Controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo concebido para el control de sistemas fotovoltaicos autónomos que, analizando convenientemente los parámetros de la instalación, tanto instantáneos como históricos, gobierna la conexión del sistema fotovoltaico propiamente dicho con la batería.
El objeto de la invención es conseguir unas condiciones de trabajo para la batería que alarguen de forma muy considerable la vida útil de la misma, una mejor gestión energética y un óptimo mantenimiento de las instalaciones, al disponer de un módulo de comunicaciones para usuarios remotos.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, en un sistema fotovoltaico autónomo, entre las placas fotovoltaicas y las baterías se establecen reguladores de carga, con el único objetivo de aumentar el tiempo de vida útil de dichas baterías.
De forma más concreta, dichos reguladores impiden la sobrecarga de las baterías, a la vez que controlan su descarga, interrumpiendo el circuito de salida cuando el nivel de carga de la batería alcanza un valor mínimo preestablecido, al objeto de evitar descargas excesivas en las mismas que, como es sabido, acortan drásticamente su vida útil.
Sin embargo, en la práctica se observa que los citados reguladores presentan un comportamiento manifiestamente mejorable, no mostrando unos requerimientos necesarios de calidad en los sistemas a los que se encuentran aplicados.
Descripción de la invención
El controlador experto que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, y para ello basa sus decisiones en el conocimiento acumulado de los expertos en una base de conocimiento. Ésta base de conocimiento puede evolucionar utilizando un sistema de aprendizaje, bien de forma remota o bien de forma local.
De forma más concreta, la invención consiste en un sistema que incorpora conocimiento experto destinado al aumento del tiempo de vida útil de las baterías y a la mejora de la gestión energética del sistema fotovoltaico autónomo. Igualmente, el controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos, incorpora un módulo de comunicaciones que permite la telemonitorización y el control de la instalación tanto de forma remota como de forma local.
Específicamente, el controlador experto está estructurado a partir de un elemento de control, materializado en un microcontrolador, con capacidad de proceso de información suficiente para poder ejecutar el algoritmo de control, así como el resto de funcionalidades de que dispone el controlador, concretamente visualizador de estado, alarmas, telemonitorización y telecontrol. Este elemento es el encargado de tomar decisiones de operación sobre la instalación fotovoltaica estando basadas en un sistema experto.
Con el microcontrolador colaboran un conjunto de sensores de tensión, corriente y temperatura, que permiten obtener las variables instantáneas del sistema fotovoltaico autónomo, así como servir de base para el resto de variables utilizadas, como son el estado de carga y la profundidad de descarga.
El controlador incorpora además actuadores sobre las variables de salida del algoritmo de control, que básicamente son elementos de regulación de flujo o de corriente, tales como relés de estado sólido o MOSFET de potencia.
Finalmente, un módulo de comunicaciones permite realizar las tareas de telemonitorización y telecontrol del sistema fotovoltaico autónomo desde un punto remoto, permitiendo a su vez conocer el estado del sistema, valores instantáneos y evolución temporal de las variables más significativas, eventos y alarmas producidas, así como ejecución de comandos remotos relacionados con el mantenimiento y operación del sistema fotovoltaico autónomo.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1. Consiste en un diagrama de bloques que muestra la estructura global del controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos que constituye el objeto de la presente invención.
La figura 2. Muestra, según una representación similar a la figura anterior, la estructura del controlador borroso realizado por el sistema experto.
La figura 3. Muestra, finalmente, la forma de los conjuntos borrosos que utiliza el controlador experto, tanto para los antecedentes como para los consecuentes.
