ES2307944T3 - Sistema generador. - Google Patents
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Abstract
Un sistema (1) generador de energía que comprende un generador (2) de energía que genera energía de corriente continua, en el que dicho generador (2) de energía comprende una pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía cada uno de los cuales comprende una pluralidad de unidades (30) generadoras de energía; y comprende buses positivo/negativo (6, 7); una pluralidad de primeros medios de conmutación (S11a-17a) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus positivo (6); una pluralidad de segundos medios de conmutación (S11b-17b) para conectar/desconectar electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde electrodos negativos (60) de los módulos (21- 28) generadores de energía contiguos a un lado, y una pluralidad de terceros medios de conmutación (S1-S7) para conectar/desconectar electrodos negativos (60) de la pluralidad de módulos (21-28) generadores de energía a/desde el bus negativo (7); caracterizado porque dicho sistema (1) generador de energía comprende además un circuito inversor (3) para convertir la energía de corriente continua generada por el generador (2) de energía en energía de corriente alterna, estando los buses positivo/negativo conectados a un lado de entrada de dicho circuito inversor (3); en el que dichas unidades (30) generadoras de energía son cada una granular y comprenden un electrodo positivo y negativo (35, 36; 41, 42; 48, 49) en lados opuestos de la unidad (30); dicha pluralidad de unidades (30) de generación de energía de dichos módulos (21-28) generadores de energía están alineadas en una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una conexión serie-paralelo; cada módulo (21-28) generador de energía comprende al menos un medio de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) conectado en paralelo con una fila de las unidades (30) generadoras de energía del módulo (21-28); y dicho generador (2) de energía y dicho circuito inversor (3) están incorporados para ser un panel generador común.
Description
Sistema generador.
El presente invento se refiere a un sistema
generador de energía eléctrica que genera energía de corriente
alterna mediante un circuito inversor a partir de energía de
corriente continua generada a partir de baterías solares o celdas
de combustible. Más particularmente, el invento se refiere a un
mecanismo conmutador perfeccionado para conmutar la tensión de
energía de corriente continua en múltiples pasos, y a la prestación
de almacenamiento eléctrico y generación de energía.
Gracias a la reciente disminución gradual en el
coste de producción de baterías solares usadas en los sistemas
generadores eléctricos solares, muchos consumidores utilizan
sistemas generadores eléctricos solares domésticos, aunque muchos
de los sistemas generadores eléctricos solares domésticos son
sistemas del tipo de cooperación conectados a un sistema de
corriente alterna monofásica comercial suministrada a áreas
residenciales. La batería solar de los sistemas generadores
eléctricos de energía solar domésticos está conectada en
serie-paralelo a varias docenas de módulos
generadores de energía con una pequeña salida en kilovatios. Los
sistemas de generación eléctrica solar del tipo de cooperación
requieren la conversión de la energía de corriente continua a
energía de corriente alterna mediante un circuito inversor que ha
de ser usado para sistemas de corriente alterna monofásica.
El sistema generador eléctrico solar conocido
públicamente mostrado en la Fig. 24 es un sistema típico del tipo
de cooperación que controla un circuito inversor por el método PWM y
que tiene una batería solar 100 en la que una pluralidad de las
subunidades de una pluralidad de módulos generadores de energía
conectados en serie están conectadas en paralelo, el circuito
inversor 101 y el dispositivo de control 102 que controla el
circuito inversor 101 por conmutación. El dispositivo de control 102
está provisto con un dispositivo 103 de detección de tensión que
detecta la tensión estándar del sistema de corriente alterna, un
amplificador 104 que amplifica la tensión detectada, un generador
105 de onda triangular y una parte 106 de control de PWM. Como se
ha mostrado en la Fig. 24, la parte 106 de control de PWM controla
los elementos de conmutación del circuito inversor 101 basado en
ondas sinusoidales 107 de la tensión de mando de acuerdo con la
tensión estándar mostrada en la fig. 25 y portadoras 108 generadas
en el generador triangular 105, y luego realiza la salida al
sistema de corriente alterna después de convertir a energía de
corriente alterna de onda sinusoidal por la generación de una
tensión 109 de corriente alterna de onda cuadrada, como se ha
mostrado en la Fig. 25, y el aplanamiento de la tensión 109 de
corriente alterna de onda cuadrada a través de un circuito de
filtrado.
Sin embargo, con relación a la tecnología que
controla el circuito inversor usando el método PWM anterior, hay un
problema de que aproximadamente sólo el 90% de la salida de la
batería solar es utilizada como la salida de la batería solar, y
necesita ser interrumpida intermitentemente para convertirla a
energía de corriente alterna. Además, debido a la generación de
componentes armónicos procedentes de la frecuente conmutación de
los elementos conmutadores en el circuito inversor y a la impedancia
del sistema de corriente alterna, necesita preverse un medio de
filtrado grande o un medio de eliminación de interferencias
electromagnéticas para absorber los componentes armónicos. Además,
hay otro problema al tener una gran pérdida en dispositivos de
energía, tales como un circuito inversor y elementos de conmutación
debido al gran número de frecuencias de conmutación que implican
cambios de tensión
significativos.
significativos.
En contraste, hay otra propuesta para un sistema
de generación eléctrico solar que utiliza un sistema de conmutación
de baterías cambiando el nivel de tensión de salida en múltiples
pasos mediante la conmutación del número de baterías solares de una
pluralidad de baterías solares para proporcionar la salida. En este
sistema de generación de energía, como se ha mostrado en la Fig.
26, por ejemplo, hay previstos cuatro conjuntos de baterías solares
110 capaces de generar 10 V, 20 V, 40 V y 80 V de energía de
corriente continua y solamente un conmutador S1 de los conmutadores
S1, S2, S3 y S4 está conectado a la salida de energía de corriente
continua de 10 V y la tensión de energía de corriente continua
puede ser aumentada/disminuida de modo escalonado en incrementos de
10 V para conmutar a 20 V, 30 V, ... 140 V y 150 V combinando los
conmutadores que han de ser conectados. La energía de corriente
continua es emitida al sistema de corriente alterna después de ser
convertida a energía de corriente alterna como se ha mostrado en la
Fig. 27(A) y (B) a través de un circuito inversor 111. En
este sistema de generación eléctrica solar que utiliza un sistema
de conmutación de baterías, en comparación con el sistema de
generación de energía previamente descrito en la Fig. 24, se mitigan
los problemas asociados con las ondas armónicas, o la interferencia
de campo electromagnético. Sin embargo existe el problema de que la
tasa de utilización resulta significativamente menor ya que la
totalidad de las cuatro baterías solares son usadas solamente
durante un corto tiempo para generar una tensión de pico y una o una
pluralidad de baterías solares están en la etapa en vacío la mayor
parte del tiempo.
Cuando cualquiera de los cuatro conjuntos de
baterías solares 110 está bloqueado por edificios y similares y
solamente resulta disponible parcialmente la luz del sol, la energía
que ha de ser generada desde la batería solar 110 bloqueada es
disminuida significativamente para reducir la tensión de salida que
influye en la salida normal de energía de corriente alterna.
Además, hay otro problema de que la tensión de corriente continua
no es generada desde ninguno de los cuatro conjuntos de las baterías
solares 110 durante las noches cuando no hay disponible luz del
sol, por ello, el tiempo de generación de energía por la batería
solar 110 está limitado para afectar a la prestación de generación
de energía por el sistema de generación de energía.
\newpage
En los últimos años, el desarrollo de un sistema
de generación de energía que utiliza un sistema de celda de
combustible ha avanzado y se espera que sea gradualmente puesto en
uso práctico en el próximo futuro como un sistema de generación de
energía doméstico.
La celda de combustible está compuesta de celdas
únicas o individuales de múltiples capas y está configurada para
emitir energía de corriente continua conectando un número de celdas
únicas en paralelo. Desde cada celda única se generan
aproximadamente 0,6-0,7 V de energía de corriente
continua, y existe el mismo problema que en el sistema generador
eléctrico solar en el modo en que utiliza la tecnología para
proporcionar energía de corriente continua generada desde un
sistema generador de energía a un sistema de corriente alterna
teniendo el sistema generador de energía que cooperar con un
sistema de corriente alterna monofásico doméstico.
