ES2564740B1 - Laboratorio para ensayos a módulos fotovoltaicos - Google Patents

Abstract

Laboratorio para ensayos a módulos fotovoltaicos, que comprende un vehículo (1) de transporte, cuya caja (2) se configura como habitáculo para realizar los ensayos, la cual, es extensible con, una posición recogida para circular y una posición extendida que se alarga a la longitud necesaria, e incluye dos diafragmas (7, 8), para evitar reflexiones de luz, tiene paredes opacas y mantiene la temperatura constante y controlada en su interior. La caja (2) comprende dos tramos (2a, 2b) extensibles telescópicamente, uno mayor externo (2a) fijo y uno menor interno (2b) que encaja dentro del anterior. Su pared posterior cuenta con un cajón (10) extraíble a través de una trampilla (11) abatible, destinado a incorporar una lámpara flash (3).

Description

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LABORATORIO PARA ENSAYOS A MODULOS FOTOVOLTAICOS

DESCRIPCION

OBJETO DE LA INVENCION

La invention, laboratorio para ensayos a modulos fotovoltaicos, se refiere a un recinto movil apto para ser utilizado como laboratorio de caracterizacion y ensayo para efectuar diferentes pruebas de inspection y control de funcionamiento que normalmente se realizan a los modulos solares fotovoltaicos, con la particularidad de que dicho recinto consiste en un elemento movil, concretamente, un vehiculo especialmente adaptado en su estructura para permitir la realization de dichas pruebas in situ o en cualquier lugar que se precise, sin necesidad de transportar el modulo fotovoltaico hasta el laboratorio fijo oportuno. El campo de aplicacion de la presente invencion se enmarca dentro del sector de la energia solar, centrandose en el ambito de los modulos o paneles solares, particularmente los fotovoltaicos y, concretamente relacionado con la realizacion de ensayos para control de funcionamiento de dichos modulos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Como referencia al estado actual de la tecnica, si bien es conocida la existencia de algun laboratorio de ensayos para control de funcionamiento de los modulos fotovoltaicos de caracter movil, al menos por parte de solicitante, se desconoce la existencia de ninguna otra invencion de aplicacion similar que presente unas caracteristicas tecnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el laboratorio de sistema tunel desplegable para ensayos amodulos fotovoltaicos.

Actualmente, los ensayos de modulos fotovoltaicos se realizan en un laboratorio de una entidad independiente y que se encuentra situado lejos de los parques solares, desde donde es necesario enviar los modulos a analizar hasta el laboratorio. Una vez en el laboratorio se realizan sobre los diferentes modulos los ensayos necesarios de acuerdo a unas condiciones concretas determinadas por las diferentes normas. Por ejemplo, el ensayo de medida de potencia maxima de acuerdo a la norma IEC 61215:2005 especifica que la temperatura del laboratorio debe estar controlada a 25 °C ±2 °C. Ademas, dicha norma describe que para realizar el ensayo se necesitan mantener unas condiciones concretas en lo que respecta a la distancia entre el modulo fotovoltaico a ensayar y la fuente de luz.

Actualmente existen principalmente dos tipologias distintas de simulador solar tipo flash para la medida de la potencia maxima de modulos fotovoltaicos: los simuladores solares de mesa, en donde el modulo fotovoltaico se situa con sus celulas enfrentadas hacia las lamparas, y el simulador solar de tipo tunel, que consiste en un tunel negro en donde en un extremo se coloca el modulo y en el otro extremos se situa la lampara flash. Cabe

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destacar que el simulador solar de sistema tunel asegura, gracias a una distancia entre la lampara y el modulo mucho mayor que el simulador solar de mesa, una mejor uniformidad en la iluminacion y, por tanto, unas condiciones mas parecidas a la iluminacion a sol real.

