ES1248244U - Sistema de monitorización para una instalación de paneles fotovoltaicos - Google Patents
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Abstract
Sistema (1) de monitorización para una instalación (2) de paneles fotovoltaicos (3) que comprende: a. unos medios de detección (4) de la corriente (i1, i2, i3,...,i9) generada por paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección adaptados para conectarse a paneles fotovoltaicos de una instalación dispuestos adyacentes entre sí formando una agrupación (5) de paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección provistos de unos medios de comunicación cliente (6a); y b. una estación de control (7) provista de unos medios de comunicación servidor (6b) adaptados para conectarse con los medios de comunicación cliente de los medios de detección; estando el sistema caracterizado porque los medios de comunicación cliente (6a) y los medios de comunicación servidor (6b) están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo (LPWAN) inalámbrica; y estando los medios de detección adaptados para calcular valores promedio {IMAGEN-01} de corrientes (i1, i2, i3,...,i9) detectadas de los paneles fotovoltaicos de la agrupación; calcular la media {IMAGEN-02} de estos valores promedio; y proporcionar una alarma a la estación de control (7) si el valor promedio de uno de los paneles fotovoltaicos difiere un margen de seguridad predeterminado (Δi) de la media de los valores promedio calculados.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de monitorización para una instalación de paneles fotovoltaicos
Sector técnico de la invención
El sistema de monitorización de la presente invención es de los que permite monitorizar el funcionamiento de los paneles fotovoltaicos de una instalación y así poder planificar el mantenimiento de los paneles fotovoltaicos.
Antecedentes de la invención
En una instalación fotovoltaica es importante monitorizar el funcionamiento de los paneles fotovoltaicos que conforman la instalación, para así poder planificar tareas de mantenimiento en los paneles fotovoltaicos que tengan un rendimiento anómalo. Estas tareas de mantenimiento pueden ser desde la limpieza de paneles fotovoltaicos sucios hasta la sustitución de paneles fotovoltaicos dañados.
Son conocidos sistemas de monitorización para instalaciones de paneles fotovoltaicos en los que se comparan de manera centralizada en una estación de control las corrientes generadas por los diferentes paneles fotovoltaicos respecto diferentes valores de referencia, usualmente obtenidos de sensores dispuestos junto a los paneles fotovoltaicos, de modo que si se detecta una diferencia entre una la corriente generada por alguno de los paneles fotovoltaicos y su valor de referencia, se procede a su revisión y realización de las correspondientes tareas de mantenimiento.
En estos sistemas conocidos, es necesario proporcionar las lecturas de las corrientes instantáneas generadas por los diferentes paneles a la estación de control. Debido a que las instalaciones de paneles fotovoltaicos tienen grandes extensiones, es usual utilizar medios de detección de la corriente generada por los diferentes paneles fotovoltaicos y enviar las lecturas a la estación de control para su posterior procesado. No obstante, debido al gran volumen de datos, estas comunicaciones se tienen que realizar mediante sistemas por cable o mediante sistemas inalámbricos de banda ancha, que tienen un gran consumo energético y corto alcance. En muchos casos, el uso de sistemas inalámbricos es inviable ya que por un lado implica proporcionar mayores fuentes de energía a los medios de detección, que usualmente están en zonas remotas; y por otro precisa establecer una red de repetidores entre los medios de detección y la estación de control, o varias pasarelas hacía la estación de control, lo que desaconseja el uso de sistemas de comunicación inalámbricos, aunque serían altamente
útiles.
Es por tanto un objetivo de la presente invención dar a conocer un sistema de monitorización para una instalación de paneles fotovoltaicos que mediante una comunicación inalámbrica permita determinar el estado de los paneles de la instalación de manera centralizada.
Explicación de la invención
El sistema de monitorización para una instalación de paneles fotovoltaicos de la presente invención es de los que comprende unos medios de detección de la corriente generada por paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección adaptados para conectarse a unos paneles fotovoltaicos de la instalación dispuestos adyacentes entre sí formando una agrupación de paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección provistos de unos medios de comunicación cliente; y una estación de control provista de unos medios de comunicación servidor adaptados para conectarse con los medios de comunicación cliente de los medios de detección.
