ES2439215T3 - Procedimiento para la supervisión de un generador fotovoltaico - Google Patents

Procedimiento para la supervisión de un generador fotovoltaico Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la supervision de un generador fotovoltaico (1) para la generación de corriente con unnúmero de celulas solares conectadas entre dos conexiones exteriores, con las siguientes etapas: alimentación periadica de una corriente con un espectro de frecuencias en un circuito de corriente, quecomprende el generador fotovoltaico (1) y un vibrador (3), detección respectiva de una magnitud electrica en el circuito de corriente como magnitud de salida ydeterminacion de un espectro de frecuencias de la magnitud de salida, y deteccion de una modificacion del espectro de frecuencias de la magnitud de salida para la supervisióndel generador fotovoltaico (1), en el que la corriente es impresa por medio de un primer convertidor (W1) con arrollamientos primarios y secundariosen el circuito de corriente y por medio de un segundo convertidor (W2) con arrollamientos primarios ysecundarios se detecta la magnitud de salida y el circuito de corriente comprende, adernas, arrollamientos, conectados en serie con el generadorfotovoltaico y con los onduladores en el circuito, del primer convertidor (W1) y del segundo convertidor(W2).

Description

Procedimiento para la supervisión de un generador foto voltaico
La invención se refiere a un procedimiento para la supervisión de un generador fotovoltaico para la generación de corriente con un número de células solares conectadas entre dos conexiones exteriores.
Para la supervisión de robos en generadores fotovoltaicos se conoce deducir un robo en el caso de modificaciones repentinas de la corriente del generador. Pero esto tiene el inconveniente de que el generador no suministra corriente durante la noche, por lo que este procedimien'lo solamente se puede emplear de dla.
Se conoce a partir del documento DE 101 61 480 54 un procedimiento para la protección de un módulo solar contra manipulación no autorizada o robo. Este procedimiento se basa en la detección de una interrupción de un circuito en serie. En este caso, se alimenta una corriente altema. También se puede realizar una alimentación sincronizada de la corriente de medición. A través de la alimentación de la corriente de medición a intervalos no es necesario un flujo de corriente continuo. Estas comentes son diferentes ele la corriente continua del generador. Este procedimiento se puede emplear también en las horas nocturnas.
Otro procedimiento se ooopa con la detección de arctl.s voltaicos en generadores solares rNO 95/25374). En este caso, se detecta la radiación electromagnética saliente. Los arcos voltaicos se producen en el caso de corlocirOJito o en el caso de interrupciones de la trayectoria de la corrIente. Los arOJitos necesarios para la determinación de arcos voltaicos son, sin embargo, costosos y caros.
El documento US 7 042 228 82 publica la verificación d:e un convertidor por medio de la detección de un espectro de freooencias de salida. El documento DE 94 11 783 U" publica una sUpelVisión de robo para generadores solares fotovoltaicos,
La invención tiene el problema de encontrar un pro(:edimiento de supervisión económico, en particular para la supervisión de robo, que es operativo durante la noche.
Este problema se soluciona de acuerdo con la invenci,on en un procedimiento para la supervisión de un generador fotovoltaico para la generación de corriente con un rl'Úmero de células solares conectadas entre dos conexiones exteriores a través de alimentación repetida de una coniente con un espectro de freruencia al clrOJito de corriente continua, en el que se realiza la detección de una paso de frecuencia en el espectro de frecuencias con una corriente alimentada como magnitud de entrada y una magnitud eléctrica el generador como magnitud de salida, y detección de una modificación del paso de frecuencia para la supervisión del generador fotovoltaico, en el caso de que aparezca una modificación durante la alimentación periódica.
La invención se basa en el reconocimiento de que una modificación del paso de la frecuencia representa un signo fiable de un robo y de muy general una manipulación en el generador solar. AsI, por ejemplo, determinadas amplitudes de la corriente de una frecuencia solamente se modifica durante la extracción de un módulo solar, mientras que otras amplitudes de la corriente permanecen inalteradas. En ausencia de 1Il módulo, se modifican las capacidades y las induc:tividades o 'bien las impedancias y, por lo tanto, el comportamiento de frecuencia del generador. Si se alimenla un corriente con un espectro de frecuencias, entonces resulta un comportamiento de frecuencia trpioo, cuando se lleva a cabo una modificaciión del generador.