El documento US 4.175.249 sobre el que está
basada la parte de caracterización previa de la reivindicación 1,
describe una disposición de celdas solares
auto-configurables en la que alguna de las celdas
son conmutadas de modo que puedan estar en serie o bien en
derivación dentro de la disposición.
El documento US 5.977.659 describe un aparato
inversor con un modo operativo en la operación de conexión con el
sistema de energía de corriente alterna de la red que puede ser
conmutado desde el modo de operación de conexión al modo de
operación de auto-soporte.
De acuerdo con un aspecto del presente invento,
se ha creado un sistema generador de energía que comprende un
generador de energía que genera energía de corriente continua,
en el que dicho generador de energía comprende
una pluralidad de módulos generadores de energía cada uno de los
cuales comprende una pluralidad de unidades generadoras de energía;
y comprende
buses positivo/negativo;
una pluralidad de primeros medios de conmutación
para conectar/desconectar electrodos positivos de la pluralidad de
módulos generadores de energía a/desde el bus positivo;
una pluralidad de segundos medios de conmutación
para conectar/desconectar electrodos positivos de la pluralidad de
módulos generadores de energía a/desde electrodos negativos de los
módulos generadores de energía contiguos a un lado, y
una pluralidad de terceros medios de conmutación
para conectar/desconectar electrodos negativos de la pluralidad de
módulos generadores de energía a/desde el bus negativo;
caracterizado porque
dicho sistema generador de energía comprende
además un circuito inversor para convertir la corriente continua
generada por el generador de energía de corriente alterna estando
los buses positivo/negativo conectados a un lado de entrada de dicho
circuito inversor; en el que
dichas unidades generadoras de energía son cada
una granular y comprenden un electrodo positivo y negativo en lados
opuestos de la unidad;
dicha pluralidad de unidades de generación de
energía de dichos módulos generadores de energía están alineadas en
una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una
conexión serie-paralelo;
cada módulo generador de energía comprende al
menos un medio de almacenamiento eléctrico conectado en paralelo con
una fila de las unidades generadoras de energía del módulo; y
dicho generador de energía y dicho circuito
inversor están incorporados para ser un panel generador común.
Cada uno de la pluralidad de módulos generadores
de energía reciben luz solar para generar constantemente una
tensión especificada de energía de corriente continua y
simultáneamente, los medios de almacenamiento eléctrico conectados
en paralelo a cada una de la pluralidad de módulos generadores de
energía recibe constantemente una tensión especificada de energía
de corriente continua proporcionada desde el módulo generador de
energía para el almacenamiento eléctrico de energía de corriente
continua.
Cuando todos los primeros medios de comunicación
están conectados, todos los segundos medios de comunicación están
desconectados, y todos los terceros medios de comunicación están
conectados, y todos los módulos generadores de energía están
conectados en paralelo a los buses positivo/negativo y la tensión de
salida de corriente continua resulta la tensión mínima
V_{min}.
La pluralidad de los módulos generadores de
energía está dividida en una pluralidad de grupos y la pluralidad
de módulos generadores de energía en cada grupo está conectada en
serie con la pluralidad de segundos medios de conmutación mientras
conectan en paralelo a los buses positivo/negativo con los primeros
y terceros medios de conmutación. Cuando el número de módulos
generadores de energía conectados en serie es cambiado a dos, la
tensión de salida de corriente continua resulta 2 V_{min}, el
número de módulos generadores de energía es cambiado a cuatro, y la
tensión de salida de corriente continua resulta 4 V_{min}. Así, la
tensión de salida de corriente continua emitida desde el generador
de energía puede ser aumentada/disminuida en múltiples niveles.
Sin embargo, como se ha descrito antes, la
tensión de salida de corriente continua puede ser cambiada
escalonadamente conmutando simplemente los primeros, segundos y
terceros medios de conmutación mientras se utiliza efectivamente la
salida de todos los módulos generadores de energía. Sin dejar en
vacío los módulos generadores de energía, la tasa de utilización de
los módulos generadores de energía es totalmente mejorada.
Aunque la conmutación de la pluralidad de los
primeros, segundos y terceros medios de comunicación necesita ser
realizada, el cambio de tensión debido a la conmutación de los
medios de comunicación es pequeño, y por ello, se generan menos
ruido y ondas armónicas en comparación con el método PWM
tradicional. Esto permite simplificar la estructura de circuito
eléctrico disminuyendo la capacidad de filtro para absorción de
ruido y onda armónica o la interferencia de campo electromagnético.
Además, la frecuencia de conmutación de la pluralidad de primeros,
segundos y terceros medios de conmutación resulta menor en
comparación con el elemento de conmutación del circuito inversor
del sistema PWM, y pueden usarse pequeños elementos de conmutación
para la pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de
conmutación, lo que disminuye la pérdida de conmutación o el coste
de conmutación.
Ahora, cuando el módulo generador de energía es
un módulo generador de energía de batería solar, el diseño de
conexión de los primeros, segundos y terceros medios de conmutación
puede ser cambiado para ajustar la tensión de energía de corriente
continua producida desde el generador de energía de acuerdo con la
caída de tensión de salida del módulo generador de energía cuando
esta nublado, al amanecer o al atardecer, eliminando el uso de un
ondulador de refuerzo, que hace este sistema generador de energía
versátil y flexible. A continuación, como la facultad eléctrica es
tal que la energía de salida disminuye escalonadamente cuando la
tensión de salida es incrementada en múltiples niveles, mientras
que la corriente de salida aumenta en múltiples niveles cuando la
tensión de salida es disminuida escalonadamente, está diseñado
conmutando la pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de
conmutación, puede ser controlada para hacer funcionar el sistema
cuando el generador de energía está en un punto de máxima
energía.
Alternativamente, incluso cuando la facultad de
la tensión de salida de cualquiera de la pluralidad de módulos
generadores de energía de batería solar no es consistente o la
magnitud de energía generada es significativamente disminuida
cuando edificios y similares bloquean parcialmente el módulo
generador de energía de batería solar, los medios de almacenamiento
eléctrico conectados en paralelo a los módulos generadores de
energía que han disminuido la tensión de salida emiten una energía
de corriente continua de tensión especificada a los buses
positivo/negativo para compensar la caída de tensión de salida para
los módulos generador de energía, para nivelar la energía de salida
para mejorar la propiedad de tensión de corriente
continua-corriente de corriente continua de los
módulos generadores de energía. Además, incluso cuando la pluralidad
de módulos generadores de energía están generando la energía de
corriente continua como resulta por la noche y cuando no hay
disponible luz solar, una energía de corriente continua de tensión
especificada es producida a partir de los medios de almacenamiento
eléctrico en la etapa de almacenamiento eléctrico a los buses
positivo/negativo, de modo que la facultad de generación de energía
es significativamente mejorada sin limitar el tiempo de generación
de energía. Estas son las ventajas del sistema generador de energía
del presente invento.
Ahora, es posible adoptar las siguientes
distintas modificaciones.
(a) Cada uno de los primeros, segundos y
terceros medios de conmutación están individualmente comprendidos
de un elemento semiconductor de conmutación, que tiene un
dispositivo de control para conmutar la tensión de salida del
generador de energía escalonadamente, conmutando esta pluralidad de
primeros, segundos y terceros medios de conmutación.
(b) Una pluralidad de módulos generadores de
energía está dividida en una pluralidad de grupos y el dispositivo
de control conecta los módulos generadores de energía de cada grupo
en paralelo con los buses positivo/negativo por primeros y terceros
medios de conmutación mientras la pluralidad de los segundos medios
de conmutación conectan la pluralidad de módulos generadores de
energía de cada grupo en serie.
(c) Un circuito inversor comprende una
pluralidad de elementos semiconductores de conmutación, que son
controlados por el dispositivo de control.
(d) Un medio de detección de tensión que detecta
la tensión de un sistema de energía de corriente alterna al que
dicho sistema de generación de energía suministra la energía a él,
en el que el dispositivo de control controla los primeros, segundos
y terceros medios de conmutación y la pluralidad de elementos
semiconductores de conmutación del circuito inversor basado en las
señales de detección de los medios de detección de tensión.
(e) Cada una de las unidades de generación de
energía está compuesta por una celda solar formada de materiales
semiconductores granulares con una unión pn.
