WO2018117797A1

WO2018117797A1 - Sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica

Info

Publication number: WO2018117797A1
Application number: PCT/MX2016/000183
Authority: WO
Inventors: José Alejandro VELASCO PÉREZ
Original assignee: Autoabastecimiento Renovable SA de CV
Current assignee: Autoabastecimiento Renovable SA de CV
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2019-06-19
Also published as: MX2016016946A

Abstract

La presente invención describe un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica que opera por medio de un volante de inercia, el cual por sus materiales de construcción tiene la capacidad de trabajar a altas revoluciones sin sufrir daños, esto repercute en una mayor eficiencia del sistema, ya que la capacidad de almacenamiento es mayor, además de que soporta más ciclos de carga que una batería de ácido convencional. El sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica trabaja en suspensión magnética, por lo que no hay fricción entre ninguno de sus componentes internos, aunado a esto, la eficiencia del sistema se ve mejorada por que trabaja dentro de una cámara de vacío por lo que no hay fricción ni con el aire. Cabe mencionar que el sistema es libre de lubricantes y al mismo tiempo es libre de mantenimiento. Por último, tiene la ventaja de que es factible la operación el sistema en horas que no hay luz solar, por lo que se considera una mejora en cuanto a la utilización de energías renovables.

Description

SISTEMA, DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el campo técnico de la energía cinética, la mecánica_/ la inercia, la dinámica, los campos magnéticos y las energías renovables, ya que aporta un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La aplicación de las energías renovables son un tema de gran importancia en la actualidad a nivel mundial, en la lucha diaria de disminuir los niveles de contaminación y reducir el desgaste de las fuentes naturales, muchos se han enfocado en buscar la solución a dicho problema.

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energías renovables se encuentra la energía eólica, geotérmica, hidroeléctrica, maremotriz, solar, undimotriz, la biomasa y los biocarburantes .

Un concepto similar, pero no idéntico es el de las energías alternativas: una energía alternativa, o más precisamente una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento_/ exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías alternativas.

Por otra parte, el empleo de las fuentes de energía actuales tales como el petróleo, gas natural o carbón acarrea consigo problemas como la progresiva contaminación, o el aumento de los gases invernadero.

Por ello ha surgido el concepto de desarrollo sostenible, el cual se basa en las siguientes premisas:

• El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo XXI .

· El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales y la fisión nuclear.

• La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica.

• La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas, etc.).

· Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata solo de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir, desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y condena del despilfarro. La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es por tanto una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias .

Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras:

· La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada: energía azul.

• El viento: energía eólica.

• El calor de la Tierra: energía geotérmica.

• Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica o hidroeléctrica.

• Los mares y océanos: energía mareomotriz.

• El Sol: energía solar.

• Las olas: energía undimotriz. Las contaminantes se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida) , bien convertida en bioetanol o biogás mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiesel, mediante reacciones de transesterificación y de los residuos urbanos. Estas tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero. Se encuadran dentro de las energías renovables porque mientras puedan cultivarse los vegetales que las producen, no se agotarán.

Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.

Específicamente, la energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las demás formas de energía en la Tierra. Cada año la radiación solar aporta a la Tierra la energía equivalente a varios miles de veces la cantidad de energía que consume la humanidad. Recogiendo de forma adecuada la radiación solar, esta puede transformarse en otras formas de energía, como energía térmica o energía eléctrica utilizando paneles solares, los cuales pueden transformar dicha energía en energía eléctrica.

Se distinguen dos componentes en la radiación solar: la radiación directa y la radiación difusa. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres.

La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones. Sin embargo, tanto la radiación directa como la radiación difusa son aprovechables .

Una importante ventaja de la energía solar es que permite la generación de energía en el mismo lugar de consumo mediante la integración arquitectónica en edificios. Así, podemos dar lugar a sistemas de generación distribuida en los que se eliminen casi por completo las pérdidas relacionadas con el transporte (que en la actualidad suponen aproximadamente el 40 % del total) y la dependencia energética. Se realizó una búsqueda técnica de patentes para sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, donde se encontró que se han desarrollado diferentes tipos de equipos con este fin, como se menciona en la publicación de patente número US 8240231 B2, con fecha de publicación del 14 de agosto de 2012, que tiene como título "ENERGY STORAGE DEVICE AND METHOD OF USE (Dispositivo de almacenamiento de energía y método de uso) " que describe un dispositivo de almacenamiento de energía que incluye al menos un eje asociado a al menos un par de volantes que incluyen un primer volante y un segundo volante de paso mayor que la primer volante, cada volante asociado con al menos un eje, un ensamble de embrague asociado con cada uno de los volantes, al menos un dispositivo de entrada de baja potencia y un medio de extracción de potencia asociado con el segundo volante, donde en el primer volante se hace girar utilizando un dispositivo de entrada de baja potencia y es acelerado a una velocidad de rotación predeterminada, después de lo cual el ensamble de embrague se acopla para conectar el primer y el segundo volante permitiendo inercia cinética para transferir aceleración al segundo volante.