Por lo tanto, la principal diferencia de la invention con otros simuladores solares o laboratorios de ensayo, es que el laboratorio para la medida de potencia maxima objeto de la invencion es movil, cuenta con la implantacion de un sistema de medida con simulador solar basado en un tunel negro desplegable que garantiza un sistema de medida Clase AAA de acuerdo a IEC 60904-9: 2007 y, ademas, cumple las condiciones especificadas en el ensayo 10.2 de la normativa IEC 61215:2005 entre las que destaca por su dificultad operativa, el control de la temperatura del interior del laboratorio a 25 °C ± 2°C, todo ello en un vehiculo con peso inferior a 3.500 kg. Ademas, al menos desde el conocimiento del solicitante, no existe ningun laboratorio movil que permita realizar en un mismo recinto los ensayos de: inspection visual de modulos fotovoltaicos (IEC 61215/IEC 61646), ensayo de aislamiento electrico (IEC 61215/IEC 61646), determination de potencia maxima (IEC 61215/IEC 61646) y el ensayo de electroluminiscencia.Estos tres aspectos que diferencian a la invencion de los de mas laboratorios proporcionan las siguientes ventajas:

- Disminucion en el tiempo que los modulos no estan instalados,

- Disminucion de costes de transporte hasta el laboratorio, ya que es el laboratorio el que va a la instalacion,

- Reduction de riesgos de rotura de los modulos en los transportes, asi como en la manipulacion de los mismos,

- Capacidad de implantar de forma agil un laboratorio en cualquier lugar.

- Sistema de medida con tunel negro que proporciona una medida mas precisa gracias a una menor no-uniformidad respecto de los simuladores solares de tipo mesa, y a un control total de las condiciones ambientales de medida.

- Vehiculo con peso inferior a 3.500 kg que posibilita ser conducido con permiso de conduction de vehiculos tipo turismo.

Por lo tanto, en resumen, la principal caracteristica de esta invencion es la de contar con la implantacion de un tunel negro desplegable con un simulador solar que permite tener controladas las condiciones ambientales para la medida de la potencia maxima de modulos fotovoltaicos, todo ello introducido en un vehiculo con un peso inferior a 3.500 kg.

EXPLICACION DE LA INVENCION

Asi, el laboratorio movil para ensayos a modulos fotovoltaicos con simulador de

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sistema tunel que la invencion propone, evita el traslado de los modulos objeto de estudio hasta los laboratorios ubicados en emplazamiento fijos, posibilitando el traslado del laboratorio al lugar donde se encuentran instalados los modulos.

En particular, la invencion propone un laboratorio para ensayos a modulos fotovoltaicos que se configura como un vedculo con capacidad de carga menor a 3.500 kg. y adaptado para incorporar todos los elementos necesarios para llevar a cabo los ensayos de: inspeccion visual de modulos fotovoltaicos (IEC 61215/IEC 61646), ensayo de aislamiento electrico (IEC 61215/IEC 61646), determinacion de potencia maxima (IEC 61215/IEC 61646) y el ensayo de electroluminiscencia. Es importante que las dimensiones del vedculo sean lo mas reducidas posibles ya que el desplazamiento hasta los parques solares donde se situan los modulos a analizar no se realiza, principalmente en sus tramos finales, a traves de vias perfectamente pavimentadas, sino que habitualmente y debido a la ubicacion de los parques solares, las vias son de baja calidad lo que dificulta el desplazamiento de vedculos de grandes dimensiones.

Los principales ensayos a realizar en este tipo de laboratorio son los siguientes:

- Determinacion de potencia maxima del modulo fotovoltaico

- Medida de aislamiento

- Inspeccion visual

- Inspeccion electroluminiscencia

Una dificultad adicional, radica en el hecho de conseguir las condiciones especiales que permitan hacer el primer ensayo, es decir, la determinacion de potencia maxima del modulo, ya que en el se utiliza un simulador solar, el cual consiste en una lampara flash que simula el sol, y que con unas condiciones de irradiancia y uniformidad espedficas ilumina el modulo a evaluar, midiendo a la salida del mismo,la potencia que emite bajo dichas condiciones espedficas.

El laboratorio de la invencion cuenta un simulador solar de tipo tunel para el cual son necesarias las siguientes condiciones:

- Conseguir la distancia necesaria entre la lampara flash y el modulo fotovoltaico, la cual suele ser de unos 5,5m.

- Conseguir unas condiciones de temperatura estable de 25°C +-2°C.

- Conseguir unas condiciones de oscuridad casi absoluta.

- Incluir dentro del habitaculo del laboratorio dos diafragmas, para evitar reflexiones de luz en las paredes del mismo, a determinadas distancia entre el flash y el modulo.