En esencia, el sistema se caracteriza por que los medios de comunicación cliente y los medios de comunicación servidor están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo inalámbrica. Concretamente los medios de comunicación cliente y los medios de comunicación servidor pueden directamente formar parte de esta red de área local de bajo consumo, aunque también es posible que haya elementos intermedios en la red, tales como repetidores o pasarelas -gateways-, que establezcan la comunicación inalámbrica con los medios de comunicación cliente de los medios de detección, estando los medios de comunicación servidor conectados a la red a través de estas pasarelas. El sistema también se caracteriza porque los medios de detección están adaptados para calcular valores promedio de las corrientes previamente detectadas en cada panel fotovoltaico de la agrupación; calcular la media de estos valores promedio; y proporcionar una alarma a la estación de control si el valor promedio de un panel fotovoltaico difiere un margen de seguridad predeterminado de la media de los valores promedio calculados.
Debido a que las instalaciones de paneles fotovoltaicos tienen usualmente una gran extensión, y están a su vez formadas por agrupaciones extensas de paneles fotovoltaicos, mediante el sistema de la presente invención se consigue poder monitorizar de manera centralizada y simultáneamente todos los paneles fotovoltaicos que forman parte de una misma instalación, sin precisar un cableado específico para la transmisión de datos, permitiendo la comunicación entre los medios de detección y la estación de control, aunque
se encuentran a gran distancia.
Ventajosamente, como que la comparación y procesado de las diferentes corrientes se realiza en los medios de detección, solamente es necesario proporcionar a la estación de control las alertas en relación a los paneles fotovoltaicos que tienen un rendimiento anómalo, usualmente los que generan una corriente inferior a la esperada, sin que sea necesario enviar todas las lecturas de las corrientes. De esta manera, al no tener que enviar todas las lecturas de las corrientes se consigue reducir drásticamente la cantidad de información que tiene que transmitirse a través de la red, por lo que ventajosamente puede utilizarse una conexión de red de área local de bajo consumo inalámbrica, que aunque permite un alcance mucho mayor que las redes inalámbricas convencionales, tiene una velocidad de transmisión mucho menor que estas redes inalámbricas convencionales, por ejemplo de 0,3 kbps a 50 kbps por canal, por ejemplo mediante una red basada en módems LoRa. Naturalmente, se pueden utilizar los protocolos de comunicación sobre esta red de área local de bajo consumo que sean más convenientes, por ejemplo, un protocolo de comunicaciones basado en servicios web. Además, se prevé que la estación de control esté provista de otros interfaces que permitan conexiones a la estación de control desde otras redes, como por ejemplo una red de área local o Internet, para poder consultar desde otros equipos el estado de los paneles fotovoltaicos. Uno de estos interfaces podría ser por ejemplo un servidor web, permitiendo la conexión de navegadores web desde otros equipos cliente mediante un navegador web a la estación de control para poder conocer el estado de los paneles fotovoltaicos controlados por la estación de control y así poder planificar su mantenimiento.
Se destaca además que los medios de detección permiten determinar errores en el funcionamiento de los paneles fotovoltaicos en relación a los otros paneles fotovoltaicos cercanos conectados a los mismos medios de detección y que forman parte de la misma agrupación. Al estar además los medios de detección adaptados para calcular valores promedio de las corrientes previamente detectadas en cada panel fotovoltaico de la agrupación, se consigue además eliminar variaciones de tipo transitorio y que podrían conllevar notificaciones de un falso error, por ejemplo, debido al paso de nubes o a sombras de animales o vehículos.
Preferentemente, el margen de seguridad predeterminado es superior al 5% de la media calculada de los valores promedio, con lo que se consigue eliminar la mayoría de falsos positivos. Más preferentemente, el margen de seguridad predeterminado es el 10% de la media calculada de los valores promedio, consiguiendo reducir todavía más el número de
falsos positivos. Naturalmente otros márgenes de seguridad predeterminado mayores son posibles, como por ejemplo del 30%.
Además, para eliminar completamente falsos positivos se prevé que los medios de detección estén adaptados para proporcionar una alarma a la estación de control si el valor promedio de un panel fotovoltaico difiere el margen de seguridad predeterminado de la media de los valores promedio calculados un número predeterminado de veces, por ejemplo, la mayoría de veces entre la salida y puesta del sol. También es posible incorporar un retardo programable para que se considere la alarma como tal, este retardo programable puede ser, por ejemplo, de 15 minutos, durante los que el valor promedio de un panel fotovoltaico tiene que diferir del margen de seguridad predeterminado.
En una realización, los medios de detección están adaptados para calcular los valores promedio de la corriente previamente detectada de cada panel fotovoltaico de la agrupación mediante una ventana deslizante, por ejemplo una estructura de datos tipo fifo -primero en entrar, primero en salir, por sus siglas en inglés "first-in first-out”- en la que al introducir periódicamente nuevas corrientes detectadas para cada panel fotovoltaico se eliminan las más antiguas para cada panel fotovoltaico, calculándose entonces los valores promedio a partir de las corrientes almacenadas en la estructura de datos. De esta manera también se consiguen suavizar las fluctuaciones que puedan presentar a corto plazo las corrientes detectadas, por ejemplo, debido a sombras puntuales, permitiendo una mejor identificación de la tendencia a largo plazo. Preferentemente la ventana deslizante comprende la corriente previamente detectada en los paneles fotovoltaicos de la agrupación en los últimos 15 minutos, consiguiéndose corregir fluctuaciones a corto plazo.