Se puede detectar el paso de frecuencia, es decir, la dependencia de una magnitud eléctrica, como impedancia, capacidad, inductividad, corriente o tensión de la frecuenda alimentada.
También se pueden reconocer arcos voltaicos. En los ,arcos voltaicos se modifica el comportamiento de frecuencia. Los arcos voltaicos pueden ser ocasionados por punte's de contacto erróneos y pueden provocar incendios. Por lo tanto, el comportamiento de supervisión sirve también para la prevención de incendios.
Una ventaja de la invención es que es posible una su¡pervisión de robo o bien una protección contra manipulación también en las horas nocturnas, es decir, también OJando el generador solar no suministra corriente.
La invención puede utilizar un (mico principio de medición para la supervisión de diferentes danos o bien manipulación en el generador, incluyendo robo del glmerador. De esta manera, se obtienen ventajas de costes. Además, el procedimiento de acuerdo con la invención es muy fiable, puesto que no es necesaria una detección costosa de radiación electromagnética.
Una supelVisión de robo se realiza con el procedimiento de acuerdo con la invención con preferencia sólo en las horas nocturnas, siendo empleado ruante las horas diurnas un segundo procedimiento. El segundo procedimiento se basa especialmente en la utilización de un sensor de referencia y aquí con preferencia de un generador solar de referencia:. A través de esta medida existe un seguro de robo óptimo. En las horas diurnas se evaliJa, por ejemplo, una intenupción brusca de la corriente como indicación de un robo. Una modificación de la corriente tiene lugar, en efecto, relativamente lenta cuando, por ejemplo, una nube OJbre el generador, En cambio, en las horas nocturnas se De manera altemativa o adicional, el procedimiento se puede emplear también para la supervisión de arcos voltaicos a través de separación del contacto o para la verificació.n de conlactos peligrosos del generador folovoltaico. De esta manera se pueden prevenir incendios a través de un conlacto eléctrico erróneo. En lugar o adicionalmenle a una sel'ial de alarma, se puede desconectar el generador solar cuando aparece un arco voltaico.
Un desarrollo relativamente sencillo, pero a pesar de todo efectivo de la invención se caracteriza porque se forma una magnitud auxiliar a partir de curvad medidas de la corriente o de la tensión y se supervisa la modificación de la magnilud auxiliar, realizándose una sei\al de alarma por encima de un valor umbral de la modificación de la magnitud auxiliar. Un circuito de supervisión se puede l::onectar de una manera relativamente sencilla. Es ventajoso que la magnitud auxiliar se forma a partir de la suma dEl las amplitudes medidas de la corriente o de la tensión o que la magnitud auxiliar se realice a partir de una integrac:i6n de las áreas por debajo de las curvas medidas. Ambas soluciones se pueden realizar fácilmente controladas por ordenador o microprocesador.
Es especialmente favorable que se realice una alimenlación de la corrienle con un espectro de frecuencia con un primer convertidor con arrollamiento primario y arrollamiento secundario, que está conectado en el circuito de corriente continua del generador, y una delección de' espectro de frecuencias con un segundo convertidor con arrollamiento primario y arrollamiento secundario, que está dispuesto en serie con el primer convertidor. De esta manera. se puede conectar un circuito de supervisión en serie con el generador y solamente debe conectarse con una conexión exterior. La salida del generador solar represerta, por lo tanto, prácticamente la salida del circuito de supervisión. Las pérdidas generadas a través del circuiito de supervisión son insignificantes, puesto que la calda de la corriente continua generada en el convertidor tiende I~sencialmente a cero.
Es óptimo que se realice una alimentación de frecuoncias sinusoidales en el circuito de corriente continua del generador. A través de la modificación de una sei\al resultan varias tensiones alternas, de manera que se puede recorrer una gama de frecuencias. Una modificación de la frecuencia se puede generar de manera continua con la ayuda de un generador de funciones, pero también de forma repentina.