(f) Un generador de energía está comprendido de
una celda de combustible en capas con una pluralidad de celdas
únicas y la unidad de generación de energía está comprendida de las
celdas únicas.
(g) Un medio de almacenamiento eléctrico está
comprendido de un condensador eléctrico de doble capa.
(h) El medio de almacenamiento eléctrico está
comprendido de una batería secundaria.
\vskip1.000000\baselineskip
El presente invento será descrito a continuación
adicionalmente, a modo de ejemplo, sólo con referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 es un diagrama de circuito de un
sistema de generación de energía;
la Fig. 2, la Fig. 3 y la Fig. 4 son vistas en
sección transversal de unidades generadoras de energía;
la Fig. 5 es un diagrama de circuito de
transistor que muestra la configuración de conmutadores
S1-S7;
la Fig. 6 es un diagrama de circuito de
transistor que muestra la configuración de conmutadores
S11a-S17a y S11b-S17b;
la Fig. 7 es un diagrama de bloques de un
dispositivo de control del sistema generador de energía;
la Fig. 8 es un diagrama de circuito del sistema
de generación de energía en modo M1;
la Fig. 9 es un diagrama de circuito del sistema
de generación de energía en modo M2;
la Fig. 10 es un diagrama de circuito del
sistema de generación de energía en modo M4;
la Fig. 11 es un diagrama de circuito del
sistema de generación de energía en modo M8;
la Fig. 12 es un diagrama de la forma de onda de
tensión de la energía de corriente continua producida desde el
sistema generador de energía en la Fig. 1 y la forma de onda de
tensión de un sistema de corriente alterna monofásica a un nivel de
luz incidente elevado;
la Fig. 13 es un diagrama de la forma de onda de
tensión de la energía de corriente continua producida a partir del
sistema generador de energía en la Fig. 1 y la forma de onda de
tensión de un sistema de corriente alterna monofásico y a un nivel
de luz incidente bajo;
la Fig. 14 es una vista en planta de un sistema
de generación de energía empaquetado;
la Fig. 15 es una vista en sección transversal a
lo largo de la línea N-N de la Fig. 14;
la Fig. 16 es una vista en planta de un sustrato
de batería solar situado en el lado superior;
la Fig. 17 es una vista posterior de un sustrato
de componente eléctrico situado en el lado inferior;
la Fig. 18 es un diagrama de bloques del sistema
de generación de energía de acuerdo con una realización
modificada;
la Fig. 19 es un diagrama de circuito de los
módulos generadores de energía de la Fig. 18;
la Fig. 20 es una tabla que describe el modo de
generación de energía y la tensión de salida en el sistema
generador de energía de la Fig. 18;
la Fig. 21 es un diagrama de bloques del sistema
generador de energía provisto con dos conjuntos del sistema
generador de energía de la Fig. 18;
la Fig. 22 es una tabla que describe la tensión
de salida en el sistema generador de energía de la Fig. 21;
la Fig. 23 es un diagrama de una forma de onda
de tensión de la energía de corriente continua producida a partir
del sistema generador de energía y una forma de onda de tensión de
un sistema de corriente alterna monofásica;
la Fig. 24 es un diagrama de bloques del sistema
de generación de energía que utiliza el método PWM de la técnica
anterior;
la Fig. 25 es un diagrama de tiempos que muestra
la onda sinusoidal de tensión de mando, la portadora y la tensión
de corriente alterna de onda cuadrada en el método PWM en la Fig.
24;
la Fig. 26 es un diagrama de bloques del sistema
de generación de energía que utiliza el método de conmutación de
baterías de la técnica anterior;
la Fig. 27(A) es un diagrama de forma de
onda de tensión generada por el sistema de generación de energía de
la Fig. 26;
la Fig. 27(B) es una forma de onda de
energía generada por el sistema de generación de energía de la Fig.
26.
Una realización preferida para poner en práctica
un sistema generador de energía del presente invento será descrita
de aquí en adelante.
Como se ha mostrado en la Fig. 1 a la Fig. 7, el
sistema 1 generador de energía comprende un generador 2 de energía
que genera eléctricamente energía de corriente continua, un circuito
inversor 3 para convertir la energía de corriente continua generada
por el generador 2 de energía en energía de corriente alterna para
emitir al sistema de corriente alterna monofásica, un mecanismo de
conmutación Sm para conmutar la tensión de corriente continua del
generador 2 de energía en múltiples niveles, un dispositivo de
control 4 que controla estos mecanismos de conmutación Sm y
elementos de conmutación 51-54 del circuito inversor
3, y un detector 5 de tensión que entra al dispositivo de control 4
después de detectar la tensión del sistema de corriente alterna
monofásica.
Con objeto de simplicidad de las descripciones,
el generador 2 de energía de acuerdo con la presente realización
comprende 8 módulos 21-28 generadores de energía,
los condensadores eléctricos 29a de doble capa para almacenamiento
eléctrico cada uno de los cuales está conectado al electrodo
positivo 62 y el cable 59 de conexión en paralelo en el centro, y
condensadores eléctricos 29b de doble capa para almacenamiento
eléctrico, cada uno de los cuales está conectado al cable 59 de
conexión paralelo y el electrodo 60 negativo conectado en paralelo a
cada uno de los módulos 21-28 generadores de
energía. Éstos módulos 21-28 generadores de energía
están alineados con la misma dirección de la generación de energía
y cada uno de los módulos 21-28 generadores de
energía está comprendido de 10 unidades 30 generadoras de energía
que están alineadas en una matriz de 2X5 (2 filas; 5 columnas)
conectada en una conexión serie-paralelo.
Cada unidad 30 generadora de energía está, por
ejemplo, hecha de cualquier celda solar de los tres tipos de celdas
solares granulares 30A-30C mostradas en la Fig.
2-Fig. 4 y es capaz de generar, por ejemplo,
0,5-0,6 V de corriente continua a la recepción de
luz solar.
La celda solar 30A en la Fig. 2 está comprendida
de un semiconductor 31 esférico de tipo n de aproximadamente
1,5-3,0 mm de diámetro hecho de un silicio de tipo
n, una capa 32 de difusión de tipo p, una unión 33 pn, un aislante
34 de óxido de silicio y el electrodo positivo 35 y el electrodo
negativo 36 opuestos entre sí con el centro del semiconductor
esférico 31 en el medio. Además, este tipo de celda solar 30A está
ya descrita en el documento WO98/15983 por el autor del presente
invento. La celda solar 30B en la fig. 3 está comprendida de un
semiconductor esférico 37 del mismo tamaño que el anterior, la capa
de difusión 38 de tipo n, la unión 39 pn, el aislante 40 de óxido
de silicio y el electrodo positivo 41 y el electrodo negativo 42
opuestos entre sí con el centro del semiconductor esférico 37 en el
medio, y estando equipado el electrodo positivo 41 sobre la
superficie plana formada en la parte inferior del semiconductor
esférico 37 para distinguir el electrodo positivo 41 del electrodo
negativo 42. La celda solar 30C mostrada en la Fig. 4 está
comprendida de un semiconductor cilíndrico 43 de aproximadamente
1,5-3,0 mm de diámetro hecho de la silicio de tipo
p, la capa de difusión 44 de tipo n, la unión 45 pn, la capa de
difusión 46 de tipo p+, el aislante 47 de óxido de silicio y el
electrodo positivo 48 y el electrodo negativo 49 situados en ambos
bordes.
Sin embargo, las anteriores celdas solares
30A-30C son ilustrativas solamente y distintos
módulos generadores de energía con la función de generar
aproximadamente 1,0-10,0 V de corriente continua
(por ejemplo, una batería solar de un solo panel, una batería solar
de panel por combinación de una pluralidad de pequeñas baterías
solares de panel y celdas de combustible) son aplicables como un
módulo generador de energía. Además, distintas unidades de
generación de energía o partes de generación de energía que generan
relativamente energía de corriente continua de baja tensión (por
ejemplo, una o una pluralidad de partes de generación de energía o
partes funcionales de generación de energía contenidas en una
batería solar de un solo panel o batería solar de panel por
combinación de una pluralidad de peque-
ñas baterías solares de panel y celda de combustible) es aplicable como una unidad 30 de generación de energía.