En una realización, los medios de detección están adaptados para detectar la corriente generada en cada panel fotovoltaico de la agrupación cada 500 ms, de modo que puedan conseguirse suficientes valores representativos de corriente. Por ejemplo, cuando se usa una ventana deslizante de 15 minutos con una nueva lectura de corriente cada 500ms será necesario una estructura de datos con un vector con 1800 posiciones por panel fotovoltaico.
Se da a conocer también que el sistema puede comprender una pluralidad de medios de detección conectados cada uno con una respectiva agrupación de paneles fotovoltaicos y estando la pluralidad de medios de detección provistos de correspondientes medios de comunicación cliente para conectar con los medios de comunicación servidor de la estación de control.
En una realización, los medios de comunicación cliente y los medios de comunicación servidor están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo inalámbrica según la especificación LoRa.
Breve descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Fig. 1 presenta un sistema de control según la presente invención en una agrupación de paneles fotovoltaicos;
la Fig. 2 presenta un ejemplo de ventana deslizante con corrientes detectadas para los paneles fotovoltaicos presentados en la Fig. 1;
la Fig. 3 presenta el sistema de monitorización de la presente invención en una instalación con más agrupaciones de paneles fotovoltaicos.
Descripción detallada de los dibujos
La Fig. 1 presenta un sistema 1 de monitorización para una instalación 2 de paneles fotovoltaicos 3 según la presente invención, que como se observa comprende unos medios de detección 4 de la corriente i1, i2, i3,...,i9 instantánea generada por paneles fotovoltaicos 3 , en este caso nueve paneles fotovoltaicos 3, estando los medios de detección 4 provistos de unos medios de comunicación cliente 6a; y una estación de control 7 provista de unos medios de comunicación servidor 6b adaptados para conectarse con los medios de comunicación cliente 6a de los medios de detección 4. Naturalmente, los medios de detección 4 tendrán identificados cada uno de los paneles fotovoltaicos 3, conociendo a cuál de ellos corresponde cada una de las corrientes i1, i2, i3,...,i9 instantáneas.
Los medios de detección 4 están adaptados para recibir la conexión de paneles fotovoltaicos 3 de la instalación 2 dispuestos adyacentes entre sí formando una agrupación 5, encontrándose en la realización ilustrada los medios de detección 4 conectados a los nueve paneles fotovoltaicos 3 de una misma agrupación 5 a través de los cables 8 que transportan la corriente i1, i2, i3,...,i9 generada por cada panel fotovoltaico 3 a un conjunto de dispositivos -no representados- que pueden comprender baterías o inversores para su conexión a la red eléctrica. Nótese que para simplificar las figuras tampoco se ha representado el cable de retorno. De esta manera, los medios de detección 4 puede realizar medidas de los valores
instantáneos de las corrientes i1, i2, i3,...,i9 generadas por cada panel fotovoltaico 3 al que están conectados, por ejemplo mediante un conjunto de inductores a través de los que pasan los cables 8 y la electrónica auxiliar correspondiente de modo conocido.
En el sistema 1 presentado, los medios de detección 4 están adaptados para calcular, mediante correspondientes dispositivos electrónicos convencionales, tales como procesadores y memorias, valores promedio T1,T2J3,...,T9 de las corrientes i1, i2, i3,...,i9 detectadas de los paneles fotovoltaicos 3 de la agrupación 5; calcular la media T de estos valores promedio T1,T2,T3,...,T9 ; y proporcionar una alarma a la estación de control 7 si el valor promedio de uno de los paneles fotovoltaicos 3 difiere un margen de seguridad predeterminado Ai de la media T de los valores promedio T1,T2,T3,...,T9 calculados. Se prevé que a partir de esta alarma se permita identificar el panel fotovoltaico 3 que difiere el margen de seguridad predeterminado Ai y, por tanto, que precisa mantenimiento.
Los medios de comunicación cliente 6a y los medios de comunicación servidor 6b están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo LPWAN inalámbrica, de modo que se consiguen realizar transmisiones a gran distancia pero a poca velocidad, es decir, con poco ancho de banda. Esta red de área local de bajo consumo LPWAN puede ser por ejemplo una red LoRa según su especificación 1.0 de junio de 2015. Naturalmente también se prevé que la red de área local de bajo consumo LPWAN sea de otro tipo, por ejemplo Sigfox.
