ES2372518B1 - SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. - Google Patents
SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2372518B1 ES2372518B1 ES200802082A ES200802082A ES2372518B1 ES 2372518 B1 ES2372518 B1 ES 2372518B1 ES 200802082 A ES200802082 A ES 200802082A ES 200802082 A ES200802082 A ES 200802082A ES 2372518 B1 ES2372518 B1 ES 2372518B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- photovoltaic
- irradiance
- elements
- power
- photovoltaic elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- WSGCGMGMFSSTNK-UHFFFAOYSA-M 1-methyl-4-phenyl-1-propan-2-ylpiperidin-1-ium;iodide Chemical compound [I-].C1C[N+](C(C)C)(C)CCC1C1=CC=CC=C1 WSGCGMGMFSSTNK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/66—Regulating electric power
- G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Abstract
Dispositivo de conmutación dedicado a la extracción óptima de energía en generadores fotovoltaicos.#En las instalaciones fotovoltaicas de producción de energía eléctrica se produce una pérdida en la potencia generada cuando las condiciones de operación de los elementos fotovoltaicos interconectados en una misma serie no son idénticas. Esta pérdida de potencia generada, únicamente puede ser compensada cambiando la interconexión de los elementos fotovoltaicos del generador de forma que se optimice la extracción de potencia. Esta es la función de dispositivo de conmutación objeto de esta invención.#Dicho dispositivo está formado por un conjunto de conmutadores controlados, que permite modificar en tiempo real las interconexiones eléctricas entre los elementos fotovoltaicos del generador. El control del conjunto de conmutadores se basa en una estrategia de ecualización de irradiancia, asimismo objeto de esta invención, que determina aquella interconexión de los elementos fotovoltaicos que optimiza la extracción de potencia, y por tanto de energía, de la instalación.Switching device dedicated to the optimal extraction of energy in photovoltaic generators. # In photovoltaic installations for the production of electrical energy there is a loss in the power generated when the operating conditions of the interconnected photovoltaic elements in the same series are not identical. This loss of generated power can only be compensated by changing the interconnection of the photovoltaic elements of the generator so that the power extraction is optimized. This is the function of the switching device object of this invention. # Said device is formed by a set of controlled switches, which allows real-time modification of the electrical interconnections between the photovoltaic elements of the generator. The control of the switch set is based on an irradiance equalization strategy, also object of this invention, which determines that interconnection of the photovoltaic elements that optimizes the extraction of power, and therefore of energy, from the installation.
Description
Dispositivo de conmutación dedicado a la extracción óptima de energía en generadores fotovoltaicos. Switching device dedicated to the optimal extraction of energy in photovoltaic generators.
Estado de la técnica State of the art
Sector de la técnica Technical sector
La invención se enmarca en el ámbito de los sistemas fotovoltaicos de generación de energía eléctrica, con el objetivo de optimizar la potencia extraída y, por tanto, la energía eléctrica producida por estos sistemas. Dichos sistemas constituyen una “cadena de captación y conversión” de la energía proveniente del Sol, a partir de su irradiancia, tal y como se representa esquemáticamente en la Figura 1. Dicha cadena está constituida por: The invention is part of the field of photovoltaic systems for generating electricity, with the aim of optimizing the power extracted and, therefore, the electrical energy produced by these systems. These systems constitute a “chain of capture and conversion” of the energy coming from the Sun, from its irradiance, as schematically represented in Figure 1. This chain is constituted by:
a) Un conjunto de elementos fotovoltaicos (1) eléctricamente interconectados en serie (2) y paralelo (3), que forman el denominado generador fotovoltaico (4). a) A set of photovoltaic elements (1) electrically interconnected in series (2) and parallel (3), which form the so-called photovoltaic generator (4).
b) Un procesador de potencia (5). b) A power processor (5).
c) Un receptor de potencia (6). c) A power receiver (6).
a) El generador fotovoltaico a) The photovoltaic generator
El captador de base en los sistemas fotovoltaicos es la célula solar de material semiconductor en la que tiene lugar el efecto fotovoltaico al incidir en ella la luz solar. Dicho efecto genera una diferencia de potencial eléctrico (voltaje o tensión) en los bornes de los contactos eléctricos de la célula permitiendo la circulación de corriente al conectar una carga. La característica de fuente de potencia de la célula fotovoltaica permite la interconexión eléctrica de las células en serie y en paralelo para constituir un “panel solar”. El comportamiento eléctrico de un panel solar genérico se muestra en las Figuras 2 y 3: la Figura 2a) muestra su relación corriente-tensión bajo distintas irradiancias crecientes The base collector in photovoltaic systems is the solar cell of semiconductor material in which the photovoltaic effect takes place when sunlight affects it. This effect generates a difference in electrical potential (voltage or voltage) in the terminals of the electrical contacts of the cell allowing the circulation of current when connecting a load. The power source characteristic of the photovoltaic cell allows the electrical interconnection of the cells in series and in parallel to constitute a "solar panel". The electrical behavior of a generic solar panel is shown in Figures 2 and 3: Figure 2a) shows its current-voltage relationship under different increasing irradiances
(1) y la Figura 2b) muestra su relación corriente-tensión a distintas temperaturas crecientes (2). Las Figuras 3a) y 3b) muestran, respectivamente, su relación potencia-tensión ante variaciones crecientes de irradiancia (3) y variaciones crecientes de temperatura (4). Las curvas anteriores muestran que las características eléctricas del panel solar dependen de la temperatura y de la irradiancia, presentando un comportamiento de fuente de potencia de corriente continua que presenta un único punto de máxima potencia. (1) and Figure 2b) show its current-voltage relationship at different rising temperatures (2). Figures 3a) and 3b) show, respectively, their power-voltage relationship to increasing variations in irradiance (3) and increasing variations in temperature (4). The previous curves show that the electrical characteristics of the solar panel depend on temperature and irradiance, presenting a behavior of a direct current power source that has a single point of maximum power.
Las características eléctricas del panel solar dependen del número y del tipo de interconexiones de las células solares que lo forman, así como de los procesos tecnológicos involucrados en su fabricación. Los fabricantes construyen así paneles solares de distintas potencias pudiendo generar distintos niveles de tensión y corriente en función del número de células solares conectadas en serie en una rama y del número de ramas conectadas en paralelo, respectivamente. La caracterización de los paneles solares se realiza especificando, entre otros, los valores de tensión, corriente y potencia (expresada en W de pico) del punto de máxima potencia en las denominadas “Condiciones Estándar de Medida”, que suponen una irradiancia incidente constante de 1000 W/m2, una temperatura constante de 25ºC y un espectro de radiación solar AM1,5. The electrical characteristics of the solar panel depend on the number and type of interconnections of the solar cells that form it, as well as the technological processes involved in its manufacture. Manufacturers build solar panels of different powers and can generate different levels of voltage and current depending on the number of solar cells connected in series on a branch and the number of branches connected in parallel, respectively. The characterization of the solar panels is carried out by specifying, among others, the values of voltage, current and power (expressed in W peak) of the point of maximum power in the so-called “Standard Measurement Conditions”, which assume a constant incident irradiance of 1000 W / m2, a constant temperature of 25ºC and a solar radiation spectrum AM1.5.
