ES2848440A1 - SOLAR MODULES VOLTAGE AND CURRENT MEASUREMENT SYSTEM AND PROCEDURE FORMING A SERIAL ASSOCIATION (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DE TENSIÓN Y CORRIENTE SYSTEM AND PROCEDURE FOR MEASURING VOLTAGE AND CURRENT
DE MÓDULOS SOLARES QUE FORMAN UNA ASOCIACIÓN EN SERIEOF SOLAR MODULES FORMING A SERIAL ASSOCIATION
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención pertenece al campo técnico de la electrónica Industrial.The present invention belongs to the technical field of Industrial electronics.
Tanto el sistema, como el procedimiento de medición de tensión y corriente en asociaciones en serie de módulos solares fotovoltaicos según la presente invención, son de utilidad en el ámbito de la producción de energía mediante módulos solares fotovoltaicos.Both the system and the method of measuring voltage and current in series associations of photovoltaic solar modules according to the present invention are useful in the field of energy production using photovoltaic solar modules.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las plantas solares fotovoltaicas comprenden habitualmente dos o más asociaciones en serie de módulos solares fotovoltaicos (también llamadas “strings” de módulos solares fotovoltaicos). Además, en estas plantas solares es habitual que dichos strings de módulos solares estén, a su vez, conectados en paralelo entre sí para maximizar la producción de energía solar fotovoltaica. Otra ventaja de esta configuración en paralelo es que la desconexión momentánea de un string de módulos solares no interrumpe por completo la producción de energía de la planta.Photovoltaic solar plants usually comprise two or more series associations of photovoltaic solar modules (also called "strings" of photovoltaic solar modules). Furthermore, in these solar plants it is common for said strings of solar modules to be, in turn, connected in parallel with each other to maximize the production of photovoltaic solar energy. Another advantage of this parallel configuration is that momentary disconnection of a string of solar modules does not completely interrupt the power production of the plant.
Por otro lado, en las plantas solares fotovoltaicas, la medición de la tensión y la corriente de los módulos solares fotovoltaicos a lo largo de su vida útil es fundamental, entre otros propósitos, para disponer de información actualizada sobre la evolución de su rendimiento y para predecir posibles fallos futuros.On the other hand, in photovoltaic solar plants, the measurement of the voltage and current of the photovoltaic solar modules throughout their useful life is essential, among other purposes, to have updated information on the evolution of their performance and to predict possible future failures.
Es más, el trazado de la característica tensión/corriente de los módulos solares que forman parte de una planta de producción de energía solar fotovoltaica, es una de las pruebas que más información suministra acerca del estado en el que se encuentra dicha planta. De hecho, esta técnica permite localizar posibles fallos o degradaciones y -precisamente por ello- se emplea habitualmente, entre otros propósitos, en tareas de diagnóstico y monitorización planta solares fotovoltaicas.Furthermore, the tracing of the voltage / current characteristic of the solar modules that are part of a photovoltaic solar energy production plant is one of the tests that provides more information about the state of said plant. In fact, this technique makes it possible to locate possible failures or degradations and - precisely for this reason - it is commonly used, among other purposes, in photovoltaic solar plant diagnosis and monitoring tasks.
Para trazar la característica tensión/corriente es habitual someter a cada módulo solar fotovoltaico de la planta solar a una carga variable (también llamada resistencia variable), que varía -preferiblemente- desde el cortocircuito hasta el circuito abierto y medir los valores de tensión y corriente asociados a dicha carga.To draw the voltage / current characteristic, it is usual to subject each photovoltaic solar module of the solar plant to a variable load (also called variable resistance), that varies -preferably- from the short circuit to the open circuit and measure the voltage and current values associated with said load.
No obstante, en el estado de la técnica existe la necesidad de desarrollar un sistema y un procedimiento de medición de tensión y corriente de módulos solares que pueda realizarse más rápidamente, simplificando así las tareas de diagnóstico /o mantenimiento y reduciendo los costes de las mismas. Simultáneamente, también es conveniente que dicho sistema y dicho procedimiento puedan actuar sin interrumpir por completo la producción de energía de la planta solar fotovoltaica.However, in the state of the art there is a need to develop a system and a procedure for measuring voltage and current of solar modules that can be carried out more quickly, thus simplifying diagnosis / or maintenance tasks and reducing their costs. . Simultaneously, it is also convenient that said system and said procedure can act without completely interrupting the energy production of the photovoltaic solar plant.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
La presente invención pretende abordar los problemas y desventajas de la técnica anterior, mencionados anteriormente.The present invention seeks to address the problems and disadvantages of the prior art, mentioned above.