ñas baterías solares de panel y celda de combustible) es aplicable como una unidad 30 de generación de energía.
Los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble
capa para almacenamiento eléctrico son menos contaminantes, tienen
un excelente comportamiento de carga-descarga y son
capaces de una capacidad de almacenamiento eléctrico relativamente
grande ya que utilizan carbón activado que hace contacto con un
electrolito como electrodos y almacenan de una manera similar a
condensadores cuando los electrolitos y el carbón activado están en
contacto para polarizar la interfaz como la tensión. En cada módulo
generador de energía, el condensador eléctrico 29a de doble capa
está conectado al electrodo positivo 62 y el cable 59 de conexión
paralela, así como conectado en paralelo a las cinco unidades
superiores 30 de generación de energía conectadas en paralelo.
Además, el condensador eléctrico 29b de doble capa está conectado
al cable 59 de conexión paralela y al electrodo negativo 60, así
como estando conectado en paralelo a las cinco unidades 30
inferiores de generación de energía conectadas en paralelo.
Por ello, los condensadores eléctricos 29a y 29b
de doble capa reciben energía de corriente continua generada por
una pluralidad de unidades 30 de generación de energía conectadas en
paralelo y almacenan energía de corriente continua de
almacenamiento constante. Sin embargo, cuando la cantidad de
generación de energía de una o una pluralidad de unidades 30 de
generación de energía es significativamente reducida, los
condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa producen una
energía de corriente continua de tensión especificada a los buses
positivo/negativo 6 y 7 para compensar la energía de salida
reducida.
El circuito inversor 3 es por ejemplo, un
circuito que conecta cuatro elementos conmutadores
51-54 IGBT de tipo de canal n en una forma de
puente, y diodos de reflujo 55-58 están conectados a
cada elemento de conmutación 51-54. Estos cuatro
elementos de conmutación 51-54 son controlados por
señales de control procedentes del dispositivo de control 4.
Haciendo conducir alternativamente elementos de
conmutación pareados 51 y 54 y elementos de conmutación pareados 53
y 52, la corriente alterna es emitida desde los terminales 8 y 9 al
sistema de corriente alterna monofásica.
A continuación se describirá el mecanismo de
conmutación Sm.
El bus positivo 6 y el bus negativo 7 están
conectados al lado de entrada del circuito inversor 3. El mecanismo
de conmutación Sm está situado entre el generador 2 de energía y el
circuito inversor 3 y conecta un número arbitrario de los ocho
módulos 21-28 generadores de energía en paralelo
para permitir, a cada uno de tal grupo de módulos generadores de
energía conectado en serie, conectar en paralelo al circuito
inversor 3 con el fin de conmutar escalonadamente la tensión de
salida de energía de corriente continua generada por el generador 2
de energía que ha de ser emitida al circuito inversor 3. El
mecanismo de conmutación Sm está comprendido de una pluralidad de
conmutadores S1-S7, S11a-S17a y
S11b-S17b. Los conmutadores S1-S7
son los conmutadores que conectan/desconectan cada uno de los
electrodos negativos 60 de los siete módulos 21-27
generadores de energía a/desde el bus negativo 7. Cada uno de los
conmutadores S1-S7 está comprendido, por ejemplo,
como se ha mostrado en la fig. 5, de un transistor bipolar 61 de
tipo npn que es hecho conducir o no por el dispositivo de control
4.
Los conmutadores S11a-S17a son
los conmutadores que conectan/desconectan cada uno de los electrodos
positivos 62 de los siete módulos 22-28 generadores
de energía a/desde el bus positivo 6. Los conmutadores
S11b-S17b son los conmutadores que
conectan/desconectan los electrodos positivos 62 de los siete
módulos 22-28 generadores de energía a/desde los
electrodos negativos 60 de los módulos 21-27
generadores de energía contiguos al lado del electrodo positivo 62.
Cada uno de los conmutadores S11a-S17a está
comprendido, por ejemplo, como se ha mostrado en la fig. 6, de un
transistor bipolar 63 de tipo npn hecho conducir o no por el
dispositivo de control 4, y los conmutadores
S11b-S17b están compuestos, por ejemplo, como se ha
mostrado en la Fig. 6, de un transistor bipolar 64 de tipo npn que
es hecho conducir o no por el dispositivo de control 4.
Sin embargo, cuando el transistor 63 es hecho
conducir, el transistor 64 deja de conducir, mientras que cuando el
transistor 64 es hecho conducir, el transistor 63 deja de conducir.
De este modo, el electrodo positivo 62 es conectado/desconectado al
bus positivo 6 por el transistor bipolar 63 y el electrodo positivo
62 de los módulos generadores de energía es conectado/desconectado
al bus negativo 7, contiguo al lado del electrodo positivo 62 por
el transistor bipolar 64.
Además, la pluralidad de transistores 63 como
conmutadores S11a-S17a corresponde a la pluralidad
de primeros medios de conmutación, la pluralidad de transistores 64
como conmutadores S11ba-S17b corresponde a la
pluralidad de segundos medios de conmutación y la pluralidad de
transistores 61 como conmutadores S1-S7 corresponde
a la pluralidad de terceros medios de conmutación. Además, los
transistores bipolares 61, 63 y 64 de tipo npn son solamente
ilustrativos, y cualesquiera elementos de conmutación capaces de
controlar la conducción o no de una manera similar puede ser
aplicado. Los elementos de conmutación 51-54 del
circuito inversor 3 son solamente ilustrativos, y otros elementos
de conmutación tales como MOSFET pueden ser aplicados.
A continuación, será descrito el dispositivo de
control 4.
Como se ha mostrado en la Fig. 7, el dispositivo
de control 4 está comprendido principalmente de un ordenador que
incluye CPU 65, ROM 66 y RAM 67 y una interfaz de entrada/salida 68,
y los conmutadores S1-S7, conmutadores
S11a-S17a y conmutadores S11b-S17b
están conectados de manera individual a la interfaz de
entrada/salida 68. El detector de tensión 5 que detecta la tensión
de corriente alterna de dicho sistema de corriente alterna
monofásica está previsto y las señales procedentes del detector de
tensión 5 son introducidas al dispositivo de control 4. La ROM 66
del dispositivo de control 4 preinstala el programa de control para
conmutar los conmutadores S1-S7, los conmutadores
S11a-S17a y los conmutadores
S11b-S17b basado en las señales de detección
procedentes del detector de tensión 5 que ha de ser descrito
posteriormente.
El dispositivo de control 4 controla por
conducción/no conducción los conmutadores S1-S7, los
conmutadores S11a-S17a y los conmutadores
S11b-S17b basado en el programa de control de la ROM
66 para conmutar la tensión de salida de la energía de corriente
continua del generador 2 de energía en múltiples niveles.
Como la tensión de generación de energía de cada
uno de los módulos 21-28 generadores de energía de
acuerdo con la presente realización es de aproximadamente
1,0-1,2 V, como se ha mostrado en la fig. 8, el
generador 2 de energía que genera energía recibiendo la luz solar
emite energía de corriente continua de aproximadamente
1,0-1,2 V cuando todos los módulos
21-28 generadores de energía están conectados a los
buses positivo/negativo 6 y 7 en paralelo cuando los conmutadores
S1-S7, S11a-S17a son conmutados
(Este estado es denominado un modo M1 de generación de
energía).
Como se ha mostrado en la Fig. 9, cuando los
conmutadores S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos
21-28 generadores de energía son divididos en cuatro
grupos cada uno de los cuales incluye dos módulos, y cada uno de
los dos módulos generadores de energía están conectados en serie
(Este estado es denominado el modo M2 de generación de energía), el
generador 2 de energía emite energía de corriente continua de
aproximadamente 2,0-2,4 V mientras los cuatro
grupos de módulos generadores de energía están conectados en
paralelo a los buses positivo/negativo 6 y 7.
Como se ha mostrado en la Fig. 10, cuando los
conmutadores S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos
21-28 generadores de energía son divididos en dos
grupos cada uno de los cuales incluye cuatro módulos, y cada uno de
los cuatro módulos generadores de energía están conectados en serie
(Este estado es denominado un modo M4 de generación de energía), el
generador 2 de energía emite energía de corriente continua de
aproximadamente 4,0-4,8 V mientras los dos grupos de
módulos generadores de energía están conectados en paralelo a los
buses positivo/negativo 6 y 7.
