ES2277011T3 - Procedimiento y dispositivo para la diagnosis de generadores fotovoltaicos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la diagnosis de generadores fotovoltaicos (PV) de una instalación fotovoltaica (PA) durante un funcionamiento de alimentación, en el que un generador fotovoltaico (PV) presenta uno o varios módulos solares (SM1 - SM4) y una curva característica del generador de la tensión y de la corriente (KL1- KL3, KLF) respectiva, en el que un módulo solar (SM1 - SM4) presenta varias células solares conectadas entre sí, y en el que se mide al menos una parte de la curva característica del generador (KL1 - KL3, KLF) del generador fotovoltaico (PV), caracterizado porque se emite una primera instrucción de mantenimiento (WH1) automática, en el caso de que al menos una parte de la curca característica medida del generador de la corriente y de la tensión presente al menos un punto de inflexión (KN).

Description

Procedimiento y dispositivo para la diagnosis de generadores fotovoltaicos.

La invención se refiere a un procedimiento para la diagnosis de generadores fotovoltaicos de una instalación fotovoltaica durante el funcionamiento de alimentación, en el que un generador fotovoltaico presenta uno o varios módulos solares y una curva característica del generador de la corriente y la tensión correspondiente, y en el que un módulo solar presenta varias células solares conectadas entre sí.

La invención se refiere a un vibrador solar para la realización del procedimiento así como a una instalación fotovoltaica con al menos un vibrador solar.

Las instalaciones fotovoltaicas sirven para la alimentación de corriente eléctrica en una red eléctrica, como por ejemplo en una red de tensión monofásica de 50 Hz/230 V o en una red de tensión trifásica 50 Hz/400 V. A tal fin, las instalaciones fotovoltaicas pueden presentar uno o varios generadores fotovoltaicos, pudiendo estar constituido un generador fotovoltaico por uno o varios módulos solares, que pueden presentar de nuevo una pluralidad de células solares conectadas entre sí. En este caso, se conectan habitualmente las células solares de un módulo solar como "String" en serie, especialmente en forma de meandro. La corriente eléctrica generada por vía fotovoltaica se alimenta entonces a uno o varios vibradores, que convierten la tensión de bajo voltaje alimentada en una tensión de la red normalizada regulada. Tales vibradores solares se conocen para realizaciones monofásicas, por ejemplo, en el documento DE 196 42 522 C1 o para realizaciones trifásicas en la solicitud de patente austriaca con la referencia de solicitud oficial 1737/01. Una instalación fotovoltaica puede presentar, además, un plano de guía de la instalación para el control y la guía de funcionamiento de varios vibradores solares conectados.

Para el operador de una instalación fotovoltaica tiene interés el conocimiento de si los generadores fotovoltaicos empleados proporcionan una potencia eléctrica garantizada por el fabricante también todavía después de un periodo de funcionamiento prolongado. Así, por ejemplo, se sabe que después de algún tiempo se reduce la potencia máxima generada eléctricamente con respecto a un estado de puesta en servicio de la instalación. Los fabricantes de generadores fotovoltaicos garantizan, por ejemplo, un valor de 90% de un valor de potencia máxima durante un periodo de funcionamiento de 10 años.

No obstante, es difícil realizar una verificación correspondiente de una degradación ya existente de la potencia, puesto que la potencia eléctrica proporcionada por los generadores fotovoltaicos depende de varios factores. Por una parte, la potencia eléctrica generada depende de la intensidad de la radiación \varepsilon actual del sol, incrementándose la corriente eléctrica a medida que se incrementan los valores para \varepsilon en el generador fotovoltaico. Por otra parte, a medida que se elevan las temperaturas T de los generadores fotovoltaicos se reduce la tensión eléctrica existente. Otros aspectos son, por ejemplo, los grados de contaminación de los generadores fotovoltaicos o los efectos de sombreado. Los efectos de sombreado pueden producirse, por ejemplo, a través de árboles frondosos, que cubren, por ejemplo, una parte de los módulos solares o bien una parte de las células solares de un módulo solar. En este caso, ésta o estas células solares no contribuyen a la generación de energía. En su lugar, éstas actúan como un diodo accionado en sentido de bloqueo, que impide el flujo de corriente de las otras células conectadas en serie. Por este motivo, las células solares conectadas presentan diodos de derivación para la "alusión" de células solares sombreadas, especialmente entre los meandros de un "String" de un módulo solar.

Para la evaluación de la capacidad de potencia de generadores fotovoltaicos sirve sobre todo una curva característica del generador de corriente y tensión correspondiente. Ejemplos de tales curvas características de generador se representan en las figuras 4 y 5 de la presente solicitud. En este caso, la abscisa presenta la tensión que se aplica en un generador fotovoltaico, la ordenada presenta la corriente que fluye a través del generador fotovoltaico. A través de la aplicación de una carga variable en el generador fotovoltaico, como por ejemplo de una resistencia variable, se pueden "recorrer" y, por lo tanto, medir entonces todos los puntos sobre la curva característica del generador desde la marcha en vacío hasta el cortocircuito del generador fotovoltaico.