Para ello, un primer objeto de la presente invención se refiere a un sistema de medición de tensión y corriente de cada uno de los módulos solares que forman parte de una asociación en serie (string), estando provista dicha asociación en serie de módulos solares fotovoltaicos de dos terminales de conexión al cableado de una planta solar fotovoltaica y estando caracterizado dicho sistema porque comprende:For this, a first object of the present invention refers to a voltage and current measurement system of each of the solar modules that are part of a series association (string), said association in series of photovoltaic solar modules being provided of two connection terminals to the wiring of a photovoltaic solar plant and said system being characterized in that it comprises:
- una carga variable, provista de dos bornes, estando dicha carga variable conectada en serie a un conmutador por el primer borne y estando conectada, además, por el segundo borne al segundo terminal de la asociación en serie de módulos solares fotovoltaicos;- a variable load, provided with two terminals, said variable load being connected in series to a switch by the first terminal and being further connected by the second terminal to the second terminal of the series association of photovoltaic solar modules;
- un conmutador que está conectado, además, al primer terminal de dicha asociación en serie de módulos solares fotovoltaicos y está configurado para adoptar de forma reversible una configuración seleccionada entre: una configuración cerrada, en la que conecta eléctricamente el primer terminal de la asociación en serie al cableado de la planta solar fotovoltaica y una configuración abierta, en la que desconecta el primer terminal de la asociación en serie del cableado de la planta solar fotovoltaica y conecta, en su lugar, dicho primer terminal de la asociación en serie con el primer borne de la carga variable; - a switch that is further connected to the first terminal of said serial association of photovoltaic solar modules and is configured to reversibly adopt a configuration selected from: a closed configuration, in which it electrically connects the first terminal of the association in series to the wiring of the photovoltaic solar plant and an open configuration, in which you disconnect the first terminal of the series association from the wiring of the photovoltaic solar plant and connect, instead, said first terminal of the series association with the first variable load terminal;
- al menos un dispositivo de medida de corriente provisto en cada uno de los módulos solares que componen la asociación en serie; y- at least one current measuring device provided in each of the solar modules that make up the series association; and
- al menos un dispositivo de medida de tensión provisto en cada uno de los módulos solares que componen la asociación en serie. - at least one voltage measurement device provided in each of the solar modules that make up the series association.
En una realización preferida del sistema de la invención cada módulo solar está provisto de un primer micro-controlador configurado para controlar al menos un dispositivo de medida de corriente y al menos un dispositivo de medida de tensión y un segundo microcontrolador común a todo el string, que está configurado para controlar, además, el conmutador y la carga variable.In a preferred embodiment of the system of the invention, each solar module is provided with a first micro-controller configured to control at least one current measurement device and at least one voltage measurement device and a second microcontroller common to the entire string, which is configured to further control the switch and variable load.
El sistema según la invención está preferiblemente provisto, además, de un bus de comunicación entre el segundo microcontrolador común a todo el string y cada uno de los primeros microcontroladores individuales de los módulos solares, estando dicho bus de comunicación configurado para sincronizar el inicio de la conexión del conmutador y variación de la carga con la toma de medidas en cada módulo solar.The system according to the invention is preferably also provided with a communication bus between the second microcontroller common to the entire string and each of the first individual microcontrollers of the solar modules, said communication bus being configured to synchronize the start of the connection of the switch and variation of the load with the taking of measurements in each solar module.
Asimismo, el sistema de medición según la presente invención puede estar opcionalmente provisto de un módulo de comunicaciones configurado para enviar al exterior, las mediciones de tensión y corriente tomadas. Preferiblemente, el módulo de comunicaciones es un módulo de comunicaciones inalámbrico.Likewise, the measurement system according to the present invention can optionally be provided with a communications module configured to send to the outside, the voltage and current measurements taken. Preferably, the communication module is a wireless communication module.
Además, en el sistema según la presente invención el conmutador puede comprender, por ejemplo y sin carácter limitativo, un relé, un transistor MOSFET (Transistor de Efecto Campo Metal Óxido Semiconductor), o un transistor IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada). Furthermore, in the system according to the present invention the switch may comprise, for example and without limitation, a relay, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) transistor, or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) transistor.
Preferiblemente, en el sistema según la presente invención al menos un dispositivo de medida de corriente comprende un sensor de efecto Hall.Preferably, in the system according to the present invention at least one current measurement device comprises a Hall effect sensor.