Siguiendo el mismo principio constructivo de un panel solar se puede construir un “elemento fotovoltaico” como una interconexión serie-paralelo de paneles solares y, mediante la interconexión serie-paralelo de elementos fotovoltaicos, (que como mínimo estarán constituidos por un panel solar) se puede construir un “generador fotovoltaico”. Pueden construirse así generadores fotovoltaicos de distintas potencias dependiendo del número total de elementos fotovoltaicos contenidos en el generador. El tipo de interconexión eléctrica (serie/paralelo) entre los elementos fotovoltaicos que forman un generador fotovoltaico define lo que se conoce como la “topología” del generador fotovoltaico. Así, la topología del generador fotovoltaico genérico de la Figura 1, está compuesta por un número de m ramas de elementos fotovoltaicos conectadas en paralelo, mientras que cada rama está constituida por un número de n elementos fotovoltaicos conectados en serie (m·n elementos fotovoltaicos en total). En las instalaciones solares fotovoltaicas existentes, el generador fotovoltaico suele construirse según esta topología es decir, mediante la interconexión en paralelo de ramas compuestas por elementos fotovoltaicos conectados en serie, siendo esta interconexión no modificable. Por otra parte, si los elementos fotovoltaicos tienen idénticas características eléctricas y operan en las mismas condiciones de irradiancia y temperatura, puede afirmarse que las características eléctricas de un generador fotovoltaico serán, a escala, las mismas que las representadas en las figuras2y3,presentando asimismo un único punto de máxima potencia que variará con la irradiancia y la temperatura: Following the same constructive principle of a solar panel, a “photovoltaic element” can be constructed as a series-parallel interconnection of solar panels and, by means of the series-parallel interconnection of photovoltaic elements, (which will at least consist of a solar panel) You can build a “photovoltaic generator”. Thus, photovoltaic generators of different powers can be constructed depending on the total number of photovoltaic elements contained in the generator. The type of electrical interconnection (series / parallel) between the photovoltaic elements that form a photovoltaic generator defines what is known as the "topology" of the photovoltaic generator. Thus, the topology of the generic photovoltaic generator of Figure 1 is composed of a number of m branches of photovoltaic elements connected in parallel, while each branch consists of a number of n photovoltaic elements connected in series (m · n photovoltaic elements total). In existing photovoltaic solar installations, the photovoltaic generator is usually built according to this topology, that is, by parallel interconnection of branches composed of photovoltaic elements connected in series, this interconnection being non-modifiable. On the other hand, if the photovoltaic elements have identical electrical characteristics and operate under the same conditions of irradiance and temperature, it can be affirmed that the electrical characteristics of a photovoltaic generator will be, at scale, the same as those represented in Figures 2 and 3, also presenting a single point of maximum power that will vary with irradiance and temperature:
b) El procesador de potencia b) The power processor
El elemento procesador de potencia, (5) en la Figura 1, gestiona el flujo de potencia y debe: The power processing element, (5) in Figure 1, manages the power fl ow and must:
• Extraer la máxima potencia disponible en el generador fotovoltaico. Para ello el procesador de potencia incorpora en su funcionamiento un algoritmo de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (SPMP). Este algoritmo permite forzar la operación del generador fotovoltaico en su punto de máxima potencia para cualquier condición de irradiancia y temperatura, siempre que los elementos fotovoltaicos tengan idénticas características eléctricas y operen en las mismas condiciones de irradiancia y temperatura. • Extract the maximum power available in the photovoltaic generator. For this purpose, the power processor incorporates a Maximum Power Point Tracking (SPMP) algorithm into its operation. This algorithm makes it possible to force the operation of the photovoltaic generator at its maximum power point for any irradiance and temperature condition, provided that the photovoltaic elements have identical electrical characteristics and operate in the same irradiance and temperature conditions.
• Adecuar la potencia extraída a las necesidades del receptor de potencia, (6) en la Figura 1, y transmitirla a este último con máxima eficiencia. Si dicho receptor es de corriente continua (CC) el procesador de potencia es un “convertidor CC-CC”, mientras que si el receptor es de corriente alterna (CA) el procesador es un “convertidor CC-CA”, también conocido como “ondulador” o “inversor”. • Adapt the extracted power to the needs of the power receiver, (6) in Figure 1, and transmit it to the latter with maximum efficiency. If said receiver is direct current (DC), the power processor is a “DC-DC converter”, while if the receiver is alternating current (AC), the processor is a “DC-AC converter”, also known as “ inverter ”or“ inverter ”.
c) El receptor de potencia c) The power receiver
El receptor de potencia constituye el punto final de almacenamiento y/o consumo de la energía eléctrica producida por el sistema fotovoltaico. Dicho receptor está constituido por una o más cargas de corriente continua (CC) y/o de corriente alterna (CA), dependiendo de la naturaleza de dichas cargas. En particular, si una carga del receptor de potencia es la red de distribución o transporte de la energía eléctrica, el sistema se denomina “sistema fotovoltaico conectado a red”, denominándose “sistema fotovoltaico autónomo” en caso contrario. The power receiver constitutes the final point of storage and / or consumption of the electrical energy produced by the photovoltaic system. Said receiver is constituted by one or more direct current (DC) and / or alternating current (AC) loads, depending on the nature of said loads. In particular, if a load of the power receiver is the distribution or transport network of the electrical energy, the system is called "photovoltaic system connected to the network", being called "autonomous photovoltaic system" otherwise.
Problemática Problematic
Debido a la interconexión serie-paralelo de los elementos fotovoltaicos que lo constituyen, un generador fotovoltaico puede generar menor potencia de la esperada si el comportamiento eléctrico de los elementos fotovoltaicos de una misma rama deja de ser idéntico. Estas situaciones son frecuentes dado que estos elementos: Due to the series-parallel interconnection of the photovoltaic elements that constitute it, a photovoltaic generator can generate less power than expected if the electrical behavior of the photovoltaic elements of the same branch ceases to be identical. These situations are frequent since these elements:
- • •
- Pueden operar bajo distintas irradiancias: este es el caso cuando algunos elementos fotovoltaicos son sombreados por objetos colindantes como edificios, acumulan suciedad, cuya cantidad depende de su ubicación, tienen distinta orientación respecto a la trayectoria solar, etc. They can operate under different irradiations: this is the case when some photovoltaic elements are shaded by neighboring objects such as buildings, accumulate dirt, the amount of which depends on their location, have different orientation with respect to the solar path, etc.
- • •
- Pueden operar a distintas temperaturas. They can operate at different temperatures.
