ES2337216T3 - Central electrica solar. - Google Patents

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Abstract

Central eléctrica solar (1) con una pluralidad de módulos fotovoltaicos (2) para la generación de energía a suministrar a una red de alimentación de energía polifásica, estando una pluralidad de cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c), asignadas a diferentes fases (L1, L2, L3), conectadas al primario de un transformador principal (4) y existiendo, como mínimo, un inversor ondulador (5) para la conversión de la tensión continua generada por los módulos fotovoltaicos (2) en una tensión alterna de conformidad con la red, así como el transformador principal (4) está dotado de un conductor neutro (N) y una conexión a tierra, caracterizada porque entre el conductor neutro (N) y tierra (PE) está insertada una fuente de tensión continua adicional (6), de modo tal que el potencial de las cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c) es desplazado y está regulada una tensión de polarización diferente de cero voltios.

Description

Central eléctrica solar.
La invención se refiere a una central eléctrica solar con una pluralidad de módulos fotovoltaicos para la generación de una energía a suministrar a una red de alimentación de energía polifásica, estando una pluralidad de cadenas fotovoltaicas, asignadas a diferentes fases, conectadas al primario de un transformador principal y existiendo, como mínimo, un inversor ondulador para la conversión de la tensión continua generada por los módulos fotovoltaicos en una tensión alterna de conformidad con la red, así como el transformador principal está dotado de un conductor neutro y una conexión a tierra o solamente una conexión a tierra.
Las grandes instalaciones solares, denominadas centrales eléctricas solares, se componen de una pluralidad de módulos solares o módulos fotovoltaicos e inversores onduladores. Los módulos fotovoltaicas que actúan como generadores son conectados en serie o en paralelo en así denominadas cadenas. Los inversores onduladores son conectados de modo tal que suministran a través de un transformador principal común a la red de alimentación de energía.
En principio, pueden usarse inversores onduladores monofásicos o polifásicos. Principalmente, se usan inversores onduladores trifásicos.
Es conocido disponer inversores onduladores de manera tal que se alimenta cada fase de un transformador principal polifásico. Consecuentemente, para cada fase existe, como mínimo, un inversor ondulador. Los inversores onduladores son conectados por medio de interruptores, en particular contactores, a las fases o conductores L1, L2, L3 y, consecuentemente, al primario del transformador. En el primario, los arrollamientos del transformador están conectados en estrella. El punto medio está conectado al conductor neutro "N". El conductor neutro "N" se conecta a tierra (PE). Los arrollamientos del secundario están conectados, preferentemente, en triángulo.
Si se usa un inversor ondulador polifásico, concretamente un inversor ondulador trifásico, las salidas del inversor ondulador son conectadas a los conductores L1, L2, L3 por medio de contactores.
Algunos módulos fotovoltaicos, concretamente módulos de película delgada, deben operarse de modo tal que no puedan presentarse en sus células una determinada orientación de las intensidades de campo. De otro modo, debe contarse con un daño prematuro de estos módulos, que puede conducir a una reducción de la vida útil.
Una solución conocida consiste en poner a tierra una conexión del generador fotovoltaico. De este modo, las células de los módulos pueden aceptar exclusivamente tensiones de una polaridad a tierra.
Sin embargo, la puesta a tierra de los módulos condiciona el uso de inversores onduladores de desconexión galvánica o bien inversores onduladores sin transformador de determinadas topologías. Para poder alimentar la red, ambos tipos de inversores onduladores deben generar internamente una polaridad faltante de la tensión de entrada. Ello produce una disminución de la eficiencia de conversión de estos inversores onduladores.
Contrariamente, otra solución se conoce por el documento DE 20 2006 008 936 U1. Esta consiste en aplicar determinado potencial a una conexión de módulo. O sea, existe un dispositivo mediante el que la conexión negativa de un módulo es subido a un potencial positivo. De este modo, se intenta aumentar la vida útil de los módulos. La ventaja de este dispositivo es que pueden usarse inversores onduladores de diferente topología.