Como se ha descrito al principio, estas curvas características de los generadores están sometidas a deformaciones, de manera que resultan grupos de curvas en función de la intensidad de la radiación y de la temperatura de las células solares. Por este motivo, se establecen condiciones de prueba normalizadas, que fijan una temperatura normalizada así como una intensidad de la radiación espectral normalizada. La temperatura normalizada T0 es en este caso 298K, la intensidad de la radiación espectral \varepsilon_{0} es 1000 W/m^{2} sobre la base de un espectro AM 1,5 de acuerdo con la Norma IEC 904.3, Parte III. Por medio de especificaciones de normalización adecuadas se puede normalizar de esta manera una curva característica medida del generador de corriente y de la tensión medidas conociendo la temperatura actual de las células solares en un módulo solar así como la intensidad de la radiación espectral actual. La temperatura de las células solares así como la intensidad de la radiación espectral se pueden registrar a tal fin por medio de una instalación adecuada de sensores. Las modificaciones de tiempo de la radiación solar, como por ejemplo en el caso de nubosidad, condicionan que para evitar inexactitudes debe realizarse la medición de una curva característica del generador en un periodo de tiempo corto. Por lo tanto, los periodos de tiempo de medición típicos están en el intervalo de
milisegundos.

Se conoce a partir de la publicación de Wesselak, Víctor: Contribuciones técnicas de regulación para el funcionamiento de potencia óptica de instalaciones solares, Tesis, Erlangen, 1999, el principio de una instalación de medición, que se puede conectar en paralelo a un generador fotovoltaico. La instalación de medición presenta allí una carga controlable electrónicamente para "recorrer" según la técnica de medición una curva característica de generador. La curva característica del generador registrada contiene en este caso informaciones valiosas sobre el estado de la instalación general. Un observador, que registra por medio de esta instalación de medición regularmente una curva característica del generador, puede reconocer entonces, por ejemplo, si ha fallado o está sombreada una parte de un módulo. Éste es el caso cuando la curva característica del generador presenta un punto de inflexión significativo.

Para un operador de una instalación fotovoltaica se puede considerar como inconveniente que a intervalos regulares debe provocarse un registro de la curva característica del generador. Éste se puede evaluar entonces visualmente, para poder iniciar, dado el caso, también medidas de mantenimiento.

Otro inconveniente es que se necesita una instalación de medición electrónica adicional, para poder medir la curva característica del generador durante la operación de alimentación.

Se conoce a partir del documento US 6 111 767 un vibrador solar, que presenta un aparato de medición integrado para el registro de una curva característica de la corriente y de la tensión. Por medio de esta curva característica de la corriente y de la tensión se pueden obtener a través de un observador otras informaciones, sin llevar a cabo, sin embargo, una investigación automática de la curva característica para determinar un punto de inflexión significativo.

Se conoce a partir del documento EP 1 398 687 A2 un procedimiento para la supervisión del funcionamiento de una instalación fotovoltaica, en el que se registra de la misma manera una curva característica de la corriente y de la tensión. En este caso, se compara la curva característica registrada con una curva característica teórica e identifica una desviación como error de funcionamiento. Sin embargo, no se lleva a cabo aquí tampoco una investigación de un punto de inflexión significativo en la curva característica para el reconocimiento de un fallo o de un sombreado de una parte de un módulo.

Por lo tanto, un cometido de la invención es indicar un procedimiento así como un dispositivo, que evita una necesidad de la evaluación del estado de toda la instalación a través del operador. Otro cometido de la invención es ofrecer una solución, a través de la cual se puede prescindir de una instalación de medición adicional para la medición de una curva característica del generador.

El cometido se soluciona con un procedimiento para la diagnosis de generadores fotovoltaicos de una instalación fotovoltaica durante un funcionamiento de alimentación, en el que un generador fotovoltaico presenta varios módulos solares conectados entre sí y una curva característica del generador de la corriente y de la tensión, en el que un módulo solar presenta varias células solares conectadas entre sí. Las células solares de un módulo solar pueden presentar, además, diodos de derivación. Se mide al menos una parte de la curva característica del generador fotovoltaico de forma repetida a intervalos cortos y luego se emite una primera instrucción de mantenimiento automatizada, en el caso de que al menos una parte de la curva característica del generador medida presente al menos un punto de inflexión. Se emite una segunda instrucción de mantenimiento, en el caso de que una parte de la curva característica del generador no alcance una curva característica límite operativa predeterminada al menos en un punto.

