La presente invención está relacionada con los sistemas de generación de energía eléctrica, y más particularmente está relacionada con un sistema autónomo de generación de energía eléctrica y un método asociado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La creciente necesidad de energía eléctrica por parte de la sociedad en general ha fomentado la búsqueda de fuentes alternativas de generación de energía. Existen diferentes sistemas de generación de energía eléctrica que buscan proveer de energía a la población en áreas remotas donde no se tiene acceso a la red eléctrica. Estos sistemas de generación pueden incluir diferentes elementos para generar la energía, procesarla y regularla.

Los diferentes elementos que pueden implementar estos sistemas pueden incluir elementos fotovoltaicos que transforman la radiación solar en energía eléctrica; elementos eólicos que transforman la energía cinética del viento en energía eléctrica; y elementos de almacenamiento como baterías para almacenar la energía eléctrica generada.

Existen diferentes sistemas para generar energía eléctrica, como los descritos en los documentos de patente EP3017455B1 y CN108566034A. El documento EP3017455B1 describe un sistema para proporcionar energía a una carga que comprende un primer reactor y un segundo reactor. El primer reactor comprende una primera pluralidad de bobinas, una primera bobina genera un primer campo magnético y una pluralidad de segundas bobinas configuradas para generar una segunda pluralidad de campos magnéticos. El segundo reactor que comprende una segunda pluralidad de bobinas, al menos una bobina de la segunda pluralidad de bobinas está configurada para ajustar el primer reactor a la carga, el primer reactor provee la potencia a la carga, y el segundo reactor está configurado para incrementar la potencia proporcionada a la carga por el primer reactor. Sin embargo, el documento describe que el sistema recibe energía de elementos externos de generación como una turbina eólica o un panel solar.

El documento CN108566034A describe un dispositivo generador de energía que tiene un primer volante de inercia, el cual está acoplado a un cigüeñal de entrada de un conjunto de generación eléctrica. El primer volante de inercia está conectado a un cigüeñal de salida de un motor de arranque, de manera que el motor de arranque proporciona energía al conjunto de generación eléctrica en una dirección. Un segundo volante de inercia está acoplado al cigüeñal de entrada del conjunto de generación eléctrica. El segundo volante de inercia está conectado a un cigüeñal de salida de un motor accionador, de manera que el motor accionador recibe energía del conjunto de generación eléctrica en una dirección. El conjunto de generación eléctrica tiene una pluralidad de componentes de generación de energía electromagnética, esta pluralidad de componentes está conectada a un controlador paralelo que distribuye la corriente a un primer rectificador y un segundo rectificador. Sin embargo, el documento describe que el sistema recibe energía de algún elemento externo de generación como una turbina eólica o un panel solar.

Por consecuencia de lo anterior, se ha buscado suprimir los inconvenientes que presentan los sistemas de generación de energía eléctrica utilizados en la actualidad, desarrollando un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que, además de generar energía eléctrica sin recibir energía de la red municipal, permita generar energía eléctrica sin recibir energía eléctrica de algún elemento externo de generación como una turbina eólica o un panel solar y además, permita simplificar la generación de energía eléctrica con el menor número de componentes.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN

Teniendo en cuenta los defectos de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proveer un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que permita generar energía eléctrica sin recibir energía de la red municipal.

Es otro objeto de la presente invención proveer un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que permita generar energía eléctrica sin recibir energía eléctrica de algún elemento externo de generación como una turbina eólica o un panel solar.

Es un objeto más de la presente invención proveer un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que permita simplificar la generación de energía eléctrica con el menor número de componentes.

Es un objeto adicional de la presente invención proveer un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que permita implementar un método autónomo de generación de energía eléctrica.