- • •
- Pueden presentar dispersiones y distintas degradaciones en sus características eléctricas. They can present dispersions and different degradations in their electrical characteristics.
- • •
- Pueden no entregar potencia por fallos de construcción, destrucción mecánica, avería eléctrica, etc. They may not deliver power due to construction failures, mechanical destruction, electrical breakdown, etc.
En estas condiciones, los elementos fotovoltaicos afectados reducen la corriente generada, reduciendo asimismo la potencia de la rama a la que están conectados y, por tanto, la potencia total del generador fotovoltaico. Es por ello que, tal como se muestra en la Figura 4a), los fabricantes incluyen, u ofrecen la posibilidad de incluir externamente, diodos de paso (1) conectados en paralelo con uno o varios paneles solares de una rama. Estos diodos pueden entrar en conducción, evitando la reducción de corriente, pero su conducción reduce asimismo la tensión en la rama y por tanto también la potencia disponible. Además, éstos modifican la característica potencia-tensión del generador fotovoltaico que, tal como se ilustra en la Figura 4b), para el caso particular de un generador fotovoltaico constituido por una única rama de tres elementos fotovoltaicos idénticos conectados en serie y operando a distintas irradiancias, pasa ahora de tener un único máximo a tener varios máximos locales de potencia (2). Esta modificación constituye una dificultad adicional en la extracción de la máxima potencia disponible, ya que el algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia que gobierna el procesador no suele contemplar la existencia de diversos máximos, y puede forzar al generador fotovoltaico a operar en un máximo local de potencia que no corresponda al máximo absoluto. Under these conditions, the affected photovoltaic elements reduce the current generated, also reducing the power of the branch to which they are connected and, therefore, the total power of the photovoltaic generator. That is why, as shown in Figure 4a), manufacturers include, or offer the possibility of externally including, step diodes (1) connected in parallel with one or more solar panels of a branch. These diodes can enter conduction, avoiding the reduction of current, but their conduction also reduces the voltage in the branch and therefore also the available power. In addition, these modify the power-voltage characteristic of the photovoltaic generator which, as illustrated in Figure 4b), for the particular case of a photovoltaic generator consisting of a single branch of three identical photovoltaic elements connected in series and operating at different irradiations , now goes from having a single maximum to have several local maximums of power (2). This modification constitutes an additional difficulty in extracting the maximum available power, since the algorithm for monitoring the maximum power point that governs the processor does not usually contemplate the existence of various maximums, and can force the photovoltaic generator to operate at a maximum local power that does not correspond to the absolute maximum.
La invención relatada solventa la problemática detallada anteriormente, tal y como se describe en el siguiente apartado. The invention described solves the problem detailed above, as described in the following section.
Descripción de la invención Description of the invention
La invención consiste en un dispositivo de conmutación yla estrategia de ecualización de irradiancia que permite su control. The invention consists of a switching device and the irradiance equalization strategy that allows its control.
Ubicación en el sistema fotovoltaico y ámbitos de aplicación Location in the photovoltaic system and areas of application
La Figura 5 muestra el dispositivo de conmutación (1) que permite la modificación de la interconexión de elementos fotovoltaicos (2). Este dispositivo de conmutación (1) conecta los elementos fotovoltaicos (2) con la entrada del procesador de potencia (3) mediante un conjunto de conmutadores controlados (5), mientras que la salida de dicho procesador permanece conectada al receptor de potencia (4). Figure 5 shows the switching device (1) that allows the modi fi cation of the interconnection of photovoltaic elements (2). This switching device (1) connects the photovoltaic elements (2) with the input of the power processor (3) by means of a set of controlled switches (5), while the output of said processor remains connected to the power receiver (4) .
Este dispositivo de conmutación configura el generador fotovoltaico interconectando los elementos fotovoltaicos de acuerdo con una topología basada en una única rama formada por la conexión en serie de agrupaciones de elementos fotovoltaicos conectados en paralelo, lo que supone un cambio respecto a la topología de uso habitual. Por otro lado, la conexión de cada elemento fotovoltaico dentro de la topología del generador fotovoltaico no es fija, pudiendo variar a lo largo del tiempo. Dicha conexión se determina mediante la estrategia de control por ecualización de la irradiancia, y se realiza mediante el conjunto de los conmutadores controlados. Estos aspectos se describen en el apartado siguiente. This switching device configures the photovoltaic generator by interconnecting the photovoltaic elements according to a topology based on a single branch formed by the series connection of groups of photovoltaic elements connected in parallel, which implies a change from the topology of usual use. On the other hand, the connection of each photovoltaic element within the topology of the photovoltaic generator is not fixed, and may vary over time. Said connection is determined by the irradiance equalization control strategy, and is carried out by the set of controlled switches. These aspects are described in the following section.
Este dispositivo de conmutación puede incluirse tanto en instalaciones de nueva construcción como en las ya existentes debiéndose conectar, en cualquier caso, los elementos fotovoltaicos al dispositivo de conmutación. Además es apto para: This switching device can be included in both new and existing installations, and the photovoltaic elements must be connected to the switching device in any case. It is also suitable for:
- • •
- Cualquier tipo de elemento fotovoltaico, incluyendo los dotados de mecanismos de seguimiento de la trayectoria solar y/o de concentración óptica. Any type of photovoltaic element, including those equipped with mechanisms for monitoring the solar path and / or optical concentration.
- • •
- Cualquier tipo de sistema fotovoltaico, sea autónomo o conectado a red. Any type of photovoltaic system, whether autonomous or connected to the network.
Descripción del dispositivo de conmutación Description of the switching device
Tal como se esquematiza en la Figura 5, el dispositivo de conmutación (1) consta de tres partes, a saber: As outlined in Figure 5, the switching device (1) consists of three parts, namely:
a) Un conjunto de conmutadores controlados (5) que permiten interconectar de forma adecuada los elementos fotovoltaicos. a) A set of controlled switches (5) that allow the photovoltaic elements to be properly interconnected.
b) Un conjunto de transductores que miden la tensión (6) y la corriente (6’) de cada elemento fotovoltaico, aplicándolas a las entradas de un sistema controlador digital programable (7). b) A set of transducers that measure the voltage (6) and current (6 ’) of each photovoltaic element, applying them to the inputs of a programmable digital controller system (7).
c) Un controlador digital programable (7) en el que se programa una determinada estrategia de control de los conmutadores, a partir de las lecturas de tensión y corriente de cada elemento fotovoltaico (2), obtenidas mediante los correspondientes transductores (6 y 6’). Dicha estrategia, denominada de ecualización de irradiancia, se describe en el siguiente apartado. c) A programmable digital controller (7) in which a certain switch control strategy is programmed, based on the voltage and current readings of each photovoltaic element (2), obtained by means of the corresponding transducers (6 and 6 ' ). This strategy, called irradiance equalization, is described in the following section.