Se puede determinar especialmente por cálculo el punto máximo de la potencia en la curva característica del generador y luego se puede emitir una tercera instrucción de mantenimiento, en el caso de que no se alcance un punto de potencia límite máximo normalizado predeterminado.

Adicionalmente, se puede medir la temperatura actual de las células solares y/o la intensidad de la radiación espectral actual para la normalización de una parte medida actualmente de la curva característica del generador. La parte medida de la curva característica del generador se puede normalizar, por ejemplo, a una temperatura de las células solares de 298 K con una intensidad de la radiación espectral de 1000 W/m^{2} sobre la base de un espectro AM 1,5 de acuerdo con la Norma IEC 904-3, Parte III.

En el procedimiento de acuerdo con la invención se mide como al menos una parte de la curva característica del generador fotovoltaico la zona alrededor del punto de potencia máxima sobre la curva característica del generador. Se pueden medir también zonas sobre la curva característica del generador con una curvatura fuerte, estando una zona con curvatura fuerte alrededor del punto de potencia máxima. Además, los generadores fotovoltaicos se pueden accionar durante el funcionamiento de alimentación y fuera de los periodos de tiempo de medición con preferencia en el punto de potencia máxima sobre la curva característica del generador. Para la medición de al menos una parte de la curva característica del generador se puede ajustar una potencia de alimentación eléctrica predeterminada de la red como carga activa para los generadores fotovoltaicos.

El cometido se soluciona, además, con un vibrador solar para la alimentación en una red eléctrica, especialmente una red de tensión alterna monofásica o trifásica de 50 Hz o bien de 60 Hz. El vibrador solar presenta un lado de entrada para la conexión de al menos un generador fotovoltaico, un lado de salida para la alimentación de la red así como al menos un acumulador de energía, diodos y conmutadores de semiconductores para la generación de la tensión alterna o bien de las tensiones alternas del lado de salida. Los conmutadores de semiconductores pueden ser, por ejemplo, transistores MOSFET o IGBT. El vibrador solar presenta una unidad electrónica de procesamiento de datos, como por ejemplo un microcontrolador o un microordenador, al menos para la activación de los conmutadores de semiconductores así como medios de medición al menos para la detección de las variables eléctricas de entrada y de salida para el control o bien para la regulación del vibrador solar.

De acuerdo con la invención, los conmutadores de semiconductores se pueden activar a través del microcontrolador, de manera que se puede conectar al menos una parte de una curva característica del generador de la corriente y de la tensión de un generador fotovoltaico medido. En este caso, los conmutadores de semiconductores se pueden activar a través del microcontrolador, de tal forma que se puede ajustar una potencia de alimentación de la red eléctrica predeterminada, que actúa entonces como una carga regulable para el generador fotovoltaico.

Los conmutadores de semiconductores se pueden activar, además, a través del microcontrolador, de manera que se puede ajustar una potencia de alimentación de la red eléctrica variable a partir de un punto de potencia máxima en ambas direcciones sobre la curva característica del generador. El microcontrolador puede presentar medios de salida para una primera instrucción de mantenimiento, en el caso de que al menos una parte de la curva característica del generador medida presente al menos un punto de inflexión. Además, el vibrador solar puede presentar medios de comparación y de salida para una segunda y una tercera instrucción de mantenimiento para la realización del procedimiento. Además, el vibrador solar puede disponer de una posibilidad de conexión para la conexión de un sensor de temperatura y/o de un sensor de la intensidad de la radiación para un generador fotovoltaico, así como de medios de comparación y de salida para todas las instrucciones de mantenimiento para la realización de los procedimientos.

Por último, el cometido se soluciona con una instalación fotovoltaica para la alimentación en una red eléctrica con al menos un vibrador solar con al menos un generador fotovoltaico conectado en el mismo. En este caso, los vibradores solares respectivos pueden estar conectados en cuanto a la técnica de datos con un plano de guía de las instalaciones para el control central y la guía de funcionamiento de la instalación fotovoltaica, entre otras cosas para la transmisión de las instrucciones de mantenimiento de los vibradores solares respectivos.

Por lo tanto es posible de una manera ventajosa la salida de instrucciones de mantenimiento automáticas al operador de una instalación fotovoltaica, en el caso de que exista un sombreado, una contaminación excesiva, un fallo o una degradación de la potencia de al menos un generador fotovoltaico.

Una ventaja es, además, que solamente debe solicitarse personal de mantenimiento caro cuando ha llegado una instrucción de mantenimiento correspondiente al operador.

Además, de una manera ventajosa, en el marco de una puesta en servicio de una instalación fotovoltaica, se puede reconocer de forma inmediata un generador fotovoltaico ya erróneo y entonces éste puede ser sustituido.