Estos y otros objetos se logran mediante un sistema autónomo de generación de energía eléctrica de conformidad con la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

Para ello, se ha inventado un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que comprende: un controlador de cargas que está configurado para recibir una primera corriente alterna, para limpiar, corregir y convertir la primera corriente alterna en una primera corriente directa y enviar la primera corriente directa a un primer interruptor intercambiador; un primer interruptor intercambiador que está conectado a por lo menos dos bancos de baterías y está configurado para recibir la primera corriente directa del controlador de cargas y almacenarla alternadamente en cada banco de baterías; por lo menos dos bancos de baterías que están configurados para almacenar la primera corriente directa recibida del primer interruptor intercambiador y para proporcionar una segunda corriente directa a un segundo interruptor intercambiador; un segundo interruptor intercambiador que está conectado a un inversor y que está configurado para enviar alternadamente la segunda corriente directa recibida de cada banco de baterías a un inversor; un inversor que está configurado para recibir la segunda corriente directa de cada banco de baterías alternadamente, para convertirla en una segunda corriente alterna y para enviarla a un variador de frecuencia y/o para enviarla a un local que sólo está conectado al sistema; un variador de frecuencia que está configurado para recibir la segunda corriente alterna del inversor y para energizar un motorreductor; un motorreductor que está acoplado a un generador electromagnético y que está configurado para ser energ izado por el variador de frecuencia y para activar mecánicamente al generador electromagnético; y un generador electromagnético que es activado mecánicamente por el motorreductor, está conectado al controlador de cargas y está configurado para enviar la primera corriente alterna al controlador de cargas.

Otro aspecto de la invención, considera un método autónomo de generación de energía eléctrica que comprende los pasos de: recibir una primera corriente alterna en un controlador de cargas; limpiar, corregir y convertir la primera corriente alterna en una primera corriente directa mediante el controlador de cargas; enviar la primera corriente directa a un primer interruptor intercambiador mediante el controlador de cargas; almacenar alternadamente la primera corriente directa en por lo menos dos bancos de baterías mediante el primer interruptor intercambiador; proporcionar alternadamente una segunda corriente directa a un inversor mediante un segundo interruptor intercambiador el cual está conectado a cada banco de baterías; convertir la segunda corriente directa en una segunda corriente alterna mediante el inversor; enviar la segunda corriente alterna a un variador de frecuencia y/o enviar la segunda corriente alterna a un local que sólo está conectado al sistema; energizar un motorreductor mediante el variador de frecuencia; activar mecánicamente a un generador electromagnético mediante el motorreductor; y enviar la primera corriente alterna al controlador de cargas mediante el generador electromagnético.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, algunas modalidades, características y algunos objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la descripción detallada, cuando se lea en relación con los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 ilustra un diagrama de un sistema autónomo de generación de energía eléctrica de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención.

La figura 2 ilustra un diagrama de un método autónomo de generación de energía eléctrica de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención.

La figura 3 ilustra un diagrama del cambio en la conexión del primer y segundo interruptor intercambiador de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención busca generar energía eléctrica sin recibir energía de la red municipal, sin recibir energía de algún elemento externo como una turbina eólica o un panel solar y además, busca simplificar la generación de energía eléctrica con el menor número de componentes. La presente invención para lograr lo anterior puede implementar un controlador de cargas, un interruptor intercambiador, por lo menos dos bancos de baterías, un inversor, un variador de frecuencia, un motorreductor, y un generador electromagnético. Así pues, en un primer aspecto de la invención, se describe un sistema autónomo de generación de energía eléctrica que comprende: un controlador de cargas que está configurado para recibir una primera corriente alterna, para limpiar, corregir y convertir la primera corriente alterna en una primera corriente directa y enviar la primera corriente directa a un primer interruptor intercambiador; un primer interruptor intercambiador que está conectado a por lo menos dos bancos de baterías y está configurado para recibir la primera corriente directa del controlador de cargas y almacenarla alternadamente en cada banco de baterías; por lo menos dos bancos de baterías que están configurados para almacenar la primera corriente directa recibida del primer interruptor intercambiador y para proporcionar una segunda corriente directa a un segundo interruptor intercambiador; un segundo interruptor intercambiador que está conectado a un inversor y que está configurado para enviar alternadamente la segunda corriente directa recibida de cada banco de baterías a un inversor; un inversor que está configurado para recibir la segunda corriente directa de cada banco de baterías alternadamente, para convertirla en una segunda corriente alterna y para enviarla a un variador de frecuencia y/o para enviarla a un local que sólo está conectado al sistema; un variador de frecuencia que está configurado para recibir la segunda corriente alterna del inversor y para energizar un motorreductor; un motorreductor que está acoplado a un generador electromagnético y que está configurado para ser energizado por el variador de frecuencia y para activar mecánicamente al generador electromagnético; y un generador electromagnético que es activado mecánicamente por el motorreductor, está conectado al controlador de cargas y está configurado para enviar la primera corriente alterna al controlador de cargas.