Como se ha mostrado en la Fig. 11, cuando los
conmutadores S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b son conmutados, los ocho módulos
21-28 generadores de energía están conectados en
serie (Este estado es denominado un modo M8 de generación de
energía), el generador 2 de energía emite energía de corriente
continua de aproximadamente 8,0-9,6 V. Sin embargo,
en cualquier estado del modo de generación de energía M1, M2, M4 o
M8 descrito antes, cada uno de los condensadores eléctricos 29a y
29b de doble capa almacena de manera constante la tensión de
energía de corriente continua para la misma magnitud de tensión de
generación de energía de las unidades 30 generadoras de energía
conectadas en paralelo (aproximadamente 0,5-0,6 V).
Especialmente, cuando el consumo de energía por el sistema de
corriente alterna monofásica es bajo, la energía de corriente
continua sin usar generada por las unidades 30 generadoras de
energía es puntualmente almacenada en los condensadores eléctricos
29a y 29b de doble capa para estar en estado de carga completa.
Ahora, cuando la luz incidente elevada sugiere
que la luz incidente por luz solar es abundante tal como durante
los días soleados, como se ha mostrado en la fig. 12, el dispositivo
de control conmuta los elementos de conmutación
51-54, conmutadores S1-S7,
S11a-S17a, S11b-S17b apropiadamente
para las formas de onda 70 de corriente alterna de la tensión de
corriente alterna del sistema de corriente alterna monofásico
detectado por el detector de tensión 5 (los espacios rayados
indican estado de "CONDUCCIÓN", mientras que los espacios
indican el estado de "NO CONDUCCIÓN"), y la energía de
corriente alterna de las formas de onda 71 de tensión, que cambian
en pasos o escalones como se ha mostrado con la línea continua, es
emitida desde los terminales de salida 8 y 9 del circuito inversor
3 al sistema de corriente alterna monofásica conmutando al modo M1
de generación de energía en el primer intervalo de tiempo t1, a
continuación al modo M2 de generación de energía en el siguiente
intervalo de tiempo t2 y al modo M4 de generación de energía en el
siguiente intervalo de tiempo t3 en pasos.
En contraste, cuando la luz incidente baja
sugiere que la luz incidente por luz solar está menos disponible
tal como durante los días nublados, mañanas o atardeceres, como se
ha mostrado en la fig. 13, el dispositivo de control 4 conmuta los
elementos de conmutación 51-54, conmutadores
S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b apropiadamente para las formas de onda 70
de corriente alterna de la tensión de corriente alterna del sistema
de corriente alterna monofásica detectada por el detector de
tensión 5 (espacios rayados indican estado de "CONDUCCIÓN",
mientras que los espacios indican estado de "NO CONDUCCIÓN"),
y la energía de corriente alterna de las formas de onda 72 de
tensión, que cambian en escalones como se ha mostrado con la línea
continua, es emitida de manera efectiva desde los terminales de
salida 8 y 9 del circuito inversor 3 al sistema de corriente alterna
monofásica incluso si la luz incidente está menos disponible,
conmutando al modo M1 de generación de energía en el primer
intervalo de tiempo t1, a continuación al modo M2 de generación de
energía en el siguiente intervalo de tiempo t2, al modo M4 de
generación de energía en el siguiente intervalo de tiempo t3, y al
modo M4 de generación de energía en el siguiente intervalo de
tiempo t4 en pasos o escalones.
En este instante, los intervalos de tiempo, t1,
t2, t3 y t4 como se ha mostrado en las figuras están programados
previamente en el ordenador para coincidir con la frecuencia del
sistema de corriente alterna monofásica para distinguir la luz
incidente elevada y la luz incidente baja y la tensión de salida es
conmutada en escalones conmutando los conmutadores
S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b de acuerdo con el nivel de luz incidente
basado en la tensión de detección del detector de tensión 5.
A continuación, cuando la tensión del sistema de
corriente alterna monofásica cambia de negativa a positiva, los
elementos de conmutación 51 y 54 son hechos conductores y los
elementos de conmutación 53 y 52 son hechos no conductores,
mientras que cuando la tensión del sistema de corriente alterna
monofásica cambia de positiva a negativa, los elementos de
conmutación 53 y 53 son hechos conductores y los elementos de
conmutación 51 y 54 son hechos no conductores.
Ahora, por ejemplo, cuando la facultad de
tensión de salida de todas o de una parte de las cinco unidades 30
generadoras de energía superiores conectadas en paralelo fuera de la
pluralidad de unidades 30 de generación de energía de los módulos
21 generadores de energía no es/son consistentes o la cantidad total
de energía generada desde estas cinco unidades 30 generadoras de
energía disminuye significativamente cuando edificios y similares
bloquean parcialmente las unidades 30 generadoras de energía para
hacer la tensión de salida menor que la tensión de almacenamiento
eléctrico almacenada en el condensador eléctrico 29a de doble capa,
el condensador eléctrico 29a de doble capa emite una energía de
corriente continua de tensión especificada a los buses
positivo/negativo para compensar la caída de tensión de salida,
para nivelar la energía de salida para mejorar la facultad de
tensión de corriente continua-intensidad de
corriente continua de los módulos 21 generadores de energía. Esto
se ha descrito para el caso de los módulos 21 generadores de
energía. Sin embargo, los otros módulos 22-28
generadores de energía funcionan de una manera puntual similar a
como lo hacen los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa
están equipados de manera similar.
Además, cuando la tensión de corriente continua
no es generada desde ninguno de la pluralidad de módulos
21-28 generadores de energía durante las noches
cuando no hay disponible luz solar, una energía de corriente
continua de tensión especificada almacenada en los condensadores
eléctricos 29a y 29b de doble capa es emitida a los buses
positivo/negativo 6 y 7, de manera que la facultad de generación de
energía por el generador 2 de energía es mejorada de manera
significativa sin limitar el tiempo de generación de energía.
Además, la capacidad de los condensadores eléctricos 29a y 29b de
doble capa será ajustada adecuadamente cuando sea necesario.
Como se ha descrito antes, el sistema 1
generador de energía es capaz de aumentar o disminuir la tensión de
salida de corriente continua producida escalonadamente desde el
sistema 1 generador de energía conmutando los conmutadores
S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b del mecanismo de conmutación Sm en
distintas combinaciones para corresponder al modo de generación de
energía.
Además, la tensión de salida de corriente
continua puede ser cambiada en múltiples niveles simplemente
conmutando los conmutadores S1-S7,
S11a-S17a, S11b-S17b mientras que
utiliza de manera efectiva las salidas de todos los módulos
21-28 generadores de energía. De este modo, sin
hacer funcionar en vacío los módulos 21-28
generadores de energía, la tasa de utilización de los módulos
21-28 generadores de energía es totalmente
mejorada.
Aunque la conmutación de la pluralidad de
conmutadores S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b necesita aún ser realizada, el cambio de
tensión antes y después de la conmutación es pequeño, y por ello,
son generados menos ruido y menos ondas armónicas. Esto permite
simplificar la estructura del circuito eléctrico unido internamente
disminuyendo la capacidad de filtro para la absorción de ruido y
ondas armónicas o interferencia de campo electromagnético. Además,
la frecuencia de conmutación de los conmutadores
S1-S7, S11a-S17a y
S11b-S17b resulta menor en comparación con el
elemento de conmutación del circuito inversor del sistema PWM, y
pueden usarse elementos de conmutación pequeños para conmutadores
S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b, que disminuyen la pérdida de conmutación
o el coste de conmutación.
Ahora, el diseño de conexión de los conmutadores
S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b puede ser cambiado para ajustar la
tensión de energía de corriente continua producida desde el
generador de energía de acuerdo con la caída de tensión de salida
de los módulos 21-28 generadores de energía cuando
está nublado, en la mañana o al atardecer, eliminando el uso de un
ondulador de refuerzo, que hace este sistema generador de energía
versátil y flexible. A continuación, ya que una facultad eléctrica
tal como la corriente de salida disminuye en escalones cuando la
tensión de salida es aumentada en escalones, mientras que la
corriente de salida aumenta en escalones cuando la tensión de
salida es disminuida en escalones, está diseñado conmutando los
conmutadores S1-S7, S11a-S17a,
S11b-S17b, puede ser controlado para hacer funcionar
el sistema cuando el generador 2 de energía está en un punto de
energía máximo.