a) Descripción del conjunto de conmutadores a) Description of the switch set
El dispositivo de conmutación organiza la interconexión eléctrica de los elementos fotovoltaicos disponibles en un único generador fotovoltaico cuya topología está constituida por n grupos de elementos fotovoltaicos conectados en una única rama, donde cada grupo está constituido a su vez por m elementos fotovoltaicos conectados en paralelo. Como ejemplo ilustrativo, la Figura 6a) muestra un generador fotovoltaico (1) formado por n=3 grupos The switching device organizes the electrical interconnection of the photovoltaic elements available in a single photovoltaic generator whose topology is constituted by n groups of photovoltaic elements connected in a single branch, where each group is constituted in turn by m photovoltaic elements connected in parallel. As an illustrative example, Figure 6a) shows a photovoltaic generator (1) formed by n = 3 groups
(2) conectados en serie, donde cada grupo está constituido por m=3 elementos fotovoltaicos conectados en paralelo (3). Dicha topología no incluye diodos de paso por lo que su característica potencia-tensión presentará un único máximo, que podrá ser detectado por el algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia del procesador de potencia. (2) connected in series, where each group consists of m = 3 photovoltaic elements connected in parallel (3). This topology does not include diodes, so its characteristic power-voltage will have a single maximum, which can be detected by the tracking algorithm of the maximum power point of the power processor.
Como el número de grupos de la única rama está condicionado por el nivel de tensión requerido a la entrada del procesador de potencia y no es modificable, es necesario optimizar la potencia maximizando la corriente en la rama mediante la elección adecuada de los elementos fotovoltaicos que se interconectan en paralelo en cada grupo. Ello significa que, frente a un cambio en las características eléctricas de funcionamiento de los elementos fotovoltaicos, se debe proceder a una nueva interconexión de los mismos, manteniendo el número de grupos de la rama y maximizando la corriente por la misma. A este respecto, debe señalarse que la baja variación de la tensión del punto de máxima potencia con respecto a la irradiancia de un elemento fotovoltaico, permite interconectar elementos con distintos puntos de máxima potencia individuales en paralelo, sin que la potencia de esta interconexión diste mucho de la suma de máximas potencias individuales de cada elemento fotovoltaico. Esta característica es la que permite interconectar elementos en paralelo para maximizar la corriente en la rama. Since the number of groups of the single branch is conditioned by the level of voltage required at the input of the power processor and is not modifiable, it is necessary to optimize the power by maximizing the current in the branch by means of the appropriate choice of the photovoltaic elements that are interconnect in parallel in each group. This means that, in the face of a change in the electrical operating characteristics of the photovoltaic elements, a new interconnection of the same must be carried out, maintaining the number of groups of the branch and maximizing the current through it. In this regard, it should be noted that the low variation of the voltage of the maximum power point with respect to the irradiance of a photovoltaic element, allows elements with different individual maximum power points to be interconnected in parallel, without the power of this interconnection giving much of the sum of maximum individual powers of each photovoltaic element. This feature is what allows interconnecting elements in parallel to maximize current in the branch.
Para permitir la interconexión de cualquier elemento fotovoltaico en cualquiera de los grupos de la rama manteniendo la topología y el número de grupos conectados en serie, es necesario conectar cada elemento fotovoltaico (3) a dos conmutadores de una línea de entrada y n líneas de salida (4 y 4’), según se muestra en la Figura 6b) para el caso de n=3. To allow the interconnection of any photovoltaic element in any of the groups of the branch maintaining the topology and the number of groups connected in series, it is necessary to connect each photovoltaic element (3) to two switches of an input line and n output lines ( 4 and 4 '), as shown in Figure 6b) for the case of n = 3.
Respetando este principio de interconexión, el conjunto de conmutadores está formado, en general, por 2·m·n conmutadores de una línea de entrada y n líneas de salida. Como ejemplo ilustrativo, la Figura 7 muestra un conjunto de conmutadores (1) para el caso de un generador fotovoltaico (2) formado por n=3 grupos conectados en serie, donde cada grupo está constituido por m=3 elementos fotovoltaicos (3) conectados en paralelo. Respecting this interconnection principle, the set of switches consists, in general, of 2 · m · n switches of an input line and n output lines. As an illustrative example, Figure 7 shows a set of switches (1) in the case of a photovoltaic generator (2) formed by n = 3 groups connected in series, where each group consists of m = 3 photovoltaic elements (3) connected in parallel.
El conjunto de conmutadores permite, por tanto, modificar la interconexión de cualquier elemento fotovoltaico en cualquier grupo de la rama, respetando siempre el número de elementos fotovoltaicos por grupo. The set of switches therefore allows the interconnection of any photovoltaic element in any group of the branch to be modified, always respecting the number of photovoltaic elements per group.
En cuanto a su realización física, el conjunto de conmutadores se implementa electromecánicamente mediante relés o electrónicamente mediante dispositivos bipolares, de efecto de campo y/o de puerta aislada. Esta implementación también incluye los circuitos excitadores de los conmutadores controlados, encargados de adecuar las salidas del controlador digital programable a los niveles de tensión y corriente requeridos por dichos conmutadores. As for its physical realization, the set of switches is electromechanically implemented by means of relays or electronically by means of bipolar devices, with field effect and / or isolated door. This implementation also includes the exciter circuits of the controlled switches, responsible for adapting the outputs of the programmable digital controller to the voltage and current levels required by said switches.
b) Descripción del conjunto de transductores b) Description of the transducer assembly
El dispositivo de conmutación incluye asimismo un transductor de tensión y otro de corriente para cada elemento fotovoltaico. Ambos transductores se conectan convenientemente en el cableado eléctrico de cada elemento según se muestra en (6) y (6’) de la Figura 5 y su misión consiste en medir la tensión y la corriente del mismo en cada instante de tiempo y aplicar estos valores a las entradas del controlador digital programable. Tal y como se detalla en el siguiente apartado, estas medidas se utilizan para estimar la irradiancia incidente en cada elemento fotovoltaico, evitando así el uso de transductores de irradiancia y temperatura. The switching device also includes a voltage transducer and a current transducer for each photovoltaic element. Both transducers are conveniently connected in the electrical wiring of each element as shown in (6) and (6 ') of Figure 5 and its mission is to measure the voltage and current thereof at each instant of time and apply these values to the programmable digital controller inputs. As detailed in the following section, these measures are used to estimate the incident irradiance in each photovoltaic element, thus avoiding the use of irradiance and temperature transducers.
c) Descripción del controlador digital programable c) Description of the programmable digital controller
El controlador digital programable consiste en un procesador digital de información cuyas entradas son los valores de tensión y corriente de cada elemento fotovoltaico medidos por los transductores, y cuyas salidas son las órdenes de activación del conjunto de conmutadores. En dicho controlador se programa una estrategia de control, descrita en el siguiente apartado, que permite activar los conmutadores en aquellas posiciones que maximizan la potencia generada por el generador fotovoltaico. Para la implementación física de dicho controlador se puede utilizar cualquier procesador digital programable, como por ejemplo un microcontrolador, un procesador digital de tiempo discreto, un dispositivo lógico programable en campo, entre otras alternativas. The programmable digital controller consists of a digital information processor whose inputs are the voltage and current values of each photovoltaic element measured by the transducers, and whose outputs are the activation orders of the switch set. In said controller a control strategy is programmed, described in the following section, which allows to activate the switches in those positions that maximize the power generated by the photovoltaic generator. For the physical implementation of said controller, any programmable digital processor can be used, such as a microcontroller, a discrete time digital processor, a field-programmable logic device, among other alternatives.