Con ventaja, se establece una modificación de una magnitud eléctrica medible a través del espectro de frecuencias. Se puede medir directamente la modificación de la impedancia del generador. Esto es posible porque en el caso de ausencia repentina de m6dlAos, se modifican las impedancias de la potencia, pero también las capacidades presentes son diferentes. Las vlas de la potencia en E~ generador son relativamente largas. de manera que están presentes impedancias relativamente granes y bien mEldibles. En principiO, también se puede medir solamente una capacidad o una inductividad. Es ventajoso que en Ett caso de un circuito paralelo de módulos, es posible una detección. Mientras que una medici6n basada en interrupci6n de la potencia solamente es posible en circuitos en serie de módulos solares, la invenci6n se puede emplem en circuitos en serie y/o en paralelo de módulos solares.
Otras configuraciones ventajosas de la invenci6n se pUI!den deducir de las reivindicaciones dependientes.
Con la ayuda de los dibujos se explica en detalle la inve'nci6n a continuación a modo de ejemplo.
La figura 1 muestra una representaci6n de una instal¡;lción fotovoltaica con varios módulos solares conectados en serie y/o en paralelo.
La figura 2 mUéStra un esquema equivalente de una célula solar de una instalación.
La figura 3 muestra un esquema equivalente de una disposición de células solares en forma de meandro.
La figura 4 muestra una disposición de cirruito para la medici6n de un paso de frecuencia.
la figura 5 muestra un esquema equivalente de la dlslX)sición representada en la figura 4.
La figura 6 muestra un esquema de funciones de unal forma de realizaci6n preferida de la disposici6n de circuito para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 7 muestra una primera representaci6n de un p'aso de frecuencia con y sin generador parcial.
La figura 8 muestra una segunda representación de un paso de frecuencia.
La figura 1 muestra una instalaci6n fotovoltaica con un generador fotovoltaico 1 con vanos módulos fotovoltaicos 2 conectados en serie y en paralelo. Entre un ondulador a con condensador de entrada 4 está dispuesto un circuito de supervisi6n 5. Este circuito está en serie con el generador fotovoltaico 1 y con el ondulador en el circuito DC.
Como se ilustra en la figura 2, cada célula solar tiene un esquema equivalente con capacidades Cop y CcMI', con un diodo D y resistencias EP. Las célula solares individua~es están dispuestas especialmente en forma de meandro en Si se retira un módulo solar en una instalación de varios módulos conectados en serie y/o en paralelo, por ejemplo en el caso de un robo, entonces se modifican las capacidades o bien las inductividades. Puesto que en principio está presente una red de conexión muy compleja compuesta de condensadores, inductividades y resistencias. en el caso de una única frecuencia no debe realizarse forzosamEmte una modificación clara de una magnitud eléctrica. Si se imprime una corriente altema, en el caso de una frecuEmcia, apenas se modifica la corriente de salida de un circuito de medición. mientras que en el caso de otra frecuencia. tiene lugar una modificación clara de la sena!. Esto se explica por una propiedad de resonancia modificada de la inslalaci6n fotovoltaica.
Exactamente aquí entra el procedimiento para la supervisión de un generador fotovoHaico 1 para la generación de corriente con un número de células solares conectadas entre dos conexiones exteriores.
De acuerdo con la invención. se realiza una introducción periÓdica de una corriente con un espectro de frecuencias en el circuito de corriente del generador, una detección de un paso de frecuencia en el espectro de frecuencias y una detección de una modificación del paso de frecue!ncias o de una magnitUd eléctrica en el paso de frecuencia para la supervisión del generador fotovollaico 1.
Con preferencia, se realiza una alimentación sinusoidal de la corrienle con un espectro de frecuencias con un primer convertidor con arrollamiento primario y arrollamiento secundario. que está conectado en el eirruito de corriente continua del generador. Además, se realiza una detecc::ión del espectro de frecuencias con un segundo convertidor con arrollamiento primario y arrollamiento secundario, que está dispuesto en serie con el primer convertidor.