Otra ventaja es que como carga activa para la medición de la curva característica de un generador fotovoltaico se pueden utilizar los componentes semiconductores y los medios de medición ya existentes de un vibrador solar. Éstos son especialmente los conmutadores de semiconductores para la dirección de cambio y los medidores de la corriente y de la tensión para las variables de entrada eléctricas del vibrador solar.

Por último, se puede prescindir de una manera ventajosa de la instalación de medición externa para la medición de la curva característica del generador.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de las figuras siguientes: En este caso:

La figura 1 muestra un ejemplo de una estructura de una instalación fotovoltaica, con una instalación de medición para la medición de una curva característica de un generador fotovoltaico de acuerdo con el estado de la técnica.

La figura 2 muestra un ejemplo de una estructura de una instalación fotovoltaica con un vibrador solar de acuerdo con la invención, que presenta medios adicionales para la medición de una curva característica de un generador fotovoltaico y de medios de comparación y de salida para instrucciones de mantenimiento.

La figura 3 muestra un ejemplo de un patrón de impulsos para la activación de los conmutadores de semiconductores de un vibrador solar.

La figura 4 muestra un ejemplo de curvas características del generador de la corriente y de la tensión de un generador fotovoltaico, que presenta cuatro módulos solares conectados de acuerdo con el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 2 y un ejemplo de un punto de inflexión, y

La figura 5 muestra ejemplos de curvas características de un generador en función de la temperatura de las células solares y de la intensidad de la radiación, una curva característica normalizada correspondiente del generador y una curva característica límite operativa.

La figura 1 muestra una estructura ejemplar de una instalación fotovoltaica PAS, con una instalación de medición MV para la medición de una curva característica de un generador fotovoltaico PV de acuerdo con el estado de la técnica. En este caso, ha sido seleccionada una estructura de medición especialmente sencilla para la explicación del principio de medición. En las figuras 4 y 5 se representan ejemplos de curvas características de un generador.

En una operación de alimentación, un generador fotovoltaico PV está conectado con un vibrador solar WRS a través de un conmutador S en la posición del conmutador P1, de manera que se posibilita una alimentación en el lado de salida en una red eléctrica U_{N}. El generador fotovoltaico PV está constituido en el ejemplo de la figura, para mayor simplicidad, por un circuito en paralelo de dos circuitos en serie que están constituidos en cada caso por dos módulos solares SM1-SM4. Los módulos solares SM1-SM4 de un generador fotovoltaico PV pueden presentar en este caso una pluralidad de células solares, que están conectadas habitualmente como "String" en serie y que están dispuestas en forma de meandro. Para evitar pérdidas de alimentación excesivamente grandes, se conecta, por ejemplo, a través de una parte del "String" del módulo solar SM1-SM4, como por ejemplo entre dos meandros de un "String", un diodo de derivación D1-D4, de manera que el fallo de una o varias células solares en un "String" no conduce a un fallo de todo el "String". Las interconexión de las células solares por medio de diodos de derivación D1-D4 se representa, para mayor simplicidad, a modo de ejemplo, a través de un diodo de derivación D1-D4 para cada módulo solar SM1-SM4. Además, se representan en la figura la tensión US que se encuentra en el generador fotovoltaico PV así como la corriente eléctrica IS correspondiente.

En un modo de medición, a través de la conmutación del conmutador S a la posición P2 del conmutador se puede medir una curva característica del generador de la corriente y de la tensión, que es característica para el generador fotovoltaico PV respectivo. A tal fin sirve una carga óhmica RL variable representada a modo de ejemplo, que permite "recorrer" la curva característica del generador desde el cortocircuito (RL = 0\Omega) hasta la carga en vacío (RL = \propto\Omega). Para cada punto de la carga se puede medir entonces la corriente IS respectiva y la tensión US respectiva por medio de un medidor de la corriente y de la tensión (A, V).

En la práctica, se prescinde del conmutador S y se dispone un componente electrónico, como por ejemplo un Transistor FET, en paralelo a la alimentación en el vibrador solar WRS. Éste es activado entonces para la regulación de la carga óhmica deseada. La activación se puede llevar a cabo, por ejemplo, a través de una salida digital/analógica de un ordenador de medición.

La figura 2 muestra un ejemplo de una estructura de una instalación fotovoltaica PA con un vibrador solar WR de acuerdo con la invención. El vibrador solar WR presenta en este caso medios adicionales para la medición de una curva característica de un generador fotovoltaico PV, medios de comparación y medios de salida BUS para instrucciones de mantenimiento WH1-WH3. Los medios mencionados anteriormente se pueden realizar, por ejemplo, a través de un microcontrolador MC programable representado en la figura 2. De una manera adicional, se pueden emitir, además de las instrucciones de mantenimiento WH1-WH3, también curvas características medidas del generador de los vibradores solares WR respectivos. Los medios de salida BUS pueden ser, por ejemplo, una comunicación de datos, como por ejemplo una comunicación de bus por cable o por radio. Las instrucciones de mantenimiento WH1-WH3 y/o las curvas características del generador se pueden transmitir también en un plano de guía de las instalaciones de orden superior para el control central y la guía del funcionamiento de la instalación fotovoltaica. Un ordenador de guía posible del plano de guía de las instalaciones puede asumir en este caso de una manera centralizada el control y la guía de funcionamiento, el procesamiento posterior de las instrucciones de mantenimiento WH1-WH3 así como una comparación de las curvas características transmitidas del generador con curvas características límite funcionales depositadas.