Descripción de la estrategia de control por ecualización de irradiancia Description of the irradiance equalization control strategy
a) Principios de operación de la estrategia a) Principles of strategy operation
Para formar el generador fotovoltaico, la estrategia de control del dispositivo de conmutación debe determinar en qué grupo de la rama debe conectarse cada elemento fotovoltaico, con el fin de que la potencia disponible a la salida del generador fotovoltaico sea máxima y se conserve su topología de una única rama de agrupaciones conectadas en serie. Para ello, la interconexión de elementos fotovoltaicos se basa en los siguientes principios: To form the photovoltaic generator, the control strategy of the switching device must determine in which group of the branch each photovoltaic element must be connected, so that the available power at the output of the photovoltaic generator is maximum and its topology is preserved. a single branch of groupings connected in series. For this, the interconnection of photovoltaic elements is based on the following principles:
- • •
- Los elementos fotovoltaicos pertenecientes a un mismo grupo comparten la misma tensión, que en el punto de máxima potencia será de valor próximo a la tensión del punto de máxima potencia de cada uno de los elementos fotovoltaicos individuales para un amplio rango de valores de irradiancia. The photovoltaic elements belonging to the same group share the same voltage, which at the maximum power point will be of a value close to the maximum power point voltage of each of the individual photovoltaic elements for a wide range of irradiance values.
- • •
- La corriente del punto de máxima potencia de un elemento fotovoltaico en concreto depende de forma prácticamente proporcional a la irradiancia a la que está sometido, por lo que la corriente de máxima potencia de un grupo de elementos fotovoltaicos estará directamente relacionada con la suma de las irradiancias que reciben los elementos fotovoltaicos de este grupo. The maximum power point current of a particular photovoltaic element depends practically proportional to the irradiance to which it is subjected, so that the maximum power current of a group of photovoltaic elements will be directly related to the sum of the irradiances that receive the photovoltaic elements of this group.
- • •
- En la medida de lo posible, ninguno de los grupos debe limitar la corriente que pueda circular por la rama. Esto se consigue si la corriente del punto de máxima potencia de todos los grupos conectados en serie en la rama es la misma, lo que a su vez implica que la suma de las irradiancias incidentes en todos los elementos fotovoltaicos de los distintos grupos debe ser la misma. To the extent possible, none of the groups should limit the current that can circulate through the branch. This is achieved if the maximum power point current of all the groups connected in series in the branch is the same, which in turn implies that the sum of the incident irradiances in all the photovoltaic elements of the different groups must be the same.
De acuerdo con lo anterior, el control de los conmutadores del dispositivo de conmutación consiste en determinar la posición que debe ocupar cada elemento fotovoltaico dentro del generador fotovoltaico para conseguir que la suma de las irradiancias a la que están sometidos los elementos fotovoltaicos de cada grupo sea la misma. A esta estrategia se la denomina “estrategia de ecualización de irradiancia”. In accordance with the above, the control of the switches of the switching device consists in determining the position that each photovoltaic element must occupy within the photovoltaic generator to ensure that the sum of the irradiations to which the photovoltaic elements of each group are subjected is the same. This strategy is called the "irradiance equalization strategy".
La estrategia de control desarrollada opera a partir del valor de irradiancia en cada elemento fotovoltaico. Para evitar la inclusión de transductores de irradiancia, se estima este valor a partir de las medidas de tensión y corriente de cada elemento fotovoltaico. La irradiancia se estima a partir de estas medidas mediante la expresión: The control strategy developed operates from the irradiance value in each photovoltaic element. To avoid the inclusion of irradiance transducers, this value is estimated from the voltage and current measurements of each photovoltaic element. Irradiance is estimated from these measures by the expression:
donde, G es el valor de la irradiancia estimada, I y V son los valores de tensión y corriente medidos por los transductores de cada elemento fotovoltaico, mientras que los parámetros α, I0y n·VT pueden obtenerse a partir de características eléctricas de los paneles solares utilizados y que son suministradas por su fabricante, a saber: la corriente de cortocircuito (ISC), la tensión a circuito abierto (VOC) y la tensión y la corriente en el punto de máxima potencia (IMPP, VMPP), medidas en las Condiciones Estándar de Medida. Asimismo, la medida de tensión y corriente de cada elemento fotovoltaico permite detectar elementos defectuosos y, eventualmente, desconectarlos del generador fotovoltaico. where, G is the estimated irradiance value, I and V are the voltage and current values measured by the transducers of each photovoltaic element, while the parameters α, I0 and n · VT can be obtained from the electrical characteristics of the panels solar used and supplied by its manufacturer, namely: short-circuit current (ISC), open circuit voltage (VOC) and voltage and current at the point of maximum power (IMPP, VMPP), measured at Standard Measurement Conditions. Likewise, the measurement of voltage and current of each photovoltaic element allows detecting defective elements and, eventually, disconnecting them from the photovoltaic generator.
A modo de ejemplo, la Figura 8a) muestra un generador fotovoltaico en el que sus elementos fotovoltaicos (1) están sometidos a niveles de irradiancia distintos y están indicados de forma numérica (2) dentro del elemento fotovoltaico. En este generador no está ecualizada la irradiancia incidente en los tres grupos que lo forman (3), ya que las sumas de las irradiancias incidentes en los elementos fotovoltaicos de cada grupo toman valores distintos (600, 900 y 1200 W/m2 respectivamente). En este caso, la estrategia de control del dispositivo de conmutación intercambiará el elemento fotovoltaico sometido a una irradiancia de 200 W/m2, marcado como (A) con el elemento fotovoltaico sometido a una irradiancia de 900 W/m2, marcado como (B). Realizando este intercambio se consigue ecualizar la irradiancia que reciben los elementos fotovoltaicos de cada grupo del generador, maximizando así la potencia entregada. El resultado se muestra en la Figura 8b). As an example, Figure 8a) shows a photovoltaic generator in which its photovoltaic elements (1) are subjected to different irradiance levels and are indicated numerically (2) within the photovoltaic element. In this generator the incident irradiance is not equalized in the three groups that form it (3), since the sums of the incident irradiances in the photovoltaic elements of each group take different values (600, 900 and 1200 W / m2 respectively). In this case, the control strategy of the switching device will exchange the photovoltaic element subjected to an irradiance of 200 W / m2, marked as (A) with the photovoltaic element subjected to an irradiance of 900 W / m2, marked as (B) . By performing this exchange, the irradiance received by the photovoltaic elements of each generator group is achieved, thus maximizing the power delivered. The result is shown in Figure 8b).
