ES2229887A1 - Sistemas de alimentacion ininterrumpida con aporte fotovoltaico. - Google Patents

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.

Objeto de la invención

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.

I) Pequeña o media potencia en régimen de acometida-interior

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.

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.

II) Gran potencia en régimen de acometida-interior

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.

III y IV) Pequeña, mediana y gran potencia en régimen de acometida-exterior

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:

Descripción de los dibujos

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.

Realización preferente de la invención

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}.

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- 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.