Un segundo objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento de medición de tensión y corriente de una asociación en serie (string) de módulos solares fotovoltaicos, mediante un sistema de medición según el primer aspecto de la invención, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:A second object of the present invention refers to a method for measuring voltage and current of a series association (string) of photovoltaic solar modules, by means of a measuring system according to the first aspect of the invention, characterized in that it comprises the following steps :
i) poner el conmutador del sistema de medición en su configuración abierta para desconectar el primer terminal de la asociación en serie, del cableado de la planta solar;i) putting the switch of the metering system in its open configuration to disconnect the first terminal of the serial association, from the wiring of the solar plant;
ii) medir sincronizadamente la corriente y tensión de cada uno de los módulos que componen la asociación en serie para una serie de valores de resistencia predeterminados, de la carga variable, con el dispositivo de medida de corriente y el dispositivo de medida de tensión de cada módulo solar de la asociación en serie ; y ii) synchronously measure the current and voltage of each of the modules that make up the series association for a series of predetermined resistance values, of the variable load, with the current measurement device and the voltage measurement device of each serial association solar module; and
iii) poner el conmutador del sistema de medición en su configuración cerrada para conectar el primer terminal de la asociación en serie al cableado de la planta solar. iii) set the metering system switch to its closed configuration to connect the first terminal of the series association to the wiring of the solar plant.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, 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:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, in which -with an illustrative and non-limiting character- it has been represented the next:
Figura 1.- Muestra esquemáticamente una posible realización de un sistema de medición según la presente invención.Figure 1.- Schematically shows a possible embodiment of a measurement system according to the present invention.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A lo largo de la presente descripción, así como en las figuras, los elementos con funciones iguales o similares se designarán con las mismas referencias numéricas.Throughout the present description, as well as in the figures, elements with the same or similar functions will be designated with the same reference numerals.
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente el cableado de una planta solar fotovoltaica por medio de las referencias (+) y (-). Conectadas en paralelo a dicho cableado pueden observarse dos asociaciones en serie 10a y 10b de módulos solares fotovoltaicos P. En este ejemplo particular, cada una de dichas asociaciones 10a y 10b, está provista de cinco módulos solares P diferentes, conectados en serie entre sí.In Figure 1 the wiring of a photovoltaic solar plant is shown schematically by means of the references (+) and (-). Connected in parallel to said wiring can be seen two series associations 10a and 10b of photovoltaic solar modules P. In this particular example, each of said associations 10a and 10b is provided with five different solar modules P, connected in series with each other.
En el ejemplo mostrado en la Figura 1, es la primera asociación en serie 10a de módulos solares fotovoltaicos la que será objeto de las mediciones de tensión y corriente, por lo que está provista -además- de un sistema de medición según la presente invención.In the example shown in Figure 1, it is the first series association 10a of photovoltaic solar modules that will be the object of the voltage and current measurements, therefore it is provided -in addition- with a measurement system according to the present invention.
Esta configuración específica se ha adoptado exclusivamente, por motivos de claridad, en un intento de facilitar la comprensión de la invención. No obstante, el sistema de medición de la presente invención podría estar igualmente integrado en la otra asociación en serie 10b de módulos solares fotovoltaicos, o incluso, en las dos asociaciones en serie 10a y 10b de módulos solares, que son visibles en la Figura1.This specific configuration has been adopted solely, for the sake of clarity, in an attempt to facilitate an understanding of the invention. However, the measurement system of the present invention could also be integrated in the other series association 10b of photovoltaic solar modules, or even in the two series associations 10a and 10b of solar modules, which are visible in Figure 1.
La asociación en serie 10a de módulos solares fotovoltaicos P está conectada por un primer terminal 1 al conmutador C y está conectada por un segundo terminal 2 al cable (-) del cableado de la planta solar fotovoltaica, con la interposición del conmutador C.The series association 10a of photovoltaic solar modules P is connected by a first terminal 1 to switch C and is connected by a second terminal 2 to the cable (-) of the wiring of the photovoltaic solar plant, with the interposition of switch C.
El conmutador C, en su configuración cerrada, entra en contacto con el cable (+) del cableado de la planta solar fotovoltaica (conectando eléctricamente el terminal 1 de la asociación en serie 10a de módulos solares al cableado de la planta solar). Esta configuración cerrada, es la configuración de trabajo de la asociación en serie 10a de módulos solares dado que, en ella, dicha asociación en serie 10a de módulos solares está conectada eléctricamente al cableado de la planta solar fotovoltaica y contribuye, por tanto a la producción de energía solar fotovoltaica.The switch C, in its closed configuration, comes into contact with the (+) cable of the photovoltaic solar plant wiring (electrically connecting terminal 1 of the solar modules series association 10a to the solar plant wiring). This closed configuration, is the working configuration of the series association 10a of solar modules since, in it, said series association 10a of solar modules is electrically connected to the wiring of the photovoltaic solar plant and therefore contributes to the production of Photovoltaic Solar Energy.