El documento antes mencionado hace referencia a un dispositivo de almacenamiento de energía mediante el giro y la inercia de dos volantes, sin embargo, no hace mención de utilizar celdas fotovoltaicas que alimenten el dispositivo de alimentación, tampoco hace mención de girar a altas revoluciones ni de mantenerse en suspensión magnética para reducir desgaste en sus elementos. Por otra parte, se encontró la publicación de patente número GB2393776A, con fecha de publicación del 01 de octubre de 2010, de título "MAGNETIC PROPULSION SYSTEM (Sistema de propulsión magnética)" que describe, un movimiento permanente de electroimán (2) con respecto al imán fijo (1) dentro de un alojamiento (7) entre posiciones alineadas o no alineadas. Los dos imanes están dispuestos de tal manera que se genera fuerza magnética opuesta durante la posición de alineación. La carcasa se hace girar con respecto al imán para generar una fuerza contra el campo magnético y convertirla en energía mecánica o cinética.

Uso: Aparato de propulsión magnética para vehículo eléctrico. Este documento menciona un sistema de propulsión magnética por medio de imanes, pero no hace mención de contar con una suspensión magnética para el movimiento del sistema, y se puede observar claramente que carece de un sistema de almacenamiento de energía.

Otro de los documentos encontrados en la búsqueda, es la solicitud de patente MX/a/2014/000288, con fecha de publicación del 08 de enero de 2014, que tiene como título "DISPOSITIVO DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Y CONSUMIDOR DE CARGA ALTERNA" que relata una disposición de almacenamiento de energía (8) para una carga eléctrica {4) que intercambia potencia eléctrica con una red de suministro de energía (2), que comprende al menos dos conexiones (6a,b) que sirven para la conexión en paralelo con la carga (4) y la red de suministro de energía (2), un convertidor (10) con voltaje aplicado conectado entre las conexiones (6a,b) que contiene un acumulador de energía (12), en donde el acumulador de energía (12) está dispuesto para almacenar una cantidad de energía (E1+E2+E3), que excede múltiples veces la cantidad de energía necesaria para la operación regular del convertidor (10) . Un horno de arco eléctrico que como carga es alimentado por una red de suministro de energía (2), presenta la disposición de almacenamiento de energía (8) divulgada. El documento anteriormente mencionado, describe un dispositivo de almacenamiento de energía, pero este dispositivo tiene la desventaja de que no genera energía, tampoco hace mención de funcionar con celdas fotovoltaicas, por lo tanto, no es un dispositivo que opere con energías renovables. También se encontró el documento de solitud de patente PA/a/2003/004046, publicado el 08 de mayo de 2003, que tiene como título "APARATO PARA AUMENTAR LA FUERZA DE ROTACIÓN UTILIZANDO FUERZA MAGNÉTICA" donde, se describe un aparato para aumentar la fuerza de rotación utilizando una fuerza magnética capaz de generar la energía eléctrica aumentando una fuerza de impulsión inicial utilizando imanes permanentes opuestos entre sí e impulsando un generador eléctrico utilizando la fuerza de rotación incrementada. El aparato comprende un medio que aumenta la fuerza de rotación que incluye un miembro de impulsión giratorio que recibe una energía a través de una flecha del mismo; y un miembro impulsado giratorio dispuesto en el miembro de impulsión giratorio y que se hace girar por una fuerza magnética del miembro de impulsión giratorio. Cada uno del miembro de impulsión giratorio y el miembro impulsado incluye un par de cubiertas en ambos extremos de los mismos, y una pluralidad de imanes dispuestos entre las cubiertas a lo largo de una periferia. Dicho documento, hace mención a contar con una fuerza magnética para acelerar la rotación, pero no menciona hacer uso de la misma fuerza magnética para mantener suspendido el generador, por lo tanto, existe fricción entre sus componentes, lo cual deja en claro que es necesario utilizar algún medio de cojinetes los cuales cuentan con un determinado periodo de vida útil, esto repercute en algún tipo de mantenimiento constante lo cual se refleja en baja eficiencia.