Las referencias en el presente documento del término "local" y las variantes de esto se refieren a que la presente invención contempla proporcionar energía a un hogar, una empresa, una fábrica o cualquier lugar que tenga un consumo de energía.

En una modalidad de la presente invención, los por lo menos dos bancos de baterías pueden comprender un primer banco de baterías y un segundo banco de baterías; cada banco de baterías es un banco de baterías de por lo menos 20 unidades. Preferiblemente cada banco de baterías proporciona por lo menos 240 VDC (voltaje de corriente directa).

En otra modalidad de la presente invención, el inversor puede ser un inversor de onda sinusoidal pura. Preferiblemente, la segunda corriente alterna generada por el inversor es una corriente alterna que va en un rango de 100 VAC (voltaje de corriente alterna) a 250 VAC.

En una modalidad adicional de la presente invención, el motorreductor se selecciona del grupo que comprende: motorreductor de corona, motorreductor planetario, motorreductor cónico-espiral, o motorreductor helicoidal. El motorreductor preferiblemente es un motorreductor helicoidal.

Adicionalmente, en una modalidad de la presente invención, el generador puede ser generador electromagnético de imanes de neodimio (PMG).

Así pues, en un segundo aspecto de la invención, se describe un método autónomo de generación de energía eléctrica que comprende los pasos de: recibir una primera corriente alterna en un controlador de cargas; limpiar, corregir y convertir la primera corriente alterna en una primera corriente directa mediante el controlador de cargas; enviar la primera corriente directa a un primer interruptor intercambiador mediante el controlador de cargas; almacenar alternadamente la primera corriente directa en por lo menos dos bancos de baterías mediante el primer interruptor intercambiador; proporcionar alternadamente una segunda corriente directa a un inversor mediante un segundo interruptor intercambiador el cual está conectado a cada banco de baterías; convertir la segunda corriente directa en una segunda corriente alterna mediante el inversor; enviar la segunda corriente alterna a un variador de frecuencia y/o enviar la segunda corriente alterna a un local que sólo está conectado al sistema; energizar un motorreductor mediante el variador de frecuencia; activar mecánicamente a un generador electromagnético mediante el motorreductor; y enviar la primera corriente alterna al controlador de cargas mediante el generador electromagnético.

En una modalidad de la presente invención, el paso de almacenar alternadamente la primera corriente directa comprende adicionalmente almacenar, mediante el primer interruptor intercambiador, la primera corriente directa en un primer banco de baterías durante un tiempo predeterminado; y cambiar del primer banco de baterías, mediante el primer interruptor intercambiador, a un segundo banco de baterías para almacenar la primera corriente directa durante un tiempo predeterminado. Cada banco de baterías es mantenido entonces en una carga óptima para el sistema debido a estos cambios.