En una instalación solar grande con muchos generadores fotovoltaicos e inversores onduladores deberían montarse, sin embargo, un gran número de estos dispositivos, lo que, sin embargo, es caro.
Es el objetivo de la invención perfeccionar una central eléctrica solar del tipo mencionado, de modo que sea posible un aumento de la vida útil de los módulos fotovoltaicos, particularmente en el caso de módulos de película delgada, siendo posible un grado de eficiencia de conversión con costes de conexionado reducidos.
De conformidad con una variante, este objetivo es conseguido porque entre el conductor neutro y tierra está insertada una fuente de tensión continua adicional de modo tal, que el potencial de las cadenas fotovoltaicas es desplazado y está regulada una tensión de polarización diferente de cero voltios.
De conformidad con otra variante, entre una de las fases y tierra está dispuesta una fuente de tensión continua adicional de modo tal, que el potencial de las cadenas fotovoltaicas es desplazado y una tensión de polarización es regulada diferente de cero voltios.
Las soluciones de conformidad con la invención tienen la ventaja de que no es posible una orientación de la intensidad de campo perjudicial y, de este modo, se impide un daño de los módulos.
La particular ventaja de la invención consiste en poder usar generadores fotovoltaicos que deben operarse puestos a tierra. La disposición de circuito de conformidad con la invención puede usarse, además, con todas las topologías de inversores onduladores en grandes instalaciones que requieren un transformador principal propio. Consecuentemente, no se necesita usar inversores onduladores especiales.
De conformidad con la invención resulta una instalación solar con, como mínimo, un transformador principal, estando insertado entre el conductor neutro (N) y tierra (PE) una fuente de tensión continua adicional, de modo que el potencial de una conexión de la cadena fotovoltaica es ajustada a un potencial diferente de cero voltios o mayor que cero voltios. Sin embargo, dicho potencial también puede ser una tensión negativa. Consecuentemente, el valor de la tensión debe ser diferente de cero voltios. En nivel y polaridad, la tensión de polarización se ajusta al potencial deseado de la cadena fotovoltaica.
Mediante la invención se soluciona, además, el problema de la puesta a tierra, concretamente sin que sea necesario usar un inversor ondulador de desconexión galvánica o un inversor ondulador sin transformador de una determinada topología de circuito.
Usando una disposición de inversor ondulador trifásico sin la implementación de un conductor neutro, puede insertarse la fuente de tensión continua entre una de las tres fases L1, L2, L3 y PE.
Usando una disposición de inversor ondulador trifásico con la implementación de un conductor neutro, la fuente de tensión continua es conectada entre el conductor neutro y PE. El punto medio del transformador está conectado con un conductor neutro. También aquí, el transformador principal es un transformador polifásico.
La invención es definida mediante una central eléctrica solar con las características técnicas de las reivindicaciones 1 y 2 independientes.
Otras configuraciones ventajosas de la invención deben derivadas de las reivindicaciones secundarias.
En un perfeccionamiento ventajoso del accionamiento de conformidad con la invención está dispuesta la conexión de un dispositivo de monitoreo de corriente de la fuente de tensión continua adicional, para la detección de defectos a tierra. Ello permite el monitoreo adicional de defectos a tierra o aislamientos defectuosos con costes reducidos en términos de conexionado, concretamente porque el mismo circuito de intensidad que conduce al PE puede ser usado tanto para un aumento de potencial como para medir la corriente.
Mediante una apropiada tensión de polarización del punto medio de red puede conseguirse una tensión de polarización unipolar de todas las células fotovoltaicas del generador, también cuando suministran a través de un inversor ondulador sin transformador. El uso de inversores onduladores sin transformador altamente eficientes en instalaciones fotovoltaicas de gran capacidad es, de este modo, también posible en caso de usar módulos fotovoltaicos sensibles, como módulos de película delgada o módulos de células amorfas. Por consiguiente, es muy ventajoso cuando los módulos fotovoltaicos están realizados como módulos de película delgada y cada inversor ondulador está realizado como inversor ondulador sin transformador.
