida al aporte como:
una fuente conmutada que adecue la tensión de
salida del generador en continua, ya fuere controlado o aleatorio,
a la tensión continua del aporte;
un rectificador que adecue la tensión de salida
del generador en alterna, ya fuere controlado o aleatorio, a la
tensión continua del aporte; o
dispositivos adicionadores o excluyentes de los
flujos de potencia de los generadores conectados al aporte, así
como los elementos de medida y adecuación de la generación de cada
uno en función de las necesidades de la carga crítica y conforme a
las propiedades del punto de aporte.
2. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, de conformidad con la reivindicación anterior,
en donde el flujo del aporte contiene un generador aleatorio o
controlado que vende su producción como energía renovable a la red
de abastecimiento, introduciendo este régimen de explotación en
acometida-exterior los elementos:
un dispositivo inversor conforme a venta en
régimen alterno de la energía renovable producida en continua; un
dispositivo de adecuación de la tensión de salida del generador en
continua a la tensión del aporte, debido a que un régimen de
explotación en acometida exterior establece como habitual el
vertido del generador conforme al inversor de venta, que no tiene
porque ser equivalente a la del aporte;
uno o una pluralidad de dispositivos de control
sobre la energía vendida en acometida, instalados y mantenidos por
parte de la compañía distribuidora; y
dispositivos de conmutación que permitan la
reconducción de la generación hacia el aporte interior de la
innovación durante un régimen de incidencia.
3. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2,
en donde se añaden o sustituye generadores en continua por alternos
con opción a venta en acometida, como una variante del descrito en
la reivindicación 2, en la forma de:
un dispositivo de rectificación del generador
alterrio para el vertido de su producción a la tensión del aporte
durante un régimen de incidencia;
dispositivos de control de la producción de venta
alterna en acometida conforme a los esquemas específicos de la
innovación, pudiendo ser integrados o conformados en conmutadores,
vatímetros, protecciones u otras soluciones.
4. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, de conformidad con las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza por fragmentar el campo
colector total en segmentos asumibles por diferentes unidades de
sistema conformadas en la instalación objeto de implantación;
siendo que dicho campo colector total pudiera ser explotado en
acometida-exterior conforme a un único inversor de
venta, lo que implicaría la inserción de fuentes conmutadas que
adecuasen las tensiones de salida de cada fragmento del campo
colector a sus correspondientes SAI/FV, en caso de ser
necesarias;
contemplándose asimismo los generadores alternos
que pudieran ser instalados de forma fragmentada y explotados en
régimen de acometida-exterior por estar su
producción energética sujeta a algún tipo de beneficio en caso de
venta a la red de distribución, y atendiendo a lo cual se aplican
las modificaciones contenidas en la reivindicación anterior.
5. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, de conformidad con las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza por la implementación de una
rama en paralelo compuesta por un transformador de relación 1:1 y
un conmutador. En caso de disponer la instalación de esta segunda
rama con anterioridad a la instalación del aporte, la innovación se
conforma mediante la instalación del aporte que aumenta la
eficiencia de la disposición anterior. Conforme a la disposición de
rama en paralelo y atendiendo a las características específicas de
constricción del flujo rectificado y propiedades del punto de
aporte, esta disposición permite el vertido de la energía
suministrada al aporte a otras cargas que no sean la crítica. Este
hecho implica que otras cargas no críticas puedan ser abastecidas
durante un régimen de emergencia, pero también introduce una posible
fuente de incidencias internas a la instalación que son previstas y
solventadas mediante la instalación de protecciones
convencionales.
6. Un Sistema de alimentación ininterrumpida con
aporte fotovoltaico, de conformidad con las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza por su capacidad de
fragmentar la potencia renovable contenida en el aporte y verter
parte de su producción al punto de aporte, mientras la potencia
restante puede ser vendida en régimen de
acometida-exterior.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200300735A ES2229887A1 (es) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico. |
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ES200300735A ES2229887A1 (es) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2229887A1 true ES2229887A1 (es) | 2005-04-16 |
Family
ID=34610320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200300735A Withdrawn ES2229887A1 (es) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico. |
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Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2229887A1 (es) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4232516A1 (de) * | 1992-09-22 | 1993-03-04 | Hans Peter Beck | Autonomes modulares energieversorgungssystem fuer inselnetze |
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2003
- 2003-03-28 ES ES200300735A patent/ES2229887A1/es not_active Withdrawn
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