De esta manera es posible de forma ventajosa la salida de instrucciones de mantenimiento automáticas WH1-WH3 en el operador de una instalación fotovoltaica PA, en el caso de que esté presente un sombreado, una contaminación excesiva, un fallo o una degradación de la potencia de una o varias células solares SM1-SM4 de un generador fotovoltaico PV. El plano de guía de la instalación puede controlar en este caso de nuevo una pluralidad de vibradores solares WR dispuestos de forma distribuida que, por su parte, son alimentados por generadores fotovoltaicos PV.

De una manera ventajosa, solamente debe solicitarse personal de mantenimiento caro cuando ha entrado una instrucción de mantenimiento WH1-WH3 correspondiente en el operador.

De acuerdo con la invención, el vibrador solar WR presenta un lado de entrada +, - para la conexión de al menos un generador fotovoltaico PV, un lado de salida L, N para la alimentación de la red UN así como al menos un acumulador de energía W, C, diodos D11, D12 así como conmutadores de semiconductores S1-S5 para la generación de la tensión alterna en el lado de salida. Los conmutadores de semiconductores S1-S5 pueden ser, por ejemplo, transistores MOSFET o IGBT.

En el ejemplo de la figura 3, se representa a tal fin un ejemplo de un patrón de impulsos para la activación de los conmutadores de semiconductores S1-S5 de un vibrador solar WR. La activación modulada en la amplitud del impulso de los conmutadores de semiconductores S1, S2 conduce en este caso a una conversión ascendente de la tensión de entrada US con la ayuda de los dos acumuladores de energía C y W. Los conmutadores de semiconductores S2-S5 conmutan entonces las semiondas de forma sinusoidal generadas como "inversores polares" a la salida L, N. Un condensador de filtro CF sirve finalmente para el filtrado de la tensión de salida U_{N}.

El vibrador solar WR presenta, además, en el ejemplo de la figura 2 un microcontrolador MC como unidad de procesamiento de datos al menos para la activación de los conmutadores de semiconductores S1-S5. Los medios de medición A, V sirven en este caso para el registro de las variables eléctricas de entrada y de salida IS, US, U_{N} para el control o bien para la regulación del vibrador solar WR. De acuerdo con la invención, los conmutadores de semiconductores S1-S5 se pueden activar a través del microcontrolador MC, de manera que se puede medir al menos una parte de la curva característica del generador de la corriente y de la tensión de un generador fotovoltaico PV conectado. En este caso, los conmutadores de semiconductores S1-S5 pueden ser activados a través del microcontrolador MC, de manera que se puede regular una potencia eléctrica predeterminada de la alimentación de la red, que actúa entonces como una carga RL regulable para el generador fotovoltaico PV.

Los conmutadores de semiconductores S1-S5 ya presentes así como los medios de medición A, V del vibrador solar WR se pueden utilizar en este caso de una manera ventajosa para la medición de la curva característica de un generador fotovoltaico PV. De esta manera, se puede prescindir de forma ventajosa de una instalación de medición MV adicional o bien de varias instalaciones de medición MV en los generadores fotovoltaicos PV dispuestos a distancia entre sí.

Los conmutadores de semiconductores S1-S5 pueden ser activados, además, a través del microcontrolador MC, de manera que se puede regular una potencia de alimentación eléctrica variable de la red a partir de un punto de potencia máxima en ambas direcciones sobre la curva característica del generador. El microcontrolador MC presenta en el ejemplo de la presente figura 2 unos medios de salida BUS para una primera instrucción de mantenimiento WH1, en el caso de que al menos una parte de la curva característica medida del generador presente al menos un punto de inflexión. Además, el vibrador solar WR puede presentar una posibilidad de conexión para un sensor de temperatura TS y/o un sensor de la intensidad de la radiación ES para el generador fotovoltaico PV representado a modo de ejemplo así como los medios de comparación y los medios de salida para las primeras a terceras instrucciones de mantenimiento WH1-WH3. De una manera sustitutiva, en lugar de varios generadores fotovoltaicos PV se puede utilizar también sólo un sensor TS, ES, en el caso de que éstos posean la misma alineación con respecto a la radiación solar. Los valores de medición T, \varepsilon respectivos pueden ser detectados también, por ejemplo, por el microcontrolador MC. De esta manera, las curvas características del generador KL1-KL3, KLF medidas se pueden reproducir por cálculo en una curva característica normalizada del generador KL0. Los valores de referencia T_{0} o bien \varepsilon_{0}, que son necesarios para una normalización por cálculo, pueden estar depositados en este caso, por ejemplo, en el microcontrolador MC. Los medios de comparación sirven para una comparación siguiente entre una curva característica normalizada del generador KL0 calculada actualmente con una curva característica límite KLOV operativa depositada, además, en el microcontrolador MC.