Con el fin de lograr las anteriores condiciones, el laboratorio objeto de la presente invencion comprende las siguientes tres caracteristicas:

- Laboratorio movil

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- Laboratorio con simulador solar de sistema tunel.

- El peso del laboratorio es menor a 3.500 kg.

Para ello se ha disenado un vehteulo con una caja de transporte, incorporada a la cabeza tractora, que constituye el habitaculo del laboratorio y que presenta, entre otras particularidades, la de poder extenderse para ampliar su longitud al estar conformada a partir de al menos dos tramos extensibles telescopicamente. De esta manera se consigue una facilidad de manejo durante el trasporte, que se realizara con los dos tramos plegados, y a su vez, la longitud necesaria para realizar ensayos a modulos fotovoltaicos con un simulador solar tipo tunel en su interior.

Para ello, dichos dos tramos son uno mayor externo, que es de caracter fijo y convencionalmente se ancla como remolque a la cabina tractora del vehiculo o solidaria a dicha cabina tractora, y otro menor e interno que encaja dentro del mayor y que, dotado de los medios adecuados, se desliza sobre este para poder desplazarse y extenderse hacia la parte posterior del camion, de manera que la longitud total de la caja puede llegar a alargarse unos cuantos metros mas alla de la medida estandar de una caja convencional.

Ademas, dicho tramo menor interno cuenta, en la zona central de su pared posterior, con un cajon extraible hacia el exterior, el cual contiene la lampara flash, aportando asi mas distancia frente al modulo que se coloca en la pared anterior del tramo mayor externo. De este modo, la suma de dicho cajon y del tramo de caja menor interior, una vez extendidos, dan a la longitud de la caja una extension suficiente para completar la distancia necesaria que requiere el laboratorio para poder realizar el ensayo de medida de la potencia maxima de modulos con simulador tipo tunel.

El tramo mayor externo de la caja del camion incorpora el primer diafragma de los anteriormente indicados, mientras que el segundo se incorpora en el tramo menor, pudiendo situarse a la distancia que convenga en cada caso, segun las especificaciones tecnicas del fabricante de la lampara.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripcion que se esta realizando de la invencion, y para ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la misma, se acompana a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de unas figuras, en las que con caracter ilustrativo y no limitativo representan un ejemplo de realization preferente de la invencion.

La figura numero 1 muestra una vista en perspectiva de un vehiculo que constituye el laboratorio movil objeto de la invention, el cual se ha representado con la caja que constituye el habitaculo del laboratorio propiamente dicho en position recogida para poder

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circular.

La figura numero 2 muestra una vista en perspectiva similar a la mostrada en la figura 1, pero en este caso representado con la caja-habitaculo del vehteulo en posicion extendida para poder realizar los ensayos.

La figura numero 3 muestra una vista en planta superior del vehiculo mostrado en las figuras anteriores, igualmente representado con la caja-habitaculo en posicion extendida pero abierta superiormente, mostrando el interior de la misma donde se ha representado el haz o foco de la lampara flash.

La figura numero 4 muestra la seccion AA de la figura 3.

La figura numero 5 muestra una vista en perspectiva similar a la anterior, es decir, tambien con la caja extendida, abierta superiormente y con el haz del flash representado, apreciandose en ella la posicion de los dos diafragmas que incorpora interiormente. REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

A partir de las figuras, a continuation se describira un ejemplo de realization objeto de la presente invention. Asi, el laboratorio movil en cuestion lo constituye un vehiculo (1) de transporte, cuya caja (2), que se configura como habitaculo para llevar a cabo los ensayos a que se destina, es de caracter extensible, de tal forma que, en su posicion recogida (figura 1) presenta unas dimensiones convencionales para poder circular por cualquier via, y en su posicion extendida (figuras 2 y 3), se alarga para conseguir la distancia necesaria para realizar ensayos con una lampara flash (3) sobre el modulo fotovoltaico (4), siendo dicha distancia de aproximadamente 5,5 m.