Por el contrario, en su configuración abierta, el conmutador C deja de estar en contacto con el cable (desconectando la asociación en serie 10a de módulos solares de la planta solar). Además, en su configuración abierta, el conmutador C entra en contacto con el primer borne 1' de la carga variable L, la cual está conectada a su vez, por su segundo borne 2' al cable (-) del cableado de la planta solar fotovoltaica. En esta configuración abierta, la asociación en serie 10a de módulos solares se desconecta, por tanto, de la planta de producción y queda conectada a la carga variable, lo que permite al sistema según la presente invención, tomar las medidas de tensión y corriente que sean necesarias. Como la planta solar fotovoltaica cuenta con al menos otra asociación en serie de módulos solares que continua conectada al cableado de la planta (i.e., el string 10b), a pesar de las mediciones que se realizan en el string 10a, no se interrumpe por completo la producción de energía solar fotovoltaica.On the contrary, in its open configuration, the switch C is no longer in contact with the cable (disconnecting the serial association 10a of solar modules from the solar plant). Furthermore, in its open configuration, the switch C comes into contact with the first terminal 1 'of the variable load L, which is in turn connected, by its second terminal 2', to the cable (-) of the solar plant wiring photovoltaic. In this open configuration, the serial association 10a of solar modules is therefore disconnected from the production plant and remains connected to the variable load, which allows the system according to the present invention, to take the voltage and current measurements that are necessary. As the photovoltaic solar plant has at least one other serial association of solar modules that continues to be connected to the plant wiring (ie, string 10b), despite the measurements performed on string 10a, it is not completely interrupted. the production of photovoltaic solar energy.
En la presente invención, el primer terminal 1 de la asociación en serie 10a está conectado al cable positivo (+) del cableado de la planta solar, mientras que el segundo terminal 2 de la asociación en serie 10a está conectado al cable negativo (-). No obstante, el sistema de la invención también podría estar conectado, exactamente, al contrario: es decir, el primer terminal 1 podría estar conectado al cable negativo (-) y el segundo terminal 2 podría estar conectado al cable positivo (+), sin que ello afecte negativamente al funcionamiento del sistema según la invención.In the present invention, the first terminal 1 of the serial association 10a is connected to the positive (+) cable of the solar plant wiring, while the second terminal 2 of the serial association 10a is connected to the negative (-) cable . However, the system of the invention could also be connected, exactly the opposite: that is, the first terminal 1 could be connected to the negative cable (-) and the second terminal 2 could be connected to the positive cable (+), without that this adversely affects the operation of the system according to the invention.
Como se muestra en la Figura 1, en esta realización particular de la invención, cada módulo solar P de la asociación en serie (string) 10a está provisto de un dispositivo I de corriente provisto en uno de sus polos. Además, un dispositivo V de medida de tensión está dispuesto entre los dos polos de cada módulo solar P de la asociación en serie 10a.As shown in Figure 1, in this particular embodiment of the invention, each solar module P of the series association (string) 10a is provided with a current device I provided in one of its poles. Furthermore, a voltage measuring device V is arranged between the two poles of each solar module P of the series association 10a.
Asimismo, cada módulo solar P de la asociación en serie 10a está provisto -igualmente- de un primer micro-controlador Mi configurado para controlar el dispositivo I de medida de corriente y el dispositivo V de medida de tensión correspondientes a dicho modulo solar P en particular. El sistema de la invención también comprende en esta realización particular de la invención, un segundo microcontrolador M2 común a toda la asociación serie 10a, configurado para controlar, tanto el conmutador C, como el valor de la carga variable L. Además un bus B de comunicación está dispuesto entre el segundo microcontrolador M2 y cada uno de los primeros microcontroladores individuales Mi de los módulos solares P, de forma que dicho bus B de comunicación hace posible sincronizar la conexión del conmutador C y variación de la carga L, con la toma de medidas en cada módulo solar (P).Likewise, each solar module P of the serial association 10a is also provided with a first micro-controller Mi configured to control the current measurement device I and the voltage measurement device V corresponding to said solar module P in particular. . The system of the invention also comprises in this particular embodiment of the invention, a second microcontroller M2 common to the entire association series 10a, configured to control both the switch C and the value of the variable load L. In addition, a bus B of communication is arranged between the second microcontroller M2 and each of the first individual microcontrollers Mi of the solar modules P, so that said communication bus B makes it possible to synchronize the connection of the switch C and variation of the load L, with the taking of measurements in each solar module (P).
La presente invención no está limitada, en modo alguno, a las realizaciones aquí divulgadas. Para la persona experta en la técnica serán evidentes otras posibles realizaciones diferentes de esta invención, a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el alcance de protección de la presente invención está definido, exclusivamente, por las reivindicaciones que siguen a continuación. The present invention is by no means limited to the embodiments disclosed herein. Different possible embodiments of this invention will be apparent to the person skilled in the art in light of the present disclosure. Consequently, the scope of protection of the present invention is defined exclusively by the claims that follow.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2848440 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210809 |
|
FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20211124 |