La figura 4 muestra un ejemplo de una curva característica normalizada del generador de la corriente y de la tensión KL0 de un generador fotovoltaico PV para un funcionamiento libre de interferencias así como una curva característica ya normalizada de la misma manera del generador de la corriente y de la tensión KLF para un caso de funcionamiento perturbado con un punto de inflexión KN ejemplar.

La curva característica del generador KL0 resulta a partir de una superposición de cuatro curvas características parciales del generador KLSM1-KLSM4 de los cuatro módulos solares SM1-SM4 interconectados de acuerdo con el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 2, la curva característica del generador KLF afectada por interferencias a partir de una superposición de las curvas características parciales del generador KLSM1-KLSM3 libres de interferencias y una curva característica parcial del generador KLSM4' afectada por interferencias. La adición de las curvas características parciales individuales del generador KLSM1-KLSM4, KLSM4' se lleva a cabo en este caso de acuerdo con las reglas de Kirchhoff. Sobre la abscisa se representa la tensión US respectiva que cae en el generador fotovoltaico PV, sobre la ordenada se registra la corriente IS correspondiente. IG designa en este caso en el diagrama la corriente de cortocircuito IG a través de todo el generador de la corriente fotovoltaica PV. USM o bien 2USM es la tensión de marcha en vacío correspondiente en un módulo solar SM1-SM4 o bien toda la tensión de marcha en vacío que se aplica en los dos circuitos en serie que están constituidos por los módulos solares SM1, SM2 y SM3, SM4.

La aparición del punto de inflexión KN ya mencionado anteriormente se muestra de forma clara a través de una superposición gráfica de las curvas características parciales del generador KLSM1-KLSM3, KLSM4'. A tal fin, se supone que el módulo solar SM4 está desconectada hasta la mitad y, por lo tanto, éste solamente puede proporcionar la mitad de la corriente del módulo solar ISM. En el caso de tensiones pequeñas del módulo solar, el módulo solar SM3 determina la corriente a través de los módulos solares SM3 y SM4, en cambio el módulo solar SM4 determina la corriente en el caso de corrientes grandes del módulo solar. Para mayor simplicidad, se ha omitido la tensión de paso que cae a través de los diodos de derivación D1-D4.

De acuerdo con la invención, al menos una parte de la curva característica del generador fotovoltaico PV se puede medir A, V de forma repetida a intervalos de tiempo cortos, y luego se puede emitir una primera instrucción de mantenimiento WH1 automática, en el caso de que al menos una parte de la curva característica medida del generador KLF presente al menos un punto de inflexión KN.

De este modo, es posible de una forma ventajosa el reconocimiento de un sombreado, de una contaminación local excesiva o el reconocimiento de un fallo de una o varias células solares de al menos un módulo solare SM1-SM4 de un generador fotovoltaico PV durante el funcionamiento durante una puesta en servicio de una instalación fotovoltaica PA.

La figura 5 muestra a modo de ejemplo grupos de curvas características KL1-KL3 del generador, que se deforman en función de la temperatura de las células solares T y de la intensidad de la radiación \varepsilon, así como la curva característica normalizada del generador KLO respectiva de acuerdo con la figura 4 y una curva característica límite operativa KLOV. Las curvas ISO, ISOV o bien VS0, VS0V designan las corrientes de cortocircuito y las corrientes de marcha en vacío, respectivamente, registradas para las dos curvas características del generador KL0 y KL0V, respectivamente. De una manera adicional, en las curvas características respectivas del generador se registra el punto de potencia máxima MPP, MPP0, MPP0V. En este "punto de trabajo" domina la adaptación, es decir, que es posible una extracción máxima de la potencia eléctrica a partir del generador fotovoltaico PV. La potencia eléctrica respectiva de un punto sobre la curva característica del generador se puede determinar por cálculo a través de la formación del producto del valor actual de la corriente y de la tensión IS, US.

La curva característica del generador KL1 muestra también de nuevo para ilustración en qué dirección se deforman las curvas características del generador a medida que se incrementan los valores para la intensidad de la radiación \varepsilon. KL2 muestra la deformación de las curvas características del generador a medida que se elevan las temperaturas T.