La caja (2) es extensible gracias a que esta conformada a partir de dos tramos (2a, 2b) extensibles telescopicamente. Dichos dos tramos consisten, concretamente en: un tramo mayor externo (2a), que constituye la estructura externa de la caja, que es de caracter fijo y se ancla convencionalmente a la cabina (5) tractora del vehiculo (1); y un tramo menor interno (2b) que encaja dentro del tramo mayor externo (2a) y que se desliza sobre la base inferior de este para poder desplazarse y extenderse hacia la parte posterior de la caja (2) de manera que la longitud total de la misma se alarga considerablemente. Evidentemente la caja podria incluir mas de dos tramos extensibles en funcion de las necesidades de los ensayos o de transporte.

Para llevar a cabo dicho deslizamiento, la caja cuenta con un sistema de guias (6) ocultas complementarias incorporadas en las respectivas bases de cada tramo y que permiten el deslizamiento horizontal del tramo menor interno (2b) sobre el tramo mayor externo (2a), habiendose previsto, opcionalmente, la existencia de medios graduables (no representados) para fijar la posicion extendida de la caja en diferentes puntos, si fuera necesario, asi como para dar estabilidad al conjunto de cajas.

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El interior del laboratorio movil cuenta con dos diafragmas desmontables que se utilizan, una vez desplegadas las cajas del vehteulo, para asegurar la correcta uniformidad de la luz incidente en el modulo fotovoltaico basandose en la elimination de luz adicional generada en las reflexiones de la luz a lo largo de las paredes internas del vehiculo. El tramo mayor externo (2a) incorpora interiormente un primer diafragma (7) situado de forma fija hacia la mitad posterior de dicho tramo, mientras que el tramo menor interior (2b) incorpora un segundo diafragma (8).

Ademas, el tramo menor interno (2b) de la caja (2) cuenta, en la zona central de su pared posterior, con un cajon(10) extrafole a traves de una trampilla (11) abatible, que permite desplazarlo hacia el exterior de la caja (2), y asi poder alargar al maximo la distancia entre dicho cajon (7), que esta destinado a albergarla lampara flash (3), y la parte anterior del tramo mayor externo (2a) de la caja (2), en la que se ubica el modulo fotovoltaico (4).

Es importante destacar, ademas, que ambos tramos (2a y 2b) de la caja son de paredes completamente opacasde color negro mate para reducir las reflexiones internas y que las juntas entre ambos estan convenientemente cubiertas con neopreno para conseguir las condiciones de oscuridad y temperatura que requieren los ensayos, asi como que ambos tramos estan dotados de paredes construidas de materiales aislantes, que permiten mantener una temperatura constante y controlada en el interior de la caja (2) habitaculo.

Finalmente, hay que mencionar que la caja (2), preferentemente en la parte lateral anterior del tramo mayor externo (2a), dispone de una puerta de acceso (17) y, logicamente, en su interior esta provista de fijaciones para incorporar los modulos fotovoltaicos (4) y cuantos armarios, accesorios y demas elementos (12, 13) sean necesarios para llevar a cabo los ensayos a que se destina. La caja (2) dispone tambien, por el lado opuesto a la puerta de acceso (17), de una compuerta por donde se extrae la estructura que soporta el modulo fotovoltaico sometido a ensayo.

El vehiculo, con un peso maximo de 3.500 kg, presenta las siguientes dimensiones cuando circula, es decir, sin presentar los distintos modulos extendidos, una caja (2) coincidente con el tramo mayor externo (2a) de 4,2 metros y 2,2 metros de ancho, a lo que es necesario anadir la cabina tractora (5) del vehiculo. Cuando el vehiculo se dispone en modo ensayo, estatico y con los tramos extendidos, las dimensiones del mismo pasan a ser de aproximadamente 8,25 metros, entre el final del tramo menor (2b) y el comienzo del tramo mayor (2a), siendo la distancia entre la lampara (3) y el modulo fotovoltaico (4) a ensayar, de 5,5 metros.

Ademas del simulador solar tipo tunel, el laboratorio movil cuenta con el siguiente equipamiento:

- Equipo electronico (13) para efectuar el ensayo de aislamiento electrico.

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- Fuente de alimentacion (12) para hacer fluir corriente inversa por el modulo fotovoltaico durante el ensayo de electroluminiscencia.