Como el condensador eléctrico 29a de doble capa
y el condensador eléctrico 29b de doble capa están alineados para
conectar cada uno de los módulos 21-28 generadores
de energía en paralelo y cuando la facultad de tensión de salida de
algunas de las unidades 30 generadoras de energía no son
consistentes o la tensión de salida procedente de las unidades 30
generadoras de energía resulta menor que la tensión de
almacenamiento eléctrico almacenada eléctricamente en los
condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa cuando edificios y
similares bloquean parcialmente alguna de las unidades 30
generadoras de energía, los condensadores eléctricos 29a y 29b de
doble capa emiten una energía de corriente continua de tensión
especificada a los buses positivo/negativo 6 y 7 para compensar la
caída de tensión de salida, para nivelar la energía de salida
procedente del módulo 21-28 de generador de
energía. En este instante, como cada uno de los condensadores
eléctricos 29a y 29b de doble capa están conectados en paralelo a
la pluralidad de unidades 30 generadoras de energía, la sobretensión
anormal no afecta a cada una de las unidades 30 generadoras de
energía. Por ello, la fabricación compacta y de bajo coste del
sistema 1 generador de energía es conseguida ya que no es necesario
instalar diodos para impedir el flujo de retorno asociado con cada
una de las unidades 30 generadoras de energía.
Especialmente, cuando la energía eléctrica es
requerida en el sistema de corriente alterna monofásico cuando
ninguno de los módulos 21-28 generadores de energía
está generando energía tal como por la noche, la energía de
corriente continua almacenada en la pluralidad de condensadores
eléctricos 29a y 29b de doble capa es emitida a los buses
positivo/negativo 6 y 7, que resultan las condiciones de uso de
pérdida de energía limitadas para mejorar significativamente la
facultad de generación de energía por el generador 2 de energía.
El sistema 1 generador de energía tiene una
excelente versatilidad y flexibilidad ya que la frecuencia de
energía producida desde el circuito inversor 3 puede ser modificada
controlando el dispositivo de control 4. La explicación anterior
está descrita a continuación usando el ejemplo de cuando la energía
de corriente alterna es emitida controlando la tensión, y puede ser
diseñada para emitir la energía de corriente alterna controlando la
corriente a través de las operaciones de conmutación de los
conmutadores S1-S7, S11a-S17a y
S11b-S17b.
Ejemplo específico de aplicación práctica del
sistema de generación de energía empaquetado en un diseño compacto
como se ha descrito antes será explicado con referencia a la Fig. 14
a la Fig. 17.
\newpage
El sistema 1 generador de energía está compuesto
de un alojamiento 80 del cuerpo principal en forma de caja hecho de
resina sintética con una excelente durabilidad, un miembro de tapa
81 hecho de resina sintética que cubre la parte superior del
alojamiento 80 del cuerpo principal, un sustrato 82 de batería solar
almacenado en el alojamiento 80 del cuerpo principal, un sustrato
83 de componente electrónico, una pluralidad de condensadores
eléctricos 29a y 29b de doble capa y un circuito inversor 3.
Como se ha mostrado en la Figs.
15-16, el sustrato 82 de batería solar es almacenado
hacia arriba en el alojamiento 80 del cuerpo principal, y los
grabados del electrodo positivo 62, bus positivo 6, electrodo
negativo 60 y bus negativo 7 están individualmente formados sobre
el sustrato 82 de batería solar. Además, la pluralidad de
conmutadores S1-S7 están previstos entre el bus
negativo 7 y el electrodo negativo 60 de la pluralidad de módulos
21-28 generadores de energía, la pluralidad
conmutadores S11a-S17a están previstos entre el bus
positivo 6 y el electrodo positivo 62 de la pluralidad de módulos
21-28 generadores de energía, y la pluralidad de
conmutadores S11b-S17b están previstos entre el
electrodo positivo 62 y el electrodo negativo 60. La pluralidad de
unidades 30 de generación de energía están alineados en una matriz
en cada uno de los electrodos positivos 62 como se ha mostrado en
la Fig. 1 y cableados como se ha mostrado en la figura.
El sustrato 83 de componente eléctrico
almacenado hacia abajo en el alojamiento 80 del cuerpo principal
está, como se ha mostrado en la Fig. 15 y en la Fig. 7, conectado
al detector 5 de tensión, CPU 65, ROM y RAM 66 y 67 a través del
cable 84 de conexión grabado y conectado a los elementos de
conmutación 51-54 del circuito inversor 3 y los
diodos de reflujo 55-58 como se ha mostrado en la
figura. Los terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna están
equipados en las esquinas opuestas y una parte de los terminales 8 y
9 de salida de corriente alterna son estirados hacia fuera a través
del alojamiento del cuerpo principal. Además, una referencia
numérica 83a indica una parte de conexión de sustrato 82 de batería
solar con el bus positivo 6, mientras una referencia 83 indica una
parte de conexión del sustrato 82 de batería solar con el bus
negativo 7. La línea de control del dispositivo de control 4 está
mostrada en líneas de trazos.
La pluralidad de condensadores eléctricos 29a y
29b de doble capa están situados entre la parte superior del
sustrato 82 de batería solar y la parte inferior del sustrato 83 de
componente eléctrico y cada uno de los condensadores eléctricos 29a
y 29b de doble capa, como se ha mostrado en la Fig. 1, están
conectados eléctricamente a los módulos 21-28
generadores de energía.
Mientras el sustrato 82 de batería solar y el
sustrato 83 de componente eléctrico en el que la pluralidad de
condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa están situados y
colocados horizontalmente a media altura dentro del alojamiento 80
del cuerpo principal y están rellenados por dentro con silicona
transparente 85, la parte superior es firmemente cerrada
herméticamente con el miembro de tapa 81. En la superficie superior
del miembro de tapa 81, partes 81a de lente semiesférica están
individualmente formadas para corresponder con cada una de las
pluralidad de unidades 30 de generación de energía.
El sistema 1 generador de energía empaquetada de
este modo es instalado en el lugar donde hay disponible luz solar
incidente, la luz solar ilumina efectivamente las unidades 30
generadoras de energía a través de las partes 81a de lente
semiesférica para emitir suficiente corriente alterna desde los
terminales 8 y 9 de salida de corriente alterna. Alternativamente,
la pluralidad empaquetada de sistemas generadores de energía puede
ser situada en una matriz para conectar con los terminales 8 y 9 de
salida de corriente alterna cuando se necesite.
De acuerdo con la realización como se ha
descrito antes, el generador 1 de energía que tiene ocho módulos
21-28 generadores de energía fueron usados como un
ejemplo para facilitar la comprensión del presente invento. Sin
embargo, para el sistema generador de energía doméstico que ha de
ser conectado a un sistema de corriente alterna monofásica
comercial, necesita diseñarse para interconectar un sistema de
corriente alterna de 100 Vrms (tensión RMS) y aproximadamente 140
Vp (tensión de pico). Además, es deseable diseñarlo de modo que la
tensión máxima de salida del sistema general de generación de
energía sea mayor de 200 V considerando la caída de la salida del
sistema generador de energía en días nublados, las mañanas o los
atardeceres. Un ejemplo de tal sistema de generación de energía
está descrito usando la Fig. 18-Fig. 23.
El sistema 1A generador de energía en la Fig. 18
toma una estructura de panel ensamblado sobre un único panel y
puede ser denominado un panel de generación de energía.
El sistema 1A generador de energía está
compuesto de 48 módulos 21A-25A generadores de
energía alineados en línea con la misma dirección de generación de
energía, incluyendo el generador de energía 2A la pluralidad de
condensadores eléctricos 29 de doble capa, el circuito inversor 3A
similar al circuito inversor 3, bus positivo 6A y bus negativo 7A
en el lado de entrada del circuito inversor 3A, mecanismo de
conmutación Sma (Este está comprendido de los conmutadores
S71-S74 y conmutadores S81-S84),
terminales de salida 8A y 9A y dispositivo de control (no
mostrado). El mecanismo de conmutación Sma es para obtener la
función similar a la del mecanismo de conmutación del sistema 1
generador de energía mostrado en la realización anterior de la Fig.