Realización preferente de la invención
A la vista de las figuras reseñadas, y especialmente de la figura 1, puede observarse cómo el controlador experto que la invención propone, referenciado globalmente con (1) , recibe información de la instalación (2) o sistema fotovoltaico, a través de una pluralidad de sensores (3) , concretamente de un sensor de tensión, otro de corriente, otro de temperatura y otro de humedad. Estos sensores permiten obtener las variables instantáneas del sistema fotovoltaico autónomo y las suministran a un elemento de control (4) , materializado en un microcontrolador, que como anteriormente se ha dicho deberá tener capacidad de proceso de información suficiente para poder ejecutar el algoritmo de control, basado en un sistema experto, así como el resto de funcionalidades de que dispone el controlador.
El elemento de control (4) , a través de los actuadores (5) y tras tomar las oportunas decisiones actúa sobre la instalación fotovoltaica (2) , a la vez que suministra información y permite el control de un usuario cercano, mientras que a través de un módulo de comunicaciones (6) se comunica con un usuario remoto, usuarios a los que: informa respecto al estado de la instalación, de los valores instantáneos y sus parámetros, evolución temporal, eventos y alarmas, a la vez que recibe las correspondientes actuaciones.
El sistema experto (1) está basado en un sistema de control borroso, el cual incorpora dos bases de conocimiento. La primera base de conocimiento se utiliza para controlar la sobrecarga de la batería y la segunda base de conocimiento para controlar la sobredescarga de la misma. La estructura del controlador de carga borroso aparece en el diagrama de bloques de la figura 2, donde mediante flechas se han indicado el estado de carga (7) de la batería, la corriente generada (8) , la corriente de carga (9) y la tensión de batería (10) , informaciones que acceden al borrosificador (11) , el cual actúa sobre una pareja de motores de inferencia (12) que reciben información de la base de datos (13) y de la base de conocimiento (14) y que actúan sobre un desborrosificador (15) que a su vez lo hace sobre dos conmutadores (16) y (17) de tipo continuo, que son los que gobiernan la conexión/desconexión de las baterías con los paneles fotovoltaicos y de las baterías con la correspondiente carga.
La base de datos (13) contiene información sobre los conjuntos borrosos asociados a cada una de las variables tanto de entrada como de salida.
Estos conjuntos borrosos se muestran en la figura 3, donde hay que significar que los mismos están normalizados en el intervalo [0, 1].
Como ya se ha apuntado con anterioridad, se han utilizado dos bases de conocimiento (14) , una para actuar en los estados de sobrecarga (conmutador 16) y otra para actuar en los estados de sobredescarga (conmutador 17) . Estas bases de conocimiento aparecen representadas en las adjuntas tablas 1 y 2 respectivamente.
Es importante significar que estas bases de conocimiento (14) representan un pequeño subconjunto del conocimiento existente en relación a las condiciones en las que se debe cargar y descargar una batería.
TABLA 1 Base de conocimiento para la sobrecarga de la batería | Base de conocimiento para la sobrecarga (B1) |
| N° | Antecedentes | S1 |
| R1 | IF Vbat=VH | VL |
| R2 | IF Vbat=H and SOC=H | VL |
| R3 | IF Vbat=H and SOC=M | L |
| R4 | IF Vbat=H and SOC=L | M |
| R5 | IF Vbat=M | H |
| R6 | IF Vbat=L | H |
| R7 | IF Vbat=VL | H |
TABLA 2 Base de conocimiento para la sobredescarga de la batería | Base de conocimiento para la sobredescarga (B2) |
| N° | Antecedentes | S2 |
| R1 | IF Vbat=VH | H |
| R2 | IF Vbat=H | H |
| R3 | IF Vbat=M | H |
| R4 | IF Vbat=L and SOC=H | M |
| R5 | IF Vbat=L and SOC=M | L |
| R6 | IF Vbat=L and SOC=L | VL |
| R7 | IF Vbat=VL | VL |
En relación con el módulo de aprendizaje, estará ubicado en un ordenador remoto, el cual enviará el resultado de la evolución de las bases de conocimiento al controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos.
El módulo de comunicaciones (6) utilizado consistirá preferentemente en un puerto serie RS-232, al cual se le conecta un teléfono móvil GSM.