- Camara de electroluminiscencia (15), que trabaja en combination con la fuente de alimentacion (12) para realizar el ensayo de electroluminiscencia, cuyo objetivo es la caracterizacion de los danos producidos en los modulos fotovoltaicos (roturas, fisuras, etc.) con una muy alta resolution espacial. Para la realization de este ensayo, se induce un flujo de corriente electrica inversa al modulo fotovoltaico y mediante la camara CCD se obtiene una imagen de la distribution de intensidad de la radiation luminiscente del modulo.

- Estructura soporte para el modulo fotovoltaico (4) a ensayar. Esta estructura es movil y se extrae por una compuerta (20) situada en el lado opuesto a la puerta (17) de tal manera que el modulo (4) a ensayar es colocado en la estructura desde el exterior e introducido en el laboratorio por la compuerta (20) mencionada.

- Patch panel oculto con compuerta en donde se realiza la conexion para el control de todos los equipos de medida. El patch panel se encuentra situado en el lateral del vehiculo y permite conectarse a los equipos de ensayo desde el exterior sin entrar en el habitaculo.

- Lona termica desmontable (16) que permite aislar la fuente de alimentacion (12) y el equipo electronico (13) del modulo fotovoltaico (4), situandose entre dicho modulo (4) y los mencionados equipos (12, 13), de manera que no se ve afectado el ensayo por la temperatura o luz emitida desde dichos equipos.

- Equipo de climatizacion (14a, 14b) para mantener la temperatura del habitaculo a 25 °C ± 2 °C.

- Tubos fluorescentes para la iluminacion del interior del habitaculo.

- Sistema de ventilation interior que permite evacuar el calor generado por los equipos electricos.

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   REIVINDICACIONES

   1. Laboratorio para ensayos a modulos fotovoltaicos, que consisten en, al menos, la determination de potencia maxima del modulo fotovoltaico (4), siendo el laboratorio movil y comprendiendo un simulador solar de sistema tunel, caracterizado porque comprende un veticulo (1) de transporte, con una caja (2) conectada a una cabina tractora y configurada como habitaculo para llevar a cabo los ensayos, siendo dicha caja (2) extensible con, al menos, una posicion recogida de dimensiones para que el laboratorio movil pueda circular por carretera y, al menos, una position extendida con la que se alarga a una longitud para realizar los ensayos, e incluyendo dicha caja dos diafragmas (7, 8) evitando asi reflexiones de luz en las paredes del mismo.
2. 2. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque la caja (2) comprende al menos dos tramos (2a, 2b) extensibles telescopicamente, con un tramo mayor externo (2a), fijo y conectado a la cabina (5) tractora del veticulo (1), y un tramo menor interno (2b) que encaja dentro del tramo mayor externo (2a) y que se desliza respecto del tramo mayor para poder desplazarse hacia la parte posterior.
3. 3. Laboratorio, segun reivindicacion 2, caracterizado porque comprende gtias complementarias (6) en los dos tramos para llevar a cabo dicho deslizamiento.
4. 4. Laboratorio, segun reivindicacion 3, caracterizado porque dichas gtias se situan al menos en la base de cada tramo.
5. 5. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque comprende juntas espedficas opacas, impidiendo el paso de luz hacia el interior de las cajas, y aislantes, evitando el intercambio de calor o frio de las cajas con el exterior.
6. 6. Laboratorio, segun reivindicacion 2, caracterizado porque el tramo menor interno (2b) de la caja (2), comprende, en la zona central de su pared posterior, un cajon (10) extraible que permite desplazarlo hacia el exterior de la caja (2), y que esta destinado a incorporar una lampara (3).
7. 7. Laboratorio, segun reivindicacion 2, caracterizado porque el tramo mayor externo (2a) incorpora interiormente un primer diafragma (7) situado hacia la mitad posterior de dicho tramo, y el tramo menor interior (2b) incorpora un segundo diafragma (8).
8. 8. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque la caja (2) esta dotada de paredes completamente opacas y termicamente aisladas, manteniendo una temperatura constante y controlada en su interior.
9. 9. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque cuenta con medios graduables fijadores de la posicion extendida de la caja.
10. 10. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque en su interior lleva un equipo

    de climatizacion manteniendo la temperatura del habitaculo a 25 °C ± 2 °C.
11. 11. Laboratorio, segun reivindicacion 1, caracterizado porque su peso es inferior a 3.500 kg.