En otra modalidad de la presente invención, el paso de proporcionar alternadamente la segunda corriente directa comprende adicionalmente proporcionar, mediante el segundo interruptor intercambiador, la segunda corriente directa de un primer banco de baterías durante un tiempo predeterminado; y cambiar del primer banco de baterías, mediante el segundo interruptor intercambiador, a un segundo banco de baterías para proporcionar la segunda corriente directa durante un tiempo predeterminado. Cada banco de baterías es mantenido entonces en una carga óptima para el sistema debido a estos cambios.

Se describen varias modalidades preferidas de la invención con fines ilustrativos, entendiéndose que la invención puede realizarse de otras formas que no se muestran específicamente en los dibujos.

Haciendo referencia ahora a la Figura 1, que ilustra una modalidad del sistema autónomo de generación de energía eléctrica 100 que comprende: un controlador de cargas 110 que está configurado para recibir una primera corriente alterna 111, para limpiar, corregir y convertir la primera corriente alterna 111 en una primera corriente directa 112 y enviar la primera corriente directa 112 a un primer interruptor intercambiador 120; un primer interruptor intercambiador 120 que está conectado a por lo menos dos bancos de baterías 130 (primer banco de baterías 131 y segundo banco de baterías 132) y está configurado para recibir la primera corriente directa 112 del controlador de cargas 110 y almacenarla alternadamente en cada banco de baterías 131 y 132; por lo menos dos bancos de baterías 130 (primer banco de baterías 131 y segundo banco de baterías 132) que están configurados para almacenar la primera corriente directa 112 recibida del primer interruptor intercambiador 120 y para proporcionar una segunda corriente directa 133 a un segundo interruptor intercambiador 121; un segundo interruptor intercambiador 121 que está conectado a un inversor 140 y que está configurado para enviar alternadamente la segunda corriente directa 133 recibida de cada banco de baterías 131 y 132 a un inversor 140; un inversor 140 que está configurado para recibir la segunda corriente directa 133 de cada banco de baterías 130 alternadamente, para convertirla en una segunda corriente alterna 141 y para enviarla a un variador de frecuencia 150 y/o para enviarla a un local 160 que sólo está conectado al sistema; un variador de frecuencia 150 que está configurado para recibir la segunda corriente alterna 141 del inversor y para energizar 151 un motorreductor 170; un motorreductor 170 que está acoplado a un generador electromagnético 180 y que está configurado para ser energizado 151 por el variador de frecuencia 150 y para activar mecánicamente al generador electromagnético 180; y un generador electromagnético 180 que es activado mecánicamente por el motorreductor 170, está conectado al controlador de cargas 110 y está configurado para enviar la primera corriente alterna 111 al controlador de cargas 110.

Ahora, la Figura 2 que ilustra un diagrama de una modalidad del método autónomo de generación de energía eléctrica 200 que comprende los pasos de: recibir 210 una primera corriente alterna en un controlador de cargas; limpiar, corregir y convertir 220 la primera corriente alterna en una primera corriente directa mediante el controlador de cargas; enviar 230 la primera corriente directa a un primer interruptor intercambiador mediante el controlador de cargas; almacenar 240 alternadamente la primera corriente directa en por lo menos dos bancos de baterías mediante el primer interruptor intercambiador; proporcionar 250 alternadamente una segunda corriente directa a un inversor mediante un segundo interruptor intercambiador el cual está conectado a cada banco de baterías; convertir 260 la segunda corriente directa en una segunda corriente alterna mediante el inversor; enviar 270 la segunda corriente alterna a un variador de frecuencia y/o enviar 271 la segunda corriente alterna a un local que sólo está conectado al sistema; energizar 280 un motorreductor mediante el variador de frecuencia; activar 290 mecánicamente a un generador electromagnético mediante el motorreductor; y enviar 211 la primera corriente alterna al controlador de cargas mediante el generador electromagnético.

La presente invención será mejor entendida a partir de los siguientes ejemplos, los cuales se presentan únicamente con fines ilustrativos para permitir la comprensión cabal de las modalidades preferidas de la presente invención, sin que por ello se implique que no existen otras modalidades no ilustradas que puedan llevarse a la práctica con base en la descripción detallada arriba realizada.