Por último, se encontró el documento de solicitud de patente numero MX/a/2013/012847, con fecha de presentación del 04 de noviembre de 2013, que tiene como título "VOLANTE MULTIPLICADOR DE TORQUE" que cita, la presente invención se refiere a un dispositivo multiplicador de torque acoplable a la flecha de un motor, en la flecha del motor queda instalada una pieza rectangular en una perforación en su parte media y a los lados de esta pieza rectangular dos medios volantes para en conjunto forman un volante completo. Estos medio volantes quedan sujetos por medio de dos pernos que están fijos en dos piezas rectangulares instaladas, en las caras paralelas del volante, estas dos piezas paralelas quedan instaladas por una perforación en una parte media en la flecha del motor, los dos medios volantes por su colocación generan fuerza centrifuga que se aplica con característica de palanca haciendo presión en el sentido de rotación en los extremos opuestos de la pieza rectangular que esta fija la flecha del motor con lo que se obtiene un incremento de torque. En este documento podemos observar que aun cuando cuenta con un volante para incrementar el torque, carece del arranque de giro por medio de energía suministrada por una celda fotovoltaica, además de que carece de medios magnéticos para multiplicar las revoluciones de giro, así como tampoco tiene una suspensión magnética que evita la fricción entre sus componentes, tampoco hace mención de tener la característica de almacenamiento de energía.

En conclusión, los documentos antes mencionados, carecen principalmente de una suspensión magnética que elimina el desgaste entre las partes que los conforman, cabe mencionar que el aumento de torque, en ninguno de los casos hace referencia a ser de altas revoluciones, al mismo tiempo se puede observar que ninguno tiene la característica de operar con energías renovables. OBJETO DE IA INVENCIÓN

Es, por lo tanto, objeto de la presente invención, proporcionar un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, que resuelve los problemas anteriormente mencionados .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Los detalles característicos de este novedoso sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica se muestran claramente en la siguiente descripción y en las figuras que se acompañan, asi como una ilustración de aquella, y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes mostradas. Sin embargo, dichas figuras se muestran a manera de ejemplo y no deben de ser consideradas como limitativas para la presente invención.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva superior del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 2 muestra una vista frontal del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 3 muestra una vista superior del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 4 muestra una vista inferior del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva superior del explosivo del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 6 muestra una vista en perspectiva superior a detalle del motor generador del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 7 muestra una vista superior a detalle del motor generador del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 8 muestra una vista en perspectiva superior a detalle de los volantes con el revestimiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 9 muestra una vista superior a detalle de los volantes con el revestimiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica .

La figura 10 muestra una vista inferior a detalle del volante del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 11 muestra una vista en perspectiva superior a detalle del cojinete magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica. La figura 12 muestra una vista superior a detalle del cojinete magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 13 muestra una vista inferior a detalle del cojinete magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 14 muestra una vista frontal a detalle del cojinete magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

La figura 15 muestra una vista en perspectiva superior a detalle del explosivo del cojinete magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica .

La figura 16 muestra una vista de la perspectiva superior a detalle del anillo magnético del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Para una mejor comprensión de la invención, a continuación, se enlistan las partes que componen el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica:

1. Cojinete magnético

2. Motor Generador

3. Volantes de inercia

4. Rotor

5. Revestimiento

6. Anillo magnético

7 . Electroimán

8. Sensor de rotor

9. Acoplador

10. Medios de sujeción

11. Carcasa Con referencia a las figuras, el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica está conformado por:

Un rotor (4) que preferentemente es de acero, y es el eje del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, y está configurado para ensamblar en cada uno de sus extremos un cojinete magnético (1) .

El cojinete magnético (1) está conformado por, al menos, un electroimán (7) el cual está configurado para producir el campo magnético mediante el flujo de energía eléctrica, donde, por medio de un sensor de rotor (8) de forma cilindrica y hueco en el centro, mantiene en levitación al rotor (4) .

Una carcasa (11) está caracterizada para alojar al electroimán (7), donde, por medio de, al menos, un acoplador (9) que se ensambla a través de unos medios de sujeción (10) los cuales pueden ser tornillos, pernos, remaches y/o la combinación de los anteriores, están configurados para mantener en una sola posición al conjunto de componentes del cojinete magnético (1) .