1, los conmutadores S71-S74 son, de modo similar a
los conmutadores S1-7 para conectar/desconectar el
electrodo negativo 60A de los módulos 21A-24A
generadores de energía a/desde el bus negativo 7A. Los conmutadores
S81-S84, de modo similar a los conmutadores
S11a-S17a, S11b-S17b, conectan
alternativamente el electrodo positivo 62A de los módulos
22A-25A generadores de energía al electrodo negativo
60A de los módulos 21A-24A generadores de energía
contiguos al electrodo positivo o al bus positivo 6A.
Como los módulos 21A-24A
generadores de energía tienen la misma estructura, los módulos 21A
generadores de energía y el condensador eléctrico 29 de doble capa
serán descritos. Como se ha mostrado en la Fig. 19, los módulos 21A
generadores de energía tienen una pluralidad de unidades 30A de
generación de energía alineadas en una matriz de 10x100 (10 filas;
100 columnas) y conectan estas unidades 30A generadoras de energía
que están conectadas en una conexión
serie-paralelo. En este caso, un condensador
eléctrico 29 de doble capa está conectado en paralelo a 100 de las
unidades 30A generadoras de energía conectadas en paralelo para cada
fila. Por ello, este sistema tiene una excelente practicidad y
durabilidad cuando una parte de las unidades 30A de generación de
energía son desconectadas debido a la facultad inconsistente de
tensión de salida o bloqueo de luz solar, la energía de corriente
continua almacenada es emitida desde el condensador eléctrico 29 de
doble capa conectado en paralelo para maximizar la facultad de
generación de energía por los módulos 21A generadores de
energía.
Además, dicha "matriz de 10x100" es
ilustrativa solamente, y el número de filas puede ser 100 o varios
cientos de filas ya que el número de filas no está limitado a 10
filas. Similarmente, el número de columnas puede ser varias
docenas, varios cientos o varios miles de columnas.
Además, no es necesario prever diodos a cada una
de las unidades 30A de generación de energía para la prevención del
flujo de retorno para facilitar la reducción de tamaño y disminuir
el coste de fabricación del sistema 1A generador de energía.
Las propias unidades 30A de generación de
energía son similares a las unidades 30 de generación de energía y
la tensión de salida de cada unidad 30A de generación de energía es
0,5-0,6 V. Por ello, la máxima tensión de salida
(salida durante día soleado) de los módulos 21A-25A
generadores de energía es de 5,0-6,0 V por
ejemplo.
Conmutando los conmutadores
S71-S74 en el lado de la pluralidad de electrodos
negativos y los conmutadores S81-S84 en el lado de
la pluralidad de electrodos positivos según sea necesario, los modos
de generación de energía M1, M2, ... M48 y la "tensión de
salida" como se ha mostrado en la Fig. 20 están diseñados para
ser seleccionados.
La tecnología para configurar los módulos
generadores de energía tales como los módulos 21A generadores de
energía en una estructura a modo de panel está propuesta en una
pluralidad de solicitudes internacionales (por ejemplo WO 02/35613,
WO 03/017382, WO 03/036731, WO 03/056633) presentadas por el autor
del presente invento.
El sistema 1A generador de energía (panel de
generación de energía) como se ha descrito antes puede adoptar una
estructura del sistema generador de energía consistente en la
pluralidad de paneles generadores de energía, en vez de un panel
generador de energía. Sin embargo, sólo un conjunto de dispositivo
de control es suficiente. Por ejemplo, como se ha mostrado en la
Fig. 21, dos paneles del sistema 1A generador de energía (panel de
generación de energía) están previstos en el sistema generador de
energía y el mecanismo de conmutación que conmuta los dos sistemas
1A generadores de energía en conexión en serie o en paralelo puede
estar equipado. Este mecanismo de conmutación está compuesto de
conmutadores S65 y S66. El conmutador S65 conecta/desconecta
a/desde que circuito en la figura y, de modo similar a los
conmutadores S1-S7, está hecho de un transistor
bipolar de tipo npn, por ejemplo. El conmutador S66
conecta/desconecta alternativamente uno de los puntos de contacto
y, de modo similar a los conmutadores S11a-S17a y a
los conmutadores S11b-S17b, está hecho de dos
transistores bipolares de tipo npn. Este mecanismo de conmutación
conmuta la conexión de los dos generadores de energía 1A en serie o
en paralelo. A continuación, los terminales de salida 8B y 9B del
generador de energía hecho a partir de los dos generadores de
energía 1A están conectados al sistema de corriente alterna, y el
sistema generador de energía controla su energía de salida para
interconectar con la frecuencia del sistema de corriente alterna y
la tensión por el dispositivo de control.
Cuando dos de los paneles de generación de
energía están conectados en paralelo, la tensión de salida del
sistema generador de energía es conmutada como se ha mostrado en la
Fig. 20. Además, cuando el modo de generación de energía de los dos
paneles de generación de energía está dispuesto para conectar en
serie, la tensión de salida del sistema generador de energía es
conmutada como se ha mostrado en la Fig. 22.
Sin embargo, conmutando las condiciones de
conexión de los dos paneles de generación de energía en paralelo o
en serie, para ajustar el modo de generación de energía de ambos
paneles de generación de energía cuando se necesite, la tensión de
salida del generador de energía puede ser conmutada a
5-6 V, 10-12 V,
15-18 V, 30-36 V,
40-48 V, 60-92 V,
80-96 V, 120-144 V,
200-240 V, 240-288 V,
360-432 V o 480-576 V. sin embargo,
la anterior tensión de salida o la tensión de salida en la Fig. 20
y en la Fig. 22 son todas ilustrativas de cuando todas las unidades
de generación de energía generan la máxima salida. Como la luz del
sol está menos disponible en un día nublado, mañanas o atardeceres,
cuando la tensión de salida del generador de energía es disminuida,
la energía de salida total mostrada en la Fig. 22 disminuirá en un
pequeño porcentaje a varias docenas de tanto por 100. Con tal
sistema generador de energía, como se ha mostrado en la Fig. 23, la
energía de corriente alterna de las formas de onda 71 de tensión,
que cambia en múltiples niveles como se ha mostrado por la línea
continua, es emitida para el sistema de corriente alterna monofásico
comercial para las formas de anda 70 de corriente alterna de la
tensión de corriente alterna del sistema de corriente alterna
monofásico comercial.
En este sistema 1A generador de energía, la
pluralidad de módulos semiconductores 21A-25A,
pluralidad de condensadores 29 eléctricos de doble capa, circuito
inversor 3A y la pluralidad de conmutadores S71-74 y
S80-S84 son todos ensamblados en un único panel, y
es posible configurar el circuito inversor y la pluralidad de
conmutadores en un chip semiconductor según se necesite, lo que
simplifica la estructura y reduce el coste de fabricación.
Además, este sistema es versátil y flexible
combinando distintos tipos de una pluralidad de sistemas generadores
de energía (panel de generación de energía) para generar una
frecuencia deseada, tensión de salida deseada y energía de
corriente alterna deseada de la corriente de salida.
Aunque la Fig. 21 y la Fig. 22 están descritas
usando el sistema generador de energía equipado con los dos paneles
de generación de energía (sistema generador de energía) como un
ejemplo, en realidad es posible configurarlo de modo que la energía
que coincide con la tensión o la corriente del sistema de corriente
alterna monofásico comercial servida al hogar conmutando la
conexión de la pluralidad de paneles de generación de energía en
paralelo o en serie.
Para el sistema generador de energía mostrado en
la Fig. 18 o el sistema generador de energía mostrado en la Fig.
21, básicamente se obtendrán la misma ventajas que con el sistema
generador de energía 1 y por ello, se ha omitido la
explicación.
El ejemplo modificado parcialmente de la
realización anterior será explicado a continuación.
(1) En el sistema generador de energía 1, 1A,
aunque un filtro situado en el circuito del lado de salida del
circuito inversor 3 y la impedancia no fueron descritos, se situará
un filtro y una impedancia según sea necesario en el sistema de
generación de energía real.
