Las energías renovables tienen un enorme potencial para la transformación de cómo las sociedades generan energía, y la integración de estas fuentes está siendo impulsado por las organizaciones gubernamentales y de servicios públicos. Después de la conversión generación, medición y eficiente a la red de CA que cumpla sin problemas son críticos para la integración de fuentes de energía renovables. Comunicación de que la energía disponible es también necesario.Este artículo revisa las tecnologías disponibles para la integración de fuentes de energía a gran escala y de pequeña escala.

 

Una versión similar de este artículo apareció en marzo / abril 2012 edición de Design Power Systems revista y en alemán en el 06 2012 cuestión de la Industrie Elektronik revista.

Introducción

Imagina un mundo en el que toda la electricidad proviene de fuentes renovables. Ahora, tenga en cuenta que el 2011 la Comisión Europea Energy Roadmap 2050 ¹ propuso un escenario futuro en el que el 97% de la electricidad consumida en realidad se genera a partir de fuentes renovables. Sí, el objetivo es 97%. ¿Cómo sería un mundo parece? Cierra los ojos y ver las imágenes de aire limpio, cielos azules, y verdes pastos. Maravilloso, sí, pero no antes de un considerable trabajo que se hace. Para nosotros, los ingenieros, la visión y el sueño de un "verde" nuevo mundo rápidamente es reemplazado por un proyecto difícil, ingeniería ultra-de gran escala. ¿Podemos cosecha, agregar y entregar suficiente energía renovable para alcanzar el punto donde las energías renovables esencialmente entregar toda la energía eléctrica necesaria? Ese es sin duda el reto.

Aprovechamiento de las principales fuentes de energía renovable

Las fuentes renovables son sin duda opciones muy atractivas para la generación de energía. El sol y el viento son gratis, prolífico y permanente. Después de una inversión de la configuración inicial, se pueden hacer para producir energía limpia y barata, fiable durante años. Al mismo tiempo, nuevos productos químicos como el cobre seleniuro de indio y galio (CIGS) y nanopartículas han transformado la energía fotovoltaica, lo que permite menores costos de producción y los factores de forma flexibles. Además, el alto volumen de producción continúa bajando el costo de silicio convencional y los paneles de polisilicio.

Pero hay un paso más en la integración de fuentes de energía renovables. Después de la creación de electricidad a partir de células fotovoltaicas, que la energía necesita ser convertida a corriente alterna para su uso en la parrilla. Para ser rentable, esta etapa de inversión debe ser eficiente. En sistemas fotovoltaicos completos hoy en día, el "equilibrio del sistema" (es decir, todos los componentes, excepto los paneles) representa en la actualidad el 44,8% del coste del sistema. Ese porcentaje se incrementará en 2012. ² En consecuencia, no hay ningún argumento que estos dispositivos electrónicos deben trabajar de manera eficiente y confiable.

Si una empresa quiere generar una gran mayoría de la energía procedente de fuentes renovables, a continuación, instalaciones masivas para la energía solar, eólica, hidroeléctrica y generación debe ocurrir. Además, la red de distribución debe ser capaz de transportar, y probablemente también el almacenamiento, estas fuentes de energía distribuida de gran tamaño e intermitente. Por otra parte, la conservación y la eficiencia también debe desempeñar un papel importante. Las tecnologías como LED de iluminación requeriría la adopción masiva.

Escala hacia abajo para Energy Harvesting como otra opción

Hay otra historia energía alternativa interesante digno de debate: la recolección de energía. Aquí la tarea es pensar más allá de las diferentes fuentes de energía y considerar la escala de estas fuentes. Un gran parque eólico o una planta solar acre de tamaño en el desierto proporciona una enorme cantidad de electricidad. Pero ¿qué pasa con la brisa que sopla las hojas por el suelo o el rayo de luz del sol brillando a través de la ventana? Si se tiene en cuenta la magnitud de estas fuentes, se abre un nuevo abanico de aplicaciones e ideas. Se puede, de hecho, aumentan en gran medida el alcance de las energías renovables.