Ventajosamente, como que el procesado de las corriente i1, i2, i3,...,i9 de los diferentes paneles fotovoltaicos 3 de una misma agrupación 5 se realizan en los medios de detección 4 se consigue reducir drásticamente el volumen de información a transmitir a la estación de control 7, siendo solamente necesario proporcionar las alarmas, que pueden incluir un identificador del panel fotovoltaico 3 que ha causado la alarma. Naturalmente estas alarmas pueden transmitirse directamente a la estación de control 7 en el momento que se generan, aunque también podrían quedar almacenadas en los medios de detección 4, por ejemplo en un vector de alarmas en que cada posición del vector sea un bit indicativo si ha habido o no alarma debido a un panel fotovoltaico 3 cuyo identificador se corresponde con la posición del bit en el vector, a la espera de ser proporcionadas a la estación de control 7 cuando los medios de detección 4 reciben de la estación de control 7 una petición del estado de las alarmas. Naturalmente se prevé que los medios de detección 4 permitan también establecer otras alarmas para los paneles fotovoltaicos 3, por ejemplo si se detecta una corriente i1, i2, i3,...,i9 en sentido contrario al esperado en alguno de los paneles fotovoltaicos 3 de la agrupación 5.
Así pues, los paneles fotovoltaicos 3 conectados a los medios de detección 4 podrían identificarse mediante etiquetas de uno a nueve, para una correcta identificación. También se prevé que, si hay más de unos medios de detección 4 en el sistema 1, estos puedan indicar a la estación de control 7 un identificador propio, por ejemplo su dirección física de red (MAC) o dirección de red (IP) de modo que se pueda localizar la agrupación 5 de paneles fotovoltaicos 3.
La Fig. 2 representa una ventana deslizante w a través de la cual los medios de detección 4 están adaptados para calcular los valores promedio T1,T2,T3,...J9 de la corriente i1, i2, i3,...,i9 detectada de cada panel fotovoltaico 3 de la agrupación 5. Como se puede observar la ventana deslizante w es una estructura de datos tipo fifo, es decir, puede verse como un conjunto de vectores, en este caso nueve, en los que periódicamente se añade una nueva lectura instantánea de la corriente i1, i2, i3,...,i9 detectada en cada panel fotovoltaico 3 y se elimina la lectura más antigua que, visto de otra manera, puede considerarse como que se desplaza en el tiempo t. Cada vez que se incorpora un nuevo valor de corriente i1, i2, i3,...,i9 detectado periódicamente por los medios de detección 4 de los cables 8, los medios de detección 4 permiten calcular los valores promedio T1,T2,T3,...,T9 para cada panel fotovoltaico 3 calculando la media aritmética de los elementos de cada vector, según se ilustra en una tabla más adelante.
La ventana deslizante w permite almacenar valores de corriente i1, i2, i3,...,i9 previamente detectada en los paneles fotovoltaicos 3 de la agrupación 5 en los últimos 15 minutos, realizando preferentemente una nueva lectura de los valores instantáneos de corriente i1, i2, i3,...,i9 cada 500ms.
Tras cada cálculo de los valores promedio T1,T2,T3,...,T9, los medios de detección 4 están adaptados para calcular la media T de estos valores promedio T1,T2,T3,...,T9, y calcular la desviación de cada uno de los valores promedio T1,T2,T3,...,T9 de la media T. El sistema 1 permite establecer un margen de seguridad predeterminado Ai representativo de la deviación a partir de la cual se considerará que un panel fotovoltaico 3 presenta un rendimiento anómalo. Típicamente este margen de seguridad predeterminado Ai puede ser de un 30%, aunque se prevé poder ajustar este margen de seguridad predeterminado Ai, típicamente por encima del 5%, por ejemplo estableciendo un margen de seguridad predeterminado Ai del 10% como en el ejemplo ilustrado en la siguiente tabla que presenta parámetros calculados a partir de las corrientes de la ventana deslizante w de la Fig. 2:
Ai = 10%
A partir del ejemplo ilustrado, se observa que uno de los paneles fotovoltaicos 3 presentaría una desviación superior al 10% por lo que se establecerá una alarma para ese panel fotovoltaico 3, por ejemplo, una bandera o flag en un vector de errores que almacene los errores de los paneles fotovoltaicos 3 de la agrupación 5. Naturalmente también pueden establecerse medidas adicionales para asegurar que la alarma no se deba a un falso positivo, por ejemplo establecer la alarma solamente para los paneles fotovoltaicos 3 cuyos valores promedio T1,T2,T3,...,T9 difieren del margen de seguridad predeterminado Ai un número predeterminado de veces o, por ejemplo, que difieren del margen de seguridad predeterminado Ai durante un tiempo de retardo programable que puede ser, por ejemplo, de 15 minutos.