(2) En el circuito inversor 3, 3A, aunque se ha
explicado cuando la corriente alterna monofásica es generada, es
posible que energía de corriente continua generada por generador 2,
2A de energía, puede ser convertida a corriente alterna trifásica
por el circuito inversor, en este caso, la energía de corriente
continua generada por generador de energía será convertida a
energía de corriente alterna correspondiente a cada fase de la
corriente alterna trifásica.
(3) El sistema completo 1 generador de energía
podría ser diseñado como una única placa o estructura a modo de
panel. El sistema generador de energía mostrado en la Fig. 18 podría
estar diseñado, por ejemplo, como una pluralidad de placas únicas o
estructura a modo de panel del sistema generador de energía como se
ha mostrado en la Fig. 21.
(4) No es necesario fabricar individualmente
cada una de la pluralidad de módulos 21-28,
21A-25A generadores de energía, pueden ser
fabricados como una forma integrada en su totalidad. Por ejemplo, es
posible que la pluralidad de módulos generadores de energía como se
ha mostrado en la Fig. 18 estén diseñados para ser hechos de un
módulo único generador de energía de semilla para tomar una
constitución de la pluralidad de módulos generadores de energía
como se ha mostrado en la Fig. 18 en términos de circuito
eléctrico.
(5) Aunque el sistema generador de energía 1, 1A
ha sido descrito usando el sistema generador de energía de tipo
excitado por separado interconectado a un sistema de corriente
alterna externo como un ejemplo, es natural que el presente invento
sea aplicable a un sistema generador de energía del tipo
autoexcitado que contiene los medios para generar corriente alterna
estándar.
(6) El sistema 1, 1A generador de energía
anterior, puede ser diseñado de modo que conmutadores marcha/parada
sean conectados en paralelo a los condensadores 29a y 29b
eléctricos de doble capa en la posición de conexión paralelo de
cada uno de los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble capa y
los condensador eléctricos 29a y 29b de doble capa emiten corriente
continua solamente cuando los conmutadores de marcha/parada estén
conmutados al lado de marcha cuando sea necesario.
(7) Los medios de almacenamiento eléctrico no
están limitados a los condensadores eléctricos 29a y 29b de doble
capa, y puedan usarse distintos medios eléctricos capaces de
almacenar energía generada tales como un condensador electrolítico,
una batería secundaria y una batería con gran capacidad de
almacenamiento eléctrico.
Claims (11)
1. Un sistema (1) generador de energía que
comprende un generador (2) de energía que genera energía de
corriente continua, en el que dicho generador (2) de energía
comprende una pluralidad de módulos (21-28)
generadores de energía cada uno de los cuales comprende una
pluralidad de unidades (30) generadoras de energía; y comprende
buses positivo/negativo (6, 7); una pluralidad de primeros medios de
conmutación (S11a-17a) para conectar/desconectar
electrodos positivos (62) de la pluralidad de módulos
(21-28) generadores de energía a/desde el bus
positivo (6); una pluralidad de segundos medios de conmutación
(S11b-17b) para conectar/desconectar electrodos
positivos (62) de la pluralidad de módulos (21-28)
generadores de energía a/desde electrodos negativos (60) de los
módulos (21-28) generadores de energía contiguos a
un lado, y una pluralidad de terceros medios de conmutación
(S1-S7) para conectar/desconectar electrodos
negativos (60) de la pluralidad de módulos (21-28)
generadores de energía a/desde el bus negativo (7);
caracterizado porque dicho sistema (1) generador de energía
comprende además un circuito inversor (3) para convertir la energía
de corriente continua generada por el generador (2) de energía en
energía de corriente alterna, estando los buses positivo/negativo
conectados a un lado de entrada de dicho circuito inversor (3); en
el que dichas unidades (30) generadoras de energía son cada una
granular y comprenden un electrodo positivo y negativo (35, 36; 41,
42; 48, 49) en lados opuestos de la unidad (30); dicha pluralidad
de unidades (30) de generación de energía de dichos módulos
(21-28) generadores de energía están alineadas en
una matriz con la pluralidad de filas y columnas y conectadas en una
conexión serie-paralelo; cada módulo
(21-28) generador de energía comprende al menos un
medio de almacenamiento eléctrico (29a, 29b) conectado en paralelo
con una fila de las unidades (30) generadoras de energía del módulo
(21-28); y dicho generador (2) de energía y dicho
circuito inversor (3) están incorporados para ser un panel generador
común.
2. Un sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de primeros, segundos
y terceros medios de conmutación (S11a-17a,
S11b-17b, S1-S7) están
individualmente compuestos de elementos semiconductores de
conmutación; teniendo dicho sistema (1) generador de energía un
dispositivo de control (4) para conmutar una tensión de salida de
dicho generador (2) de energía en múltiples niveles conmutando esta
pluralidad de primeros, segundos y terceros medios de conmutación
(S11a-17a, S11b-17b,
S1-S7).
3. El sistema generador de energía según la
reivindicación 2, en el que dicha pluralidad de módulos
(21-28) generadores de energía están divididos en
una pluralidad de grupos y dicho dispositivo de control (4) controla
los primeros y terceros medios de conmutación
(S11a-17a, S1-S7) para conectar en
paralelo con la pluralidad de módulos (21-28)
generadores de energía de cada grupo de buses positivo/negativo (6,
7) mientras la pluralidad de segundos medios de conmutación
(S11b-17b) conecta la pluralidad de módulos
(21-28) generadores de energía de cada grupo en
serie.
4. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 2, en el que dicho circuito inversor (3) comprende
una pluralidad de elementos semiconductores de conmutación y estos
elementos (51-54) semiconductores de conmutación
están controlados por dicho dispositivo de control (4).
5. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 2, que comprende un primer sustrato (82) que tienen
una superficie superior para fijar en ella dicha pluralidad de
módulos (21-28) generadores de energía, dicha
pluralidad de primeros medios de conmutación
(S11a-17a), dicha pluralidad de segundos medios de
comunicación (S11b-17b) y dicha pluralidad de
terceros medios de comunicación (S1-S7); un segundo
sustrato (83) para fijar en él dicho circuito inversor (3) y dicho
dispositivo de control (4); un alojamiento (80) de cuerpo principal
para instalar dichos primer y segundo sustratos (82, 83); y un
miembro de tapa (81) para cubrir la parte superior de alojamiento
(80) del cuerpo principal; en el que dicha pluralidad de medios de
almacenamiento eléctrico (29a, 29b) están situados entre dichos
primer y segundo sustratos (82, 83) y dichos primer y segundo
sustratos (82, 83) y dicha pluralidad de medios de almacenamiento
eléctricos (29a, 29b) están embebidos dentro de dicho alojamiento
(80) de cuerpo principal y dicho miembro de tapa (81).
6. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 3, que comprende medios (5) de detección de tensión
que detectan una tensión del sistema de energía de corriente alterna
en el que dicho sistema (1) de generación de energía alimenta
energía a él, en el que dicho dispositivo de control (4) controla
los primeros, segundos y terceros medios de conmutación
(S11a-17a, S11b-17b,
S1-S7) y la pluralidad de elementos
(51-54) semiconductores de conmutación de dicho
circuito inversor (3) basado en las señales de detección de los
medios (5) de detección de tensión.
7. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 1, en el que cada una de dichas unidades (30) de
generación de energía está comprendida de una celda solar (30A, 30B,
30C) hecha de materiales semiconductores granulares (31; 37; 42)
con una unión pn (33; 39; 45).
8. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 1, en el que dicho generador (2) de energía está
comprendido de una celda de combustible cada una de las cuales está
formada en capas con una pluralidad de celdas únicas y dicha unidad
(30) de generación de comprende está comprendida de dichas celdas
únicas.
9. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 1, en el que dichos medios de almacenamiento
eléctrico (29a, 29b) son un condensador eléctrico de doble capa.
10. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 1, en el que dichos medios (29a, 29b) de
almacenamiento eléctrico son una batería secundaria.
11. El sistema (1) generador de energía según la
reivindicación 5, en el que dichos primer y segundo sustratos y
dicha pluralidad de medios de almacenamiento de eléctrico (29a, 29b)
están horizontalmente situados a mitad de altura dentro de dicho
alojamiento (80) de cuerpo principal y dicho miembro de tapa (8) y
están rellenados con silicona transparente (85).
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