En otra realización preferente de la invención, para cada fase se usa un inversor ondulador. Con una gran capacidad de la central eléctrica es ventajoso el uso de varios inversores onduladores. Frecuentemente, los inversores onduladores monofásicos no presentan una desconexión galvánica. Los inversores onduladores están dispuestos de modo que es alimentada cada fase del transformador polifásico. Consecuentemente, para cada fase existe, como mínimo, un inversor ondulador. Estos inversores onduladores pueden estar conectados fácilmente con el conductor N o PE, de modo que, en particular en inversores onduladores sin desconexión galvánica, no es necesaria una puesta a tierra adicional del módulo, porque los módulos están puestos a tierra a través de los inversores onduladores.
Cuando se encuentra conectado un transformador principal adicional existente fuera de la carcasa del inversor ondulador, en circuitos de conexión entre inversor ondulador y transformador principal puede conectarse, entonces, un interruptor multipolar o múltiples interruptores. Mediante un control de los interruptores puede interrumpirse el flujo de corriente en el caso, por ejemplo, de un defecto a tierra u otro acontecimiento. Ventajosamente, cada inversor ondulador está conectado, de este modo, con el transformador a través de interruptores, en particular de un contactor.
Debe distinguirse si la disposición de inversores onduladores presenta del lado de salida un conductor neutro o no. Si no existe un conductor neutro se usa en el primario, preferentemente, un transformador sin conductor neutro conectado en triángulo. Consecuentemente, un primario del transformador está conectado en estrella, estando un punto medio del transformador conectado con un conductor neutro o bien, alternativamente, un primario del transformador está conectado en triángulo, estando el transformador realizado sin conductor neutro. Preferentemente, los arrollamientos de un secundario del transformador siempre están conectados en triángulo.
Un modelo de fabricación es explicado en detalle mediante los dibujos, estando descritos otros perfeccionamientos ventajosos de la invención y las ventajas de los mismos.
Muestran:
La figura 1, una representación de una primera forma de realización de una central eléctrica solar de conformidad con la invención, y
la figura 2, una representación de una segunda forma de realización de la central eléctrica solar de conformidad con la invención.
La figura 1 muestra una primera forma de realización de una central eléctrica solar 1. La central eléctrica solar comprende una pluralidad de módulos fotovoltaicos 2, en particular módulos de película delgada, para la generación de energía a suministrar a una red de alimentación de energía trifásica NE. Múltiples cadenas fotovoltaicas 3a, 3b, 3c asignadas a diferentes fases están conectadas con un primario de un transformador principal 4. Además, existen múltiples inversores onduladores 5, en particular inversores onduladores sin transformador, para la conversión de la tensión continua generada por los módulos fotovoltaicos en una tensión alterna de red de conformidad con la red. Pueden incluir convertidores elevadores/reductores, un montaje en puente, un control de amplitud de impulsos y/o un ajuste del MPP. El transformador principal 4 está dotado de un conductor neutro N y una conexión a tierra PE.
Los tres inversores onduladores monofásicos 5 están dispuestos de modo tal que se alimenta cada fase del transformador trifásico. Consecuentemente, para cada fase existe como mínimo, un inversor ondulador 5.
De conformidad con la invención, entre una de las fases L1, L2 y L3 y tierra PE está insertada una fuente de tensión continua adicional 6, de modo que el potencial de las cadenas fotovoltaicas 3a, 3b, 3c es desplazado y regulada una tensión de polarización mayor que cero voltios o bien diferente de cero voltios. Mediante una apropiada tensión de polarización del punto medio de red puede conseguirse una tensión de polarización unipolar de todas las células fotovoltaicas, concretamente también cuando se usa un inversor ondulador sin transformador.
Preferentemente, en el circuito de intensidad de la fuente de tensión continua está conectado un dispositivo de monitoreo de corriente para la detección de defectos a tierra. De este modo, en un caso de fallo de aislamiento o un defecto a tierra, el contactor 7 puede ser activado para interrumpir la conexión de corriente entre los inversores onduladores 5 y el transformador principal 4. También es posible una desconexión entre la red NE y el transformador 4. O sea, cada inversor ondulador 5 está conectado mediante interruptores con el transformador 4.