De acuerdo con la invención, se puede emitir ahora una segunda instrucción de mantenimiento WH2, en el caso de que una parte de la curva característica del generador KL1-KL3, KLF no alcance una curva característica límite operativa KL0V normalizada predeterminada el menos en un punto (ver la figura 5). Además. De acuerdo con la invención, como ya se ha mostrado, se puede determinar el punto de potencia máximo MPP0 sobre la curva característica del generador y luego se puede emitir una tercera instrucción de mantenimiento WH3, en el caso de que no se alcance un punto de potencia límite máximo MPP0V normalizado predeterminado. De esta manera, se puede detectar de una forma ventajosa una degradación de la potencia o una contaminación excesiva de la superficie de los generadores fotovoltaicos PV a través de una comparación automática.

Además, de acuerdo con la invención, se puede medir la temperatura T actual de las células solares y/o la intensidad de la radiación espectral actual \varepsilon para la normalización de una parte actualmente medida de la curva característica del generador. La parte medida de la curva característica del generador puede estar normalizada, además, de acuerdo con la invención, a una temperatura T_{0} de 298K con una intensidad de la radiación espectral \varepsilon_{0} de 1000 W/m^{2} sobre la base de un espectro AM 1,5 de acuerdo con la Norma IEC 904-3, Parte III.

De esta manera, es posible de una forma ventajosa una evaluación en gran medida independiente de las influencias actuales del medio ambiente como la radiación solar y la temperatura y, por lo tanto, más exacta de acuerdo con la técnica de medición, de las curvas características medidas del generador KL1-KL3, KLF. De esta manera, se puede conseguir, además, una fiabilidad ventajosamente más alta con respecto a las instrucciones de mantenimiento WH1-WH3 a emitir.

De acuerdo con la invención, se puede medir la zona en torno al punto de potencia máxima MPP, MPP0 sobre la curva característica del generador KL1-KL3, KLF como al menos una parte de la curva característica del generador KL1-Kl3, KLF del generador fotovoltaico PV. En particular, se "evita" la zona con tensiones reducidas del generador US, con el fin de mantener una alimentación eléctrica propia de un vibrador solar WR con una tensión mínima. De esta manera, se puede prescindir de una forma ventajosa de un almacenamiento temporal de la alimentación de energía.

Se puede medir también adicionalmente como al menos una parte de la curva característica del generador KL1-KL3, KLF del generador fotovoltaico PV la zona con una curvatura fuerte sobre la curva característica del generador KL1-KL3, KLF. Una zona con curvatura fuerte puede ser, por ejemplo, la zona en torno al punto de potencia máxima MPP, MPP0. Otras zonas son, por ejemplo, los puntos de inflexión KN mencionados anteriormente, que se pueden observar, por ejemplo, de acuerdo con la técnica de medición con una manifestación todavía reducida. Para la medición de al menos una parte de la curva característica del generador KL1-KL3, KLF se puede regular una potencia eléctrica de alimentación de la red predeterminada como carga RL actual para los generadores fotovoltaicos PV. La potencia de alimentación variable de la red actúa en este caso como una carga eléctrica variable de los generadores fotovoltaicos PV. La potencia de alimentación operativa y con preferencia máxima MPP se reduce entonces para la medición solamente durante intervalos de tiempo muy cortos en el intervalo de milisegundos.

Con ello va unida la ventaja de que, por una parte, se investigan con preferencia las zonas de la curva característica del generador para determinar en cuáles son previsibles modificaciones significativas en el caso de interferencias.

Otra ventaja es que a través de una potencia de alimentación de la red predeterminada durante la medición de una parte de la curva característica del generador no aparece calor de pérdida que se produce en otro caso en la instalación de medición MV y, por lo tanto, no es necesario disiparlo. En su lugar, esta potencia de pérdida no se pierde debido a la alimentación eléctrica en la red U_{N}.

Por último, de acuerdo con la invención, se accionan los generadores fotovoltaicos PV durante el modo de alimentación y fuerza de los periodos de tiempo de medición con preferencia en el punto de potencia máxima MPP, MPP0 sobre la curva característica del generador KL1-KL3, KLF, de manera que se posibilita de una forma ventajosa un funcionamiento económico máximo de la instalación fotovoltaica PA.

Claims (16)

1. Procedimiento para la diagnosis de generadores fotovoltaicos (PV) de una instalación fotovoltaica (PA) durante un funcionamiento de alimentación, en el que un generador fotovoltaico (PV) presenta uno o varios módulos solares (SM1-SM4) y una curva característica del generador de la tensión y de la corriente (KL1-KL3, KLF) respectiva, en el que un módulo solar (SM1-SM4) presenta varias células solares conectadas entre sí, y en el que se mide al menos una parte de la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF) del generador fotovoltaico (PV), caracterizado porque se emite una primera instrucción de mantenimiento (WH1) automática, en el caso de que al menos una parte de la
curva característica medida del generador de la corriente y de la tensión presente al menos un punto de inflexión (KN).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se emite una segunda instrucción de mantenimiento (WH2) automática, en el caso de que al menos una parte de la curva característica del generador no alcance una curva característica límite operativa (KLOV) predeterminada al menos en un punto.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que se determina el punto de potencia máxima (MPP) sobre al menos una parte de la curva característica del generador y entonces se emite una tercera instrucción de mantenimiento (WH3), en el caso de que no se alcance un punto de potencia límite máximo (MPP0V) predeterminado.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que se mide una temperatura actual (T) de las células solares y/o una intensidad de la radiación espectral (\varepsilon) actual para la normalización (KL0) de una parte medida actualmente de la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF).