En principio, se emplean varias señales de corrienle alt~~ma con diferentes frecuencias.
El circuilo de medición mostrado en la figura 4 ilustra el principio. En serie con el generador 1 se encuentran dos convertidores W1 y m. Cada uno de ellos tiene un arrollamiento primario y un arrollamiento secundario, estando, respectivamente, uno de los arrollamienlos en el circuito de corriente continua o bien circuito OC. El primer convertidor W1 sirve para la alimentación del espectro de frecuencias. En este caso se utiliza un generador de funciones 6, que modifica oontinuamente su frecuencia, por ejemplo de 100 Hz (f1) a 500 Hz (m.Esto significa que la corriente impresa comienza con 100 Hz. se eleva y te!nnia en 500 kHz. Este proceso se repile cíclicamente.
En el segundo convertidor W2 está conectado un aparato de medición 7, por ejemplo un osciloscopio o un analizador del paso de frecuencia, que registra el paso de frecuencia, es decir, que registra la corriente altema en función de la frecuencia. En un osciloscopio se puede aplicar en la entrada-X una tensión proporcional a la frecuencia y en la entrada-Y se puede aplicar la lensión de medición. la figura 5 muestra el esquema equivalente oon la capacidad del generador Cpv, con la capacidad de entrada C-del vibrador y con las inductividades de la Ilnea lTtg y l..n;.,.,....,. Estas forman un circuito oscilantl~, de manera que a una frecuencia detenninada o bien a la frecuencia de resonancia está presente una modifico:¡ción clara de la senal. Una amplitud se eleva de fonna repentina cuando llega a la proximidad de la frecuencia de resonancia. la amplitud esté limitada por la amortiguación o bien la resistencia óhmica del esquema equivalente o bien por la resistencia ¡nlema. Puesto que ésta es muy reducida, se pueden alcanzar resultados muy univooos.
Con preferencia, se forma una magnitud auxiliar a partir de las rurvas medidas de la corriente o de la tensión y se supervisa la modifICación de la magnitud auxiliar, reali2:ándose una senal de alanna por encima de un valor umbral de la modirteación de la magnitud auxiliar. La magnitud auxiliar se forma a partir de la suma de las amplitudes medidas de la corrienle y de la tensión.
Un esquema funcional de una disposición de circuito preferida para la realización de esta fonna de realización preferida del procedimiento de acuerdo oon la invención se muestra en la figura 6. El generador de funciones 6 alimenta el primer convertidor Wl, que se encuentra, (;4)mo también el segundo convertidor W2 en el circuito OC del generador 1. la senal de salida el segundo convertidor es amplificada a través de un amplificador 7 y es rectificada por medio de un rectificador 8.
la sena! de salida del rectificador es alimentada a un microprocesador 9, que forma una senal de suma S2 después de un paso de la frecuencia. El microprocesador 9 predetermina, además. las frecuencias f1 a fn para el generador de funciones y establece desviaciones del paso de frecuencia.
Si se produce una desviación de la senal de suma AS y esta desviación excede un valor umbral. entonces se realiza una seflal de alarma, como se muestra en la figura 6.
De manera altemativa, la magnitud auxiliar se puede femlar a partir de la integración de las áreas por debajo de las curvas medidas.
Una modficación de una magnitud eléctrica medible a través del espectro de frecuencias no sólo puede ser la Las figuras 7 y 8 ilustran modificaciones posibles e la sl~na1. t::stas muestran amplitudes de la corriente en función la frecuencia f.
Como muestra la figura 7, el paso de la frecuencia se modifica, por ejemplo, después de la retirada de un genera.
5 parcial o bien de un mOdulo. En este caso, la instalación fotovoltaica presenta, por ejemplo, tres frecuencias resonancia. Una modificación se puede realizar, por ejemplo, a través de la extracción de un módulo por robo. este caso, solamente en el intervalo de una frecuencia c:teterminada o bien de una segunda frecuencia de resonan (ver flecha) e modifica la amplitud. como se puede reconocer. en una medida general significativa.