EJEMPLOS

Ejemplo 1.

Este ejemplo muestra la potencia entregada o consumida por cada elemento del sistema suponiendo que el local presenta un consumo de 22.5 kW/h y que el segundo interruptor intercambiador está conectado a un primer banco de baterías y que el primer interruptor intercambiador almacena energía en un segundo banco de baterías.

Partimos de que el primer banco de baterías puede proporcionar 60 kW/h, pero el inversor solo consume 25 kW/h, el inversor proporciona entonces al local 22.5 kW/h y al variador de frecuencias 2.5kW/h. El variador de frecuencias acciona al motorreductor el cual a su vez acciona al generador electromagnético, el generador electromagnético produciendo 10 kW/h de energía para la recarga del segundo banco de baterías.

Después de un tiempo predeterminado de 15 minutos, el segundo banco de baterías alcanza su carga máxima y el primer y el segundo interruptor intercambiador se intercambian al primer y segundo banco de baterías, respectivamente.

La Figura 3a muestra la conexión como se describe antes de que pase el tiempo predeterminado, en donde el primer 120 y segundo interruptor intercambiador 121 están conectados con el segundo 132 y el primer banco de baterías 131, respectivamente; y la Figura 3b muestra la conexión después de que pasa el tiempo predeterminado, en donde el primer 120 y segundo interruptor intercambiador 121 están conectados con el primer 131 y segundo banco de baterías 132, respectivamente.

Ejemplo 2.

Este ejemplo muestra la potencia entregada o consumida por cada elemento del sistema suponiendo que el local presenta un consumo de 22.5 kW/h y que el primer interruptor intercambiador está conectado a un primer banco de baterías y que el segundo interruptor intercambiador almacena energía en un segundo banco de baterías.

Partimos de que el primer banco de baterías puede proporcionar 60 kW/h, pero el inversor solo consume 25 kW/h, el inversor proporciona entonces al local 22.5 kW/h y al variador de frecuencias 2.5kW/h. El variador de frecuencias acciona al motorreductor, el cual a su vez acciona al generador electromagnético, el generador electromagnético produciendo 10 kW/h de energía para la recarga del primer banco de baterías.

Después de un tiempo predeterminado de 15 minutos, el primer banco de baterías alcanza su carga máxima y el primer y el segundo interruptor intercambiador se intercambian al segundo y primer banco de baterías, respectivamente.

La Figura 3b muestra la conexión como se describe antes de que pase el tiempo predeterminado, en donde el primer 120 y segundo interruptor intercambiador 121 están conectados con el primer 131 y el segundo banco de baterías 132, respectivamente; y la Figura 3a muestra la conexión después de que pase el tiempo predeterminado, en donde el primer 120 y segundo interruptor intercambiador 121 están conectados con el segundo 132 y primer banco de baterías 131, respectivamente.

Ejemplo 3.

Este ejemplo muestra la potencia máxima entregada por el inversor, en donde el inversor permite picos de consumo del local de hasta 39 kW/h.

De conformidad con lo anteriormente descrito, se podrá observar que un sistema autónomo de generación de energía eléctrica y un método asociado, ha sido ideado para generar energía eléctrica sin recibir energía de la red municipal, sin recibir energía de algún elemento externo y que además, simplifica la generación de energía eléctrica con el menor número de componentes, y será evidente para cualquier experto en la materia que las modalidades de un sistema autónomo de generación de energía eléctrica y un método asociado según se describió anteriormente e ilustró en los dibujos que se acompañan, son únicamente ilustrativas más no limitativas de la presente invención, ya que son posibles numerosos cambios de consideración en sus detalles sin apartarse del alcance de la invención.

Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo que exija la técnica anterior y por el alcance de las reivindicaciones anexas.