Se necesita un poco de creatividad. Imagínese un teléfono celular que se carga a partir de ondas de radio en el aire; sensores de carretera, alimentado exclusivamente por el peso de las ruedas corren sobre ellos, que las condiciones de informe de tráfico; solar recubiertos con ventanas que permiten cantidades específicas de la luz solar para iluminar y calentar un edificio y a continuación, utilizar la luz solar para producir electricidad restante. Estas aplicaciones a pequeña escala, llamados recolección de energía, no sólo son posibles, sino que están más cerca de lo que piensas. Estas fuentes renovables requieren un manejo inteligente de la energía para hacer la menor cantidad de viento, las vibraciones, la luz del sol o de utilidad.

Alcanzar el Poder Significativo

Pequeña Escala de Generación de Energía

Las fuentes renovables y la escala de los recursos, esto es realmente lo que estamos hablando. Hasta aquí he hablado de lo que algunos consideran "lo obvio". Ahora podemos hablar de lo que ya está sucediendo. Maxim Integrated ofrece muchos productos que abarcan la gama de soluciones de energía alternativa, desde la recolección de energía a pequeña escala para implementaciones a gran escala solares. Para la generación de energía ultra-delgado, el MAX17710 ( Figura 1) proporciona la conversión inteligente de cualquier fuente que genera más de 1μW de energía. El IC es considerado como "fuente de energía agnóstico", ya que extrae energía de calor, vibración, luz y fuentes magnéticas. El resultado es una tensión utilizable que puede cargar una batería microcélula mientras ejecuta simultáneamente un sensor.

En un mundo dependen casi por completo de la energía renovable, estos microfuentes de poder será una parte necesaria de la cartera energética. Esta es también la razón por instrumentos de captación de energía, como el MAX17710 será tan necesario en el futuro.

Figura 1. Un diagrama de bloques de la MAX17710 de recolección de energía cargador junto con fuentes de energía potenciales y elementos de almacenamiento o cargas.

Mediano y Gran Escala Generación de Energía

En las instalaciones solares de mediana y gran escala, la medición de la energía producida permite conocer el estado de funcionamiento del sistema. El 78M6613 energía-medida de chip mide con precisión la energía de CC o CA a 0,5% a través de un rango dinámico de 2000:1. Los datos reales se muestran en la Figura 2 . Esta precisión y rango que los productores de energía supervisar y medir el rendimiento del sistema de paneles solares en los techos de sus mismos si estos producen energía por la mañana y por la noche, incluso en la más débil luz del sol.

Figura 2. Los datos reales de medición de energía con un 78M6613 calibrado.

El 78M6613 también utiliza cuatro cuadrantes de medición para proporcionar un factor de potencia precisa, lo que determina tanto la eficiencia de la transmisión y la disponibilidad de la energía para salir de la parrilla. Con 8 canales, la78M6618 medición de energía IC proporciona una funcionalidad similar para aplicaciones que requieren múltiples puntos de medición. El 78M6631 por lo tanto funciona en gran escala de 3 fases sistemas comerciales. Como energía renovable se convierte en un mayor porcentaje de energía en las redes, los servicios públicos dependerá de la precisión y la velocidad de estas medidas de energía para mantener el suministro de energía mientras suavemente la integración de fuentes variables.

Medición, medición y comunicación del Poder

Las energías renovables son generalmente intermitente, el viento no siempre sopla ni al sol siempre brilla intensamente. En consecuencia, para garantizar un suministro adecuado de energía cuando los usuarios lo quieren, altas cantidades de generación renovable será necesario. El almacenamiento de energía en la red también se requerirá para amortiguar la variabilidad de la fuente y de la demanda. Además, muchos de estos sistemas funcionan de forma totalmente "fuera de la red."