Otro comportamiento tlpico se muestra en la figura 8. Aqul se modifica la amplitud también claramente, pero er 10 caso de otra frecuencia o bien de la tercera frecuencia de resonancia (ver flecha).
La invención no está limitada a este ejemplo, de manea que el procedimiento de supervisión se puede utilizar paré reconocimiento de arcos voltaicos. Un arco voltaico se puede realizar, por ejemplo, a través de una interrupción dE trayectoria de la corriente o a través de un cortocircuito. En principio, se pueden supervisar también otros anos er generador. AsI, por ejemplo, es posible establecer un dano en un generador parcial que resulta a través de pedri!
15 o similar, sin que deba instalarse una cámara de supecvisión costosa. También se pueden reconocer otros tipos manipulaciones, por ejemplo destrucciones intencionad;;¡s.
Lista de signos de referencia
1 Generador fotovOltaico
20 2 Módulos fOlovoltaicos 3 Vibrador 4 Condensador de entrada 5 Circuito de supervisiOo
6 Generador de funciones
25 7 Aparato de medición 8 Rectificador 9 Microprocesador
Wl Primer convertidor 30 W2 Segundo convertidor

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Procedimiento para la supervisión de un generador fotovoltalco (1) para la generación de corriente con un número de células solares conectadas entre dos conexiones exteriores, con las siguientes etapas:
    alimentación periódica de una corriente con un espectro de frecuencias en un circuito de corriente, que comprende el generador fotovoltaico (1) y un vibrador (3),
    detección respectiva de una magnitud eléctrica en el circuito de corriente como magnitud de salida y determinación de un espectro de frecuencias die la magnitud de salida,
    y detección de una modificación del espectro de frecuencias de la magnitud de salida para la supervisión del generadorfotovoltaico (1), en el que
    la corriente es impresa por medio de un primer convertidor (W1) con arrollamientos primarios y secundarios en el circuito de corriente y por medio de un segundo convertidor (W2) con arrollamientos primarios y secundarlos se detecta la magnitud de salida y
    el circuito de corriente comprende, además, arrollamientos, conectados en serie con el generador fotovoHalco y con los onduladores en el circuito, del primer convertidor (W1) y del segundo convertidor (yV2).
  2. 2.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, i~stalado para la supervisión de robo o manipulación.
  3. 3.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó .~, en el que con la ayuda de una modificación del espectro de frecuencias de la magnitud de salida se detecta un arco voHalco.
  4. 4.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó .~, que se realiza en horas noctumas.
  5. 5.-Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la magnitud de salida es una corriente, una tensión o una Ifrl)edancia en el circuito de corriente del generador.
  6. 6.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, E~n el que se detecta un paso de la amplitud de la corriente o de la tensión del generador, se forma una magnitud ~.uxiliar a partir de las curvas de la corriente o de la tensión medidas y se supervisa una modificación ce la magnitud auxiliar, siendo emitida una serial de alarma por encima de un valor umbral de la modificación de la magnitud auxilku.
  7. 7.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la magnitud auxiliar se fonTla a partir de la suma de las amplitudes de la corriente o de la tensión medidas.
  8. 8.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en la que la magnitud auxiliar se realiza a partir de una integración de las áreas por debajo de las curvas medidlas.
  9. 9.-Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicac:iones 1 a 8, en el que se alimenta una corriente sinusoidal.
  10. 10.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9', en el que la corriente sinusoidal es modificada continua y ciclicamente en su frecuencia.
  11. 11 .-Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el generador fotovoltaico (1) presenta un Circuito paralelo de módulos fotovoHaicos (:!).
  12. 12.-Utilización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 para el reconocimiento de robo
    o manipulación en el generador fotovoltaico.
  13. 13.-Utilización del procedimiento de aruerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 para el conocimiento de arcos voltaicos a través de la separación el contacto o contacilos peligrosos del generador fotovoltaico (1).
  14. 14.-utilización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 tanto para el reconocimiento de robo como también de arcos voltaicos en el generador fotovoltaico (1).
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