Asimismo, debe destacarse que dicha estrategia de control realiza las interconexiones necesarias para ecualizar la irradiancia minimizando el número de cambios en la posición de los conmutadores. It should also be noted that said control strategy makes the necessary interconnections to equalize the irradiance minimizing the number of changes in the position of the switches.
b) Descripción funcional de la estrategia b) Functional description of the strategy
Se supone un generador fotovoltaico constituido por m grupos conectados en serie en una única rama, donde cada grupo está constituido a su vez por n elementos fotovoltaicos conectados en paralelo. Se definen los términos siguientes: It is assumed a photovoltaic generator consisting of m groups connected in series in a single branch, where each group is in turn constituted by n photovoltaic elements connected in parallel. The following terms are defined:
• “Asociación” de elementos fotovoltaicos • “Association” of photovoltaic elements
Se entiende por “asociación” cada una de las posibles interconexiones de los elementos fotovoltaicos de una rama que mantiene la topología del generador fotovoltaico y que dan lugar a distintas potencias máximas disponibles a la salida del generador fotovoltaico. Este paso simplificará el número de cálculos posteriores al tener en cuenta que existen asociaciones de elementos fotovoltaicos con idéntica potencia máxima disponible a su salida cuando: “Association” means each of the possible interconnections of the photovoltaic elements of a branch that maintains the topology of the photovoltaic generator and that give rise to different maximum powers available at the output of the photovoltaic generator. This step will simplify the number of subsequent calculations by taking into account that there are associations of photovoltaic elements with the same maximum power available at their output when:
- --
- Se intercambian elementos fotovoltaicos dentro de un mismo grupo (Figura 9a)). Photovoltaic elements are exchanged within the same group (Figure 9a)).
- --
- Se intercambian grupos entre ellos (Figura 9b)). Groups are exchanged between them (Figure 9b)).
Se expresará por Ak(k=1,2..., λ) cada una de las asociaciones posibles con potencia máxima disponible distinta. Así por ejemplo, para un generador fotovoltaico compuesto por 9 elementos fotovoltaicos y m=n=3, como el mostrado en la Figura 6a), el número de asociaciones con distinta potencia máxima disponible a su salida es de λ = 280. Each of the possible associations with different maximum available power will be expressed by Ak (k = 1,2 ..., λ). For example, for a photovoltaic generator consisting of 9 photovoltaic elements and m = n = 3, as shown in Figure 6a), the number of associations with different maximum power available at its output is λ = 280.
• Irradiancia en un elemento fotovoltaico en la asociación Ak • Irradiance on a photovoltaic element in the Ak association
El nivel de irradiancia en cada elemento fotovoltaico de la asociación Ak se define como Gijk, donde los subíndices i=1, 2,...m y j=1, 2,...n indican respectivamente el grupo y la posición en el grupo de un elemento fotovoltaico dentro de la asociación Ak considerada. The level of irradiance in each photovoltaic element of the association Ak is defined as Gijk, where the subscripts i = 1, 2, ... myj = 1, 2, ... n respectively indicate the group and position in the group of a photovoltaic element within the association Ak considered.
• Irradiancia en un grupo de la asociación Ak • Irradiation in a group of the Ak association
Dado que el procedimiento de ecualización de irradiancia se basa en el cálculo de la suma de irradiancias en los grupos que forman el generador fotovoltaico, la suma de los niveles de irradiancia de los elementos fotovoltaicos conectados en el grupo i se define como: Since the irradiance equalization procedure is based on the calculation of the sum of irradiances in the groups that make up the photovoltaic generator, the sum of the irradiance levels of the photovoltaic elements connected in group i is defined as:
La secuencia funcional de la estrategia de control, implementada en el controlador digital programable, es un proceso en tiempo real, secuencial y continuado en el tiempo que, partiendo de una asociación inicial de elementos fotovoltaicos A1 puede enunciarse paso a paso como sigue: The functional sequence of the control strategy, implemented in the programmable digital controller, is a real-time, sequential and continuous process in time that, starting from an initial association of photovoltaic elements A1 can be stated step by step as follows:
Paso 1 Step 1
Estimación de la irradiancia de cada elemento fotovoltaico Estimation of the irradiance of each photovoltaic element
La irradiancia de cada elemento fotovoltaico se estima a partir de los valores de tensión y corriente procedentes de los sensores, de acuerdo con la ecuación: The irradiance of each photovoltaic element is estimated from the voltage and current values from the sensors, according to the equation:
Paso 2 Step 2
Cálculo del nivel de ecualización de irradiancia para todas las asociaciones con potencia de salida distinta Calculation of the irradiance equalization level for all associations with different output power
Conocida la irradiancia en cada elemento fotovoltaico, se computa para todas las asociaciones posibles el factor M1 definido por: Once the irradiance is known in each photovoltaic element, the factor M1 defined by:
donde el operador round redondea el resultado al entero más próximo. El factor M1 permite medir el nivel de ecualización de irradiancia de cada uno de los grupos de cada asociación. where the round operator rounds the result to the nearest integer. The M1 factor allows measuring the level of irradiance equalization of each of the groups of each association.
Paso 3 Step 3
Determinación del conjunto de asociaciones óptimas Determination of the set of optimal associations
Conocido el valor del factor M1 de cada asociación, se seleccionan aquellas asociaciones con mayor nivel de ecualización, que se denominan “asociaciones óptimas”. Estas asociaciones, designadas por AOPTδ siendo δ un número entero, son aquellas que verifican: Once the value of the M1 factor of each association is known, those associations with the highest level of equalization are selected, which are called “optimal associations”. These associations, designated by AOPTδ with δ being an integer, are those that verify:
Paso 4 Step 4
Cálculo del número de cambios necesario para pasar de la asociación inicial a cada una de las asociaciones óptimas Calculation of the number of changes necessary to move from the initial association to each of the optimal associations
Se computa el factor M2 que mide el número de cambios necesarios, nCAMBδ, para pasar de la asociación inicial A1 a cada una de las asociaciones óptimas AOPTδ. Este factor se define como: The M2 factor that measures the number of necessary changes, nCAMBδ, is computed to pass from the initial association A1 to each of the optimal AOPTδ associations. This factor is defined as:
Paso 5 Step 5
Elección de la asociación óptima que minimiza el número de cambios Choice of the optimal association that minimizes the number of changes
La asociación óptima que finalmente será la utilizada para la interconexión de los elementos del generador fotovoltaico se designa por A* OPTδ, y es aquella que minimiza M2, y que cumple por tanto: The optimal association that will finally be the one used for the interconnection of the elements of the photovoltaic generator is designated by A * OPTδ, and is the one that minimizes M2, and therefore fulfills:
De existir más de una asociación con el mismo valor mínimo de M2, se escoge arbitrariamente una de ellas. Paso 6 If there is more than one association with the same minimum value of M2, one of them is arbitrarily chosen. Step 6
Activación de los interruptores Switch Activation
El controlador digital programable manda las señales a los correspondientes conmutadores controlados para pasar de la asociación inicial A1 a la asociación óptima A* OPTδ. The programmable digital controller sends the signals to the corresponding controlled switches to pass from the initial association A1 to the optimal association A * OPTδ.