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la normalización (KL0) se lleva a cabo a una temperatura (T_{0}) de 198K con una intensidad de la radiación espectral (\varepsilon_{0}) de 1000 W/m^{3} sobre la base de un espectro AM 1,5 de acuerdo con la Norma IEC 904-3, parte III.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que como al menos una parte de la curva característica medida actualmente y, dado el caso, normalizada del generador (KL1-KL3, KLF, KL0) del generador fotovoltaico (PV) se miden zonas con curvatura fuerte sobre la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF, KL0).

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que una zona con curvatura fuerte se encuentra en torno al punto de potencia máxima (MPP, MPP0).

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los generadores fotovoltaicos (PV) son accionados durante el modo de alimentación y fuera de los periodos de tiempo con preferencia en el punto de potencia máxima (MPP, MPP0) sobre la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF, KL0).

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que para la medición de al menos una parte de la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF) se regula una potencia de alimentación eléctrica de la red predeterminada como carga activa para los generadores fotovoltaicos (PV).

10. Vibrador solar (WR) para la alimentación en una red eléctrica (U_{N}) especialmente en una red de tensión alterna monofásica o trifásica de 50 Hz o bien 60 Hz, con

a)

un lado de entrada (+, -) para la conexión de al menos un generador fotovoltaico (PV) que presenta uno o varios módulos solares (SM1-SM4),

b)

un lado de salida (L, N) para la alimentación de la red (U_{N}),

c)

al menos un acumulador de energía (W, C), diodos (D11, D12) y conmutadores de semiconductores (S1-S5) para la generación de la tensión alterna o bien de las tensiones alternas (U_{N}) del lado de salida,

d)

un microcontrolador (MC) al menos para la activación de los conmutadores de semiconductores (S1-S5), y

e)

medios de medición (A, V) al menos para la detección de las variables eléctricas de entrada y de salida (IS, US, U_{N}) para el control del vibrador solar (WR),

caracterizado por el microcontrolador (MC), que activa el conmutador de microcontroladores (S1-S5), porque se puede medir al menos una parte de una curva característica de la corriente y de la tensión (KL1-KL3, KLF) del generador fotovoltaico (PV), y por medios de salida (BUS) para una primera instrucción de mantenimiento (WH1), en el caso de que al menos una parte de la curva característica medida del generador (KL1-KL3, KLF) presente al punto de inflexión (KN).

11. Vibrador solar (WR) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los conmutadores de semiconductores (S1-S5) se pueden activar de tal forma que se puede regular una potencia de alimentación eléctrica predeterminada de la red.

12. Vibrador solar (WR) de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que el microcontrolador (MC) activa los conmutadores de semiconductores (S1-S5) de tal forma que se puede regular una potencia de alimentación eléctrica variable de la red a partir de un punto de potencia máxima (MPP) en ambas direcciones sobre la curva característica del generador (KL1-KL3, KLF).

13. Vibrador solar (WR) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 10 a 12 con medios de comparación y medios de salida (BUS) para una segunda y una tercera instrucción de mantenimiento (WH2, WH3) para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3.

14. Vibrador solar (WR) de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13,

a)

con una posibilidad de conexión para un sensor de temperatura (TS) y/o un sensor de la intensidad de la radiación (ES) para un generador fotovoltaico (PV), y

b)

con medios de comparación y medios de salida (BUS) para instrucciones de mantenimiento (WH1-WH3) para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.

15. Instalación fotovoltaica (PA) para la alimentación en una red eléctrica (U_{N}) con al menos un vibrador solar (WR) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 10 a 14 con al menos un generador fotovoltaico (PV) conectado.

16. Instalación fotovoltaica (PA) de acuerdo con la reivindicación 15, en la que los vibradores solares (WR) respectivos están conectados en cuanto a la técnica de datos (BUS) con un plano de guía de las instalaciones para el control central y la guía de funcionamiento de la instalación fotovoltaica (PA), entre otras cosas para la transmisión de las instrucciones de mantenimiento (WH1-WH3) y/o de curvas características medidas del generador (Kl1-KL3, KLF) de los vibradores solares (WR) respectivos para la emisión central de instrucciones de mantenimiento (WH1-WH3).