Esta alarma puede proporcionarse inmediatamente a la estación de control 7 mediante la red de área local de bajo consumo LPWAN o puede esperarse a que la estación de control 7 envíe una petición de estado de alarmas a los medios de detección 4 a través también de la red de área local de bajo consumo LPWAN.
Aunque en el ejemplo anterior el sistema 1 solamente consideraba unos únicos medios de detección 4 conectados a la estación de control 7, el sistema 1 puede incorporar una pluralidad de medios de detección 4, conectados cada uno con una respectiva agrupación 5 de paneles fotovoltaicos 3 de la instalación 2, del modo ilustrado en la Fig. 3, donde los cables 8 de los
paneles fotovoltaicos 3 de cada agrupación 5 se han representado de manera unificada. En este caso, cada uno de los medios de detección 4 estará provistos de correspondientes medios de comunicación cliente 6a para establecer comunicación con la estación de control 7 a través de la red de área local de bajo consumo LPWAN y poder comunicar, de manera independiente, las alarmas asociadas a los paneles fotovoltaicos 3 de su agrupación 5.
1
Claims (8)
1. Sistema (1) de monitorización para una instalación (2) de paneles fotovoltaicos (3) que comprende:
a. unos medios de detección (4) de la corriente (i1, i2, i3,...,i9) generada por paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección adaptados para conectarse a paneles fotovoltaicos de una instalación dispuestos adyacentes entre sí formando una agrupación (5) de paneles fotovoltaicos, estando los medios de detección provistos de unos medios de comunicación cliente (6a); y
b. una estación de control (7) provista de unos medios de comunicación servidor (6b) adaptados para conectarse con los medios de comunicación cliente de los medios de detección;
estando el sistema caracterizado por que los medios de comunicación cliente (6a) y los medios de comunicación servidor (6b) están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo (LPWAN) inalámbrica; y estando los medios de detección adaptados para calcular valores promedio (T1,T2,T3,...,T9) de corrientes (i1, i2, i3,...,i9) detectadas de los paneles fotovoltaicos de la agrupación; calcular la media (T) de estos valores promedio; y proporcionar una alarma a la estación de control (7) si el valor promedio de uno de los paneles fotovoltaicos difiere un margen de seguridad predeterminado (Ai) de la media de los valores promedio calculados.
2. Sistema (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios de detección (4) están adaptados para proporcionar una alarma a la estación de control (7) si el valor promedio de uno de los paneles fotovoltaicos difiere un margen de seguridad predeterminado (Ai) que es superior al 5% de la media (T) calculada de los valores promedio (T1,T2,T3,...,T9).
3. Sistema (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios de detección (4) están adaptados para proporcionar una alarma a la estación de control (7) si el valor promedio de uno de los paneles fotovoltaicos difiere un margen de seguridad predeterminado (Ai) que es el 10% de la media (T) calculada de los valores promedio (T1,T2,T3,...,T9).
4. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por
que los medios de detección (4) están adaptados para calcular los valores promedio (T1,T2J3,...J9) de la corriente (i1, i2, i3,...,i9) previamente detectada de cada panel fotovoltaico (3) de la agrupación (5) mediante una ventana deslizante (w).
5. Sistema (1) según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios de detección (4) están adaptados para calcular los valores promedio (T1,T2,T3,...,T9) de la corriente (i1, i2, i3,...,i9) previamente detectada de cada panel fotovoltaico (3) de la agrupación (5) mediante una ventana deslizante (w) que comprende la corriente (i1, i2, i3,...,i9) previamente detectada en los paneles fotovoltaicos (3) de la agrupación (5) en los últimos 15 minutos.
6. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de detección (4) están adaptados para detectar la corriente (i1, i2, i3,...,i9) generada en cada panel fotovoltaico (3) de la agrupación (5) cada 500 ms.
7. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende una pluralidad de medios de detección (4) conectados cada uno con una respectiva agrupación (5) de paneles fotovoltaicos (3) y estando la pluralidad de medios de detección provistos de correspondientes medios de comunicación cliente (6a).
8. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los medios de comunicación cliente (6a) y los medios de comunicación servidor (6b) están adaptados para establecer una conexión de red de área local de bajo consumo (LPWAN) inalámbrica según la especificación LoRa.
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