En dicha variante, uno de los primarios del transformador está conectado en estrella, estando un punto medio del transformador 4 conectado con el conductor neutro N.
También es posible otra variante, en la que el transformador es realizado sin conductor neutro N, como puede verse en la figura 2. En este caso, uno de los primarios del transformador está conectado en triángulo. De conformidad con la invención, entre una de las fases o conductores L1, L2 y L3 y tierra PE está insertada la fuente de tensión continua adicional, de modo tal que el potencial de las cadenas fotovoltaicas es desplazado y está regulada una tensión de polarización mayor que cero voltios.
En ambas variantes, los arrollamientos del secundario del transformador 4 están conectados en triángulo. También es posible el uso de un inversor ondulador trifásico, en el que sus salidas WR están conectadas con los conductores L1, L2, L3 mediante interruptores o uno o más contactores.
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Lista de referencias
1
central eléctrica solar
2
módulo fotovoltaico
3a, 3b, 3c
cadenas fotovoltaicas
4
transformador principal
5
inversor ondulador
6
fuente de tensión continua
7
contactor
L1, L2, L3
conductores
PE
tierra
N
conductor neutro
NE
red

Claims (11)

1. Central eléctrica solar (1) con una pluralidad de módulos fotovoltaicos (2) para la generación de energía a suministrar a una red de alimentación de energía polifásica, estando una pluralidad de cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c), asignadas a diferentes fases (L1, L2, L3), conectadas al primario de un transformador principal (4) y existiendo, como mínimo, un inversor ondulador (5) para la conversión de la tensión continua generada por los módulos fotovoltaicos (2) en una tensión alterna de conformidad con la red, así como el transformador principal (4) está dotado de un conductor neutro (N) y una conexión a tierra, caracterizada porque entre el conductor neutro (N) y tierra (PE) está insertada una fuente de tensión continua adicional (6), de modo tal que el potencial de las cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c) es desplazado y está regulada una tensión de polarización diferente de cero voltios.
2. Central eléctrica solar con una pluralidad de módulos fotovoltaicos (2) para la generación de energía a suministrar a una red de alimentación de energía polifásica, estando una pluralidad de cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c), asignadas a diferentes fases (L1, L2, L3), conectadas al primario de un transformador principal (4) y existiendo, como mínimo, un inversor ondulador (5) para la conversión de la tensión continua generada por los módulos fotovoltaicos (2) en una tensión alterna de conformidad con la red, así como el transformador principal (4) está dotado de una conexión a tierra (PE), caracterizada porque entre una de las fases (L1, L2, L3) y tierra (PE) está insertada una fuente de tensión continua adicional (6), de modo tal que el potencial de las cadenas fotovoltaicas (3a, 3b, 3c) es desplazado y está regulada una tensión de polarización diferente de cero voltios.
3. Central eléctrica solar, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está conectado un dispositivo de monitoreo de corriente de la fuente de tensión continua adicional (6), para la detección de defectos a tierra.
4. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los módulos fotovoltaicos (2) están realizados como módulos de película delgada.
5. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada inversor ondulador (5) está realizado como inversor ondulador sin transformador.
6. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque para cada fase se usa un inversor ondulador (5).
7. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada inversor ondulador (5) está conectado con el transformador (4) mediante interruptores.
8. Central eléctrica solar, según la reivindicación 7, caracterizada porque como interruptor se usa, como mínimo, un contactor (7).
9. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque un primario del transformador (4) está conectado en estrella, estando un punto medio del transformador (4) conectado con un conductor neutro (N).
10. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque un primario del transformador (4) está conectado en triángulo, estando el transformador (4) realizado sin conductor neutro (N).
11. Central eléctrica solar, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los arrollamientos de un secundario del transformador (4) están conectados en triángulo.
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