Paso 7 Step 7
Reiniciación del proceso Process restart
El proceso continuado en el tiempo se consigue mediante la repetición secuencial de los pasos1a6. The process continued in time is achieved by sequential repetition of steps1 to 6.
Descripción de las figuras Description of the fi gures
En la Figura 1 se muestran los bloques de la cadena de conversión de energía. The energy conversion chain blocks are shown in Figure 1.
En la Figura 2 se muestran las características corriente-tensión de un elemento fotovoltaico, donde en a) se encuentra sometido a distintos niveles de irradiancia y a una temperatura constante, y en b) sometido a distintos valores de temperatura y a una irradiancia constante. The current-voltage characteristics of a photovoltaic element are shown in Figure 2, where in a) it is subject to different levels of irradiance and at a constant temperature, and in b) it is subjected to different temperature values and constant irradiance.
En la Figura 3 se muestran la característica potencia-tensión de un elemento fotovoltaico, donde en a) se encuentra sometido a distintos niveles de irradiancia y a una temperatura constante, y en b) sometido a distintos valores de temperatura y a una irradiancia constante. Figure 3 shows the power-voltage characteristic of a photovoltaic element, where in a) it is subject to different levels of irradiance and at a constant temperature, and in b) it is subjected to different temperature values and constant irradiance.
En la Figura 4 se muestra en a) un generador fotovoltaico con diodos de paso y en b) su posible característica potencia-tensión en condiciones de sombreado parcial. Figure 4 shows in a) a photovoltaic generator with step diodes and in b) its possible power-voltage characteristic under partial shading conditions.
En la Figura 5 se muestra la situación del dispositivo de conmutación dentro de la cadena de conversión de energía, así como sus elementos constitutivos: conjunto de conmutadores, transductores de tensión y corriente y procesador digital. Figure 5 shows the situation of the switching device within the energy conversion chain, as well as its constituent elements: set of switches, voltage and current transducers and digital processor.
En la Figura 6 se muestra en a) la topología del generador fotovoltaico para el caso n=m=3, y en b) el detalle de los conmutadores asociados a un elemento fotovoltaico para n=m=3. Figure 6 shows in a) the topology of the photovoltaic generator for the case n = m = 3, and in b) the detail of the switches associated with a photovoltaic element for n = m = 3.
En la Figura 7 se muestra una realización concreta del dispositivo de conmutación para el caso de 9 elementos fotovoltaicos y n=m=3. A specific embodiment of the switching device for the case of 9 photovoltaic elements and n = m = 3 is shown in Figure 7.
En la Figura 8 se muestra una asociación no óptima (8a) y el resultado obtenido (8b) después de aplicada la estrategia de ecualización de irradiancia al generador fotovoltaico concreto descrito en las figuras6y7. Figure 8 shows a non-optimal association (8a) and the result obtained (8b) after applying the irradiance equalization strategy to the specific photovoltaic generator described in Figures 6 and 7.
La Figura 9 muestra las interconexiones de elementos fotovoltaicos que dan lugar a asociaciones con idéntica potencia disponible. Figure 9 shows the interconnections of photovoltaic elements that give rise to associations with the same available power.
Claims (3)
- --
- Un conjunto de 2·n·m conmutadores controlados (5) en la Figura 5. Según muestra la Figura 6b), cada elemento fotovoltaico (3) tiene asociado dos conmutadores controlados (4 y 4’) de una línea de entrada y n de salida que tecnológicamente se implementan electromecánicamente mediante relés o electrónicamente mediante dispositivos bipolares, de efecto de campo y/o de puerta aislada. Esta implementación también incluye los circuitos excitadores de los conmutadores controlados, encargados de adecuar las salidas del controlador digital programable a los niveles de tensión y corriente requeridos por dichos conmutadores. A set of 2 · n · m controlled switches (5) in Figure 5. As shown in Figure 6b), each photovoltaic element (3) has two controlled switches (4 and 4 ') associated with an input and output line which are technologically implemented electromechanically by means of relays or electronically by means of bipolar devices, with field effect and / or isolated door. This implementation also includes the exciter circuits of the controlled switches, responsible for adapting the outputs of the programmable digital controller to the voltage and current levels required by said switches.
- --
- Transductores (6 y 6’) en la Figura 5, realizados mediante sensores de tensión y corriente, que miden la tensión y la corriente de cada elemento fotovoltaico y las aplican a las entradas al controlador digital para que éste pueda implementar el control en tiempo real del dispositivo de conmutación. Transducers (6 and 6 ') in Figure 5, made using voltage and current sensors, which measure the voltage and current of each photovoltaic element and apply them to the inputs to the digital controller so that it can implement real-time control of the switching device.
- --
- Controlador digital programable (7) en la Figura 5, que a partir de la información suministrada por los transductores, y mediante la acción de la estrategia descrita en la reivindicación 2, controla el conjunto de conmutadores. Tecnológicamente, este controlador puede implementarse mediante un microcontrolador, un procesador digital en tiempo discreto o un dispositivo electrónico de lógica programable en campo. Programmable digital controller (7) in Figure 5, which, based on the information supplied by the transducers, and by means of the action of the strategy described in claim 2, controls the set of switches. Technologically, this controller can be implemented by means of a microcontroller, a discrete time digital processor or an electronic field programmable logic device.