Un motor generador (2) cilindrico y hueco en su centro se introduce en el rotor (4) , debajo del cojinete magnético (1) que se encuentra en el extremo superior del rotor (4); dicho motor generador (2) está configurado para recibir energía, preferentemente fotovoltaica, de una fuente externa y con su giro hacer funcionar al sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, para una vez que se deje de administrar la energía de la fuente externa, el sistema siga girando para a producir y almacenar energía, la cual, posteriormente se 4^escar9^a para utilizarla.

Al menos, dos volantes de inercia (3) los cuales son preferentemente de fibra de carbono, están dispuestos en forma paralela a una distancia dada y son recubiertos, con un revestimiento (5) que preferentemente está conformado por un material compuesto de capas de aluminio y capas de fibra de carbono, donde esta combinación da resistencia a por lo menos 20,000 revoluciones por minuto. La configuración de los volantes de inercia (3) y el revestimiento (5) permiten el almacenamiento de energia cinética, y se instalan debajo del motor generador (2) .

Sobre cada volante de inercia (3), se coloca un anillo magnético (6), lo más cercano posible al rotor (4) y contrapuesto en forma paralela al cojinete magnético (1) ; permitiendo de esta manera que los cojinetes magnéticos (1) junto con los anillos magnéticos (6) mantengan en suspensión magnética al sistema de almacenamiento de energia fotovoltaica, logrando que flote gracias a la acción magnética y que el rotor (4) gire libremente, sin roces o fricciones.

El sistema de almacenamiento de energia fotovoltaica se instala en el interior de una cámara de vacio (no ilustrada) que preferentemente es de acero con la finalidad de eliminar el aire del sistema, y de este modo eliminar el roce con el mismo aire, esta configuración permite que el sistema sea estable y asi aumentar la eficiencia del mismo, por lo tanto, se almacena una mayor cantidad de energia por carga, y al mismo tiempo permite más ciclos de carga que una bateria convencional. La cámara de vacio (no ilustrada) está conformada por una brida superior, la cual es removible lo que permite el mantenimiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica en caso de ser necesario; y con una brida inferior que sirve de anclaje al suelo, para evitar movimiento no deseados cuando el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica está en funcionamiento.

El sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica está configurado para en caso de ser necesario, colocar un sistema de monitoreo (no ilustrado), el cual mide parámetros que permiten calcular la eficiencia del generador de manera continua y permanente a través de una plataforma de control, la cual también registra y almacena una base de datos, realiza análisis de la calidad de onda, es de alta precisión y tiene un sistema de supervisión.

Claims

REIVINDICACIONES

Habiendo descrito suficientemente la invención, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorías .

1. Un sistema de almacenamiento de energía fotovoitaica, que comprende:

i. al menos, dos volantes de inercia (3) se encuentran recubiertos por un revestimiento (5);

ii. un rotor (4) se ensambla en el centro de los volantes de inercia (3) ;

iii. un cojinete magnético (1) conformado por un electroimán (7), un sensor de rotor (8), una carcasa (11), un acoplador (9) y unos medios de sujeción (10), se ensambla en cada uno de los extremos del rotor (4);

iv. un motor generador (2) se introduce en el rotor (4), debajo del cojinete magnético (1) que se encuentra en el extremo superior del rotor (4) y sobre los volantes de inercia (3) con el revestimiento (5) ; v. un anillo magnético (6), se coloca sobre cada volante de inercia (3) .

. El sistema de la reivindicación anterior, donde, volantes de inercia (3) son preferentemente de fibra carbono.

El sistema de la reivindicación 1 y 2, donde, los volantes de inercia (3) están dispuestos de forma paralela .

El sistema de la reivindicación 1, donde, el revestimiento (5) preferentemente está conformado por un material compuesto de capas de aluminio con capas de fibra de carbono.

5. El sistema de la reivindicación 1, donde, el rotor ( 4 ) es preferentemente de acero.

6. El sistema de la reivindicación 1, donde, el sensor de rotor (8) es de forma cilindrica y hueco en el centro.

7. El sistema de la reivindicación 1, donde, los medios de sujeción (10) pueden ser tornillos, pernos, remaches y/o la combinación de los anteriores.

8. El sistema de la reivindicación 1, donde el motor generador (2) es cilindrico y hueco en su centro.

9. El sistema de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se encuentra dentro de una cámara de vacio.

10. El sistema de la reivindicación 7, dónde la cámara de vacio, está conformada con una brida superior y una brida inferior.

11. El sistema de la reivindicación anterior, donde la brida superior es removible.

12. El sistema de las reivindicaciones 7, 8 y 9, donde la cámara de vacio es preferentemente de acero.

13. El sistema de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque tiene un sistema de monitoreo.