Cuando usted habla de la generación de energía a partir de energías renovables, uno no suele pensar en la gestión de la batería. Pero si tenemos en cuenta los problemas de almacenamiento de energía, gestión de la batería de técnicas de ser críticamente importante. Químicas de la batería evolucionar sobre la base de la aplicación y de la tecnología, pero la seguridad y la operación continua de la batería siguen siendo los principales requisitos. Para cumplir con estos requisitos de desempeño, Maxim ofrece una variedad de gestión de la batería-12-celulares productos. El MAX11068 gestiona la energía de hasta 12 celdas de la batería, proporcionando el equilibrio celular integrada y detección over-/undervoltage (OV / UV). Para aplicaciones de alta tensión, la parte también se puede conectar en una cadena tipo margarita configuración de hasta 31 módulos para gestionar hasta 372 células. Debido a que está diseñado para operar en el -40 ° C a +105 ° Ctemperatura de rango, el más crudo invierno y las condiciones de verano no interrumpirá el funcionamiento de la batería.

Energía de paneles solares también se deben convertir de DC a AC. Esto requiere una serie de conmutación de la frecuencia. Robustos y fiables MOSFET conductores, tales como el MAX15024 y MAX5048 , proporcionar señales eficientes para conducir los MOSFETs que invierten el poder.

Una vez que el inversor convierte la energía a la red compatible con AC, que inversor también debe comunicarse a través de la red. Esta comunicación cuenta la utilidad que se puede enrutar la energía para el funcionamiento más eficiente. G3-PLC Maxim ™ de chipset, el MAX2991 y MAX2992 , se comunica a través de líneas de alta tensión, incluso en situaciones de alto ruido. figura 3 muestra esquemáticamente que G3-PLC también se comunica a través de transformadores de baja tensión a media tensión líneas eléctricas, lo que reduce el número de los puntos de acceso necesarios en una red powerline. Este método de comunicación ya se utiliza en múltiples ensayos de medidores inteligentes, incluyendo el Electricité Réseau Distribution France (FEDER) de prueba en Francia. ³ Además, G3-PLC trabaja con eficacia para la comunicación dentro del sistema fotovoltaico. Otras formas de comunicación dentro de un sistema fotovoltaico y de un sistema solar a la red incluyen RS-485 , CAN bus, y RF. Maxim proporciona soluciones para todas estas interfaces.

Figura 3. Esquema de G3-PLC de comunicaciones. Cruce de transformadores de baja tensión a media tensión líneas eléctricas reduce el número de puntos de acceso necesarios en una red de empresa de servicios públicos.

La situación actual

Los datos indican que podemos alcanzar un poder significativo con las energías renovables. Nadie está debatiendo los beneficios ambientales que vienen con la integración renovable y conservación. Una cosa está clara, sin embargo. Estos beneficios no pueden lograrse sin cuidadosamente manejados los recursos renovables y una red bien diseñada.

La Comisión Europea Energy Roadmap 2050 escenario de 97% de energía renovable es claramente ambicioso. El logro de algo cercano a eso sería un logro de ingeniería enorme y probablemente requerirá en los próximos 50 años. El logro de un poder significativo de las energías renovables debe combinar la creatividad de ingeniería, empresas de servicios públicos ambiciosos, y los circuitos optimizados para la conversión, medición y comunicación de las fuentes de energía. Cuando eso sucede, todos vamos a ganar.

Referencias

1. Comisión Europea, "Energy Roadmap 2050," 15 de diciembre de 2011 (http://ec.europa.eu/energy/energy2020/roadmap/index_en.htm ).
2. Greentech Media, "Solar PV Balanza de sistema de costos para superar los módulos para el año 2012, según un estudio GTM," GreenTechMedia, 30 de junio 2011
3. Sagemcom, "FEDER Seleccione Sagemcom para la aplicación de pruebas de campo de Linky G3PLC", octubre de 2011, ( www.sagemcom.com/index.php?id=2461&L=3 )

G3-PLC es una marca comercial de Maxim Integrated Products, Inc.

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