- Categoría Category
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
- X X
- VELASCO G; GUINJOAN F; PIQUE R. Grid-connected PV systems energy extraction improvement by means of an Electric Array Reconfiguration (EAR) strategy: Operating principle and experimental results. Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE. 15.06.2008. Pág. 1983-1988. ISBN 978-1-4244-1667-7; ISBN 1-4244-1667-1. 1,2 VELASCO G; GUINJOAN F; PIQUE R. Grid-connected PV systems energy extraction improvement by means of an Electric Array Reconfiguration (EAR) strategy: Operating principle and experimental results. Power Electronics Specialists Conference, 2008. CFSP 2008. IEEE. 06.15.2008. Page 1983-1988. ISBN 978-1-4244-1667-7; ISBN 1-4244-1667-1. 1.2
- A TO
- DZUNG NGUYEN; LEHMAN B. An Adaptive Solar Photovoltaic Array Using Model-Based Reconfiguration Algorithm. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS. 01.07.2008. Vol 55. PG 2644-2654. ISSN 0278-0046. 1,2 DZUNG NGUYEN; LEHMAN B. An Adaptive Solar Photovoltaic Array Using Model-Based Reconfiguration Algorithm. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS. 01.07.2008. Vol 55. PG 2644-2654. ISSN 0278-0046. 1.2
- A TO
- MEINHARDT M; CRAMER G. Past, present and future of grid connected photovoltaic-and hybridpower-systems. Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE 16 -20 Julio 2000. 16.07.2000. Vol 2. Pág 1283-1288. doi:10.1109/PESS.2000.867574. 1,2 MEINHARDT M; CRAMER G. Past, present and future of grid connected photovoltaic-and hybridpower-systems. Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE 16-20 July 2000. 16.07.2000. Vol 2. Page 1283-1288. doi: 10.1109 / PESS.2000.867574. 1.2
- A TO
- US 2005172995 A1 (ROHRIG RUDIGER et al.) 11.08.2005, párrafos [0052]-[0054]; figuras 2,3. 1,2 US 2005 172995 A1 (ROHRIG RUDIGER et al.) 11.08.2005, paragraphs [0052] - [0054]; figures 2,3. 1.2
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 23.12.2011 Date of realization of the report 23.12.2011
- Examinador L. J. García Aparicio Página 1/4 Examiner L. J. García Aparicio Page 1/4
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1,2 SI NO Claims Claims 1.2 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1,2 SI NO Claims Claims 1.2 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- VELASCO G; GUINJOAN F; PIQUE R. Grid-connected PV systems energy extraction improvement by means of an Electric Array Reconfiguration (EAR) strategy: Operating principle and experimental results. Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE. 15.06.2008. Pág 1983-1988. ISBN 978-1-4244-1667-7; ISBN 1-4244-1667-1. 15.06.2008 VELASCO G; GUINJOAN F; PIQUE R. Grid-connected PV systems energy extraction improvement by means of an Electric Array Reconfiguration (EAR) strategy: Operating principle and experimental results. Power Electronics Specialists Conference, 2008. CFSP 2008. IEEE. 06.15.2008. Page 1983-1988. ISBN 978-1-4244-1667-7; ISBN 1-4244-1667-1. 06.15.2008
- D02 D02
- DZUNG NGUYEN; LEHMAN B. An Adaptive Solar Photovoltaic Array Using Model-Based Reconfiguration Algorithm. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS. 01.07.2008. Vol 55. PG 2644-2654. ISSN 0278-0046. 01.07.2008 DZUNG NGUYEN; LEHMAN B. An Adaptive Solar Photovoltaic Array Using Model-Based Reconfiguration Algorithm. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS. 01.07.2008. Vol 55. PG 2644-2654. ISSN 0278-0046. 01.07.2008
- D03 D03
- MEINHARDT M; CRAMER G. Past, present and future of grid connected photovoltaicand hybrid-power-systems. Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE 16 -20 Julio 2000. 16.07.2000. Vol 2. Pag 1283-1288. doi:10.1109/PESS.2000.867574 16.07.2000 MEINHARDT M; CRAMER G. Past, present and future of grid connected photovoltaicand hybrid-power-systems. Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE 16-20 July 2000. 16.07.2000. Vol 2. Page 1283-1288. doi: 10.1109 / PESS.2000.867574 16.07.2000
- D04 D04
- US2005172995 A1 (ROHRIG RUDIGER et al.) 11.08.2005 US2005172995 A1 (ROHRIG RUDIGER et al.) 11.08.2005
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200802082A ES2372518B1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200802082A ES2372518B1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2372518A1 ES2372518A1 (en) | 2012-01-23 |
ES2372518B1 true ES2372518B1 (en) | 2013-02-15 |
Family
ID=45439939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200802082A Active ES2372518B1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2372518B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITRM20120114A1 (en) | 2012-03-23 | 2013-09-24 | Univ Palermo | SWITCHING APPARATUS. |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10222621A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Josef Steger | Process and circuit to control and regulated a photovoltaic device assembly for solar energy has controlled bypass for each cell to ensure maximum power operation |
-
2008
- 2008-07-07 ES ES200802082A patent/ES2372518B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2372518A1 (en) | 2012-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bendib et al. | A survey of the most used MPPT methods: Conventional and advanced algorithms applied for photovoltaic systems | |
Ali et al. | Performance investigation of grid connected photovoltaic system modelling based on MATLAB simulation | |
Nayak et al. | Optimal hybrid array configuration scheme to reduce mismatch losses of photovoltaic system | |
CN104516394B (en) | A kind of method for regulation power supply | |
Podder et al. | Design and simulation of an independent solar home system with battery backup | |
Mathur | Maximum power point tracking with artificial neural network | |
Cipriani et al. | Technical and economical comparison between different topologies of PV plant under mismatch effect | |
Chaaban et al. | An adaptive photovoltaic topology to overcome shading effect in PV systems | |
Chaita et al. | Performance evaluation of 3.5 kWp rooftop solar PV plant in Thailand | |
El-Dein et al. | Optimal photovoltaic array reconfiguration to maximize power production under partial shading | |
ES2372518B1 (en) | SWITCHING DEVICE DEDICATED TO OPTIMAL EXTRACTION OF ENERGY IN PHOTOVOLTAIC GENERATORS. | |
Natsheh et al. | An automated tool for solar power systems | |
Villarejo et al. | Comparison of central vs distributed inverters: application to photovoltaic systems | |
DebBarma et al. | Maximum photovoltaic power tracking using perturb & observe algorithm in MATLAB/simulink environment | |
Pachauri et al. | Optimal Placement of Modules in PV Array Systems to Achieve Higher GMPP under Obscured Irradiations | |
Cipriani et al. | Reconfiguration strategies to reduce mismatch effects on PV array: An Arduino-based prototype | |
Florea et al. | Modeling photovoltaic arrays with MPPT Perturb & Observe algorithm | |
KR101370856B1 (en) | Photovoltaic maximum power point tracking method to prevent overload by environmental and system thereof | |
Sadmai et al. | Performance Analysis of a 3kWp Grid Connected PV System in The University of Pathumthani Province | |
Rodrigues et al. | Using photovoltaic systems to improve voltage control in low voltage networks | |
Gonal et al. | Solar energy optimization using MPPT controller by maximum conductance method | |
Megantoro et al. | A practical method to design the solar photovoltaic system applied on residential building in Indonesia | |
Phiouthonekham et al. | Mitigating impact of partial shading on photovoltaic array configuration by using rearrangement | |
Nadhiroh et al. | Optimization of Stand Alone Solar Home System with Battery | |
Tomar et al. | PV energy benefit estimation formulation for PV water pumping system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2372518 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130215 |