ES2886750T3 - Método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida característica de un sistema eléctrico - Google Patents
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Abstract
Método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida (I*-V) de un sistema eléctrico (1) que incluye dos terminales y tiene por objetivo suministrar una corriente eléctrica en función de una tensión de salida (V2) entre sus dos terminales, caracterizado por que incluye las siguientes etapas: - Obtención de una primera curva de corriente-tensión (IA-VA) característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una primera velocidad de medida, - Obtención de una segunda curva de corriente-tensión (IR-VR) característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una segunda velocidad de medida, diferente de la primera velocidad, - Determinación de varios puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corriente- tensión como a la segunda curva de corriente-tensión, - Modelización mediante una única capacidad ficticia (C) de un efecto parásito intrínseco a corregir entre una tensión de entrada (V1) libre de dicho efecto parásito y dicha tensión de salida (V2), - Y por que incluye, para cada punto de funcionamiento de la tensión (V), una etapa de determinación de un valor de corrección representativo de dicho efecto parásito y una etapa de determinación de un valor de corriente corregido a partir del valor de corrección determinado.
Description
DESCRIPCIÓN
Método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida característica de un sistema eléctrico
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida característica de un sistema eléctrico.
En particular, el sistema eléctrico podrá ser un sistema fotovoltaico, tal como una célula fotovoltaica, un módulo fotovoltaico que incluya varias células fotovoltaicas o una cadena de módulos fotovoltaicos.
La invención también se refiere a un dispositivo de determinación de la curva de corriente-tensión corregida de un sistema eléctrico, pudiendo dicho dispositivo llevar a cabo dicho método.
Estado de la técnica
Se sabe que el funcionamiento de determinados sistemas eléctricos se puede caracterizar por una curva de corrientetensión, también denominada curva I-V. Una curva de este tipo permite, de hecho, conocer la corriente producida por el sistema eléctrico en función de la tensión presente en sus terminales. Entonces es posible seguir el estado de funcionamiento del sistema estableciendo su curva I-V a partir de medidas y posiblemente diagnosticar su estado de funcionamiento a partir de la curva obtenida.
En particular, se sabe que este es el caso de un sistema fotovoltaico. La presencia de un fallo en una cadena de módulos fotovoltaicos perjudica de hecho la producción de electricidad de toda la cadena y, por tanto, de toda la instalación. Por lo tanto, es necesario supervisar el estado de funcionamiento de cada módulo fotovoltaico de una cadena con el fin de identificar un posible fallo en un módulo y solucionarlo lo más rápidamente posible.
Con el fin de comprobar el estado de funcionamiento de un módulo, la mayoría de las soluciones se basan, en particular, en el análisis de las curvas I-V. Este es el caso, por ejemplo, de las soluciones descritas en las solicitudes de patente US2015/094967A1, WO2012/128807A1, FR2956213A1, WO2010/118952A1, US9048781B2, JP S58 77672A, US2014/266294A1, así como en la publicación "SPERTINO FILIPPO et Al.": "PV Module Parameter Characterization from the transient charge of an external capacitor" - IEEE Journal of photovoltaics, IEEE, US, vol 3, no 4, 1 de octubre de 2013, páginas 1325-1333, XP011527214.
De hecho, un módulo fotovoltaico se caracteriza por un conjunto de curvas I-V de referencia para diferentes niveles de exposición solar (expresados en vatios/m2). En otras palabras, para un nivel de exposición solar determinado (llamado irradiancia), un módulo fotovoltaico en buen estado, es decir, sin fallo, podrá seguir en teoría una de las curvas I-V de referencia para ese nivel de exposición solar y temperatura. Por otra parte, si un módulo tiene un fallo durante su funcionamiento, su curva I-V se desviará entonces de esta curva de referencia para ese nivel de exposición solar y temperatura.
Para realizar un diagnóstico fiable, es necesario, por supuesto, que las medidas sean fiables y que reflejen bien el estado de funcionamiento del sistema fotovoltaico supervisado.
Sin embargo, es bien conocido por el experto en la técnica que en un sistema fotovoltaico, las medidas se pueden ver distorsionadas por un conjunto de efectos parásitos capacitivos e inductivos (en las células fotovoltaicas, los módulos, los cables, el sistema de medidas, etc.). Estos efectos parásitos provocan distorsiones en los datos de medida. A modo de ejemplo, estos efectos parásitos se pueden manifestar por una diferencia entre la curva I-V denominada "de ida" (curva medida haciendo variar la tensión en una primera dirección, aumentando o disminuyendo) y la curva I-V denominada "de vuelta" (curva medida haciendo variar la tensión en dirección contraria, disminuyendo o aumentando respectivamente). En particular, el efecto de tipo capacitivo no es despreciable y es tanto más importante cuanto más corto sea el tiempo de medida, por ejemplo, del orden de 20ms para establecer toda la curva I-V.
Como hay un cierto interés para realizar las medidas en muy poco tiempo, en particular para evitar las variaciones de las condiciones de funcionamiento (temperatura, exposición solar para un sistema fotovoltaico), para no tener que alterar el funcionamiento normal de la instalación por desconexión del ondulador, para limitar al máximo posible las pérdidas de energía asociadas y para evitar las pérdidas por efecto Joule que generan calor a disipar, resulta necesario obtener curvas I-V fiables.
Además, cabe señalar que las soluciones anteriores conocidas no suelen poder aplicar cuando se desea obtener una curva I-V completa, suficientemente muestreada y medida en un tiempo muy corto (por ejemplo, con fines de diagnóstico a partir de la curva I-V).
El objetivo de la invención es, por tanto, proponer una solución que permita caracterizar los efectos parásitos que se ponen de manifiesto durante una medida de tipo I-V en un sistema eléctrico, con el fin de obtener una curva I-V corregida y que se pueda utilizar, por ejemplo, para llevar a cabo un diagnóstico del sistema.
La solución de la invención se podrá adaptar, en particular, a un sistema eléctrico tal como un sistema fotovoltaico. Tiene una cierta ventaja cuando el tiempo de medida es particularmente corto, del orden de 20 ms.
Presentación de la invención
Este objetivo se consigue mediante un método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida de un sistema eléctrico que tiene dos terminales y que tiene por objetivo suministrar una corriente eléctrica en función de una tensión de salida entre sus dos terminales, incluyendo dicho método las siguientes etapas:
- Obtención de una primera curva de corriente-tensión característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una primera velocidad de medida,
- Obtención de una segunda curva de corriente-tensión característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una segunda velocidad de medida, diferente de la primera velocidad
- Determinación de varios puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corriente-tensión como a la segunda curva de corriente-tensión,
- Modelización mediante una única capacidad ficticia de un efecto parásito intrínseco a corregir entre una tensión de entrada libre de dicho efecto parásito y dicha tensión de salida,
- Incluyendo dicho método, para cada punto de funcionamiento de la tensión, una etapa de determinación de un valor de corrección representativo de dicho efecto parásito y una etapa de determinación de un valor de corriente corregido a partir del valor de corrección determinado.
De acuerdo con una particularidad, la primera curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección creciente y la segunda curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección decreciente.
De acuerdo con otra característica, el sistema eléctrico es del tipo fotovoltaico y el método incluye:
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión obtenido, una etapa de determinación, a partir de la primera curva de corriente-tensión, de una primera corriente y de una primera pendiente de variación de la tensión en función del tiempo y una etapa de determinación, a partir de la segunda curva de corriente-tensión, de una segunda corriente y de una segunda pendiente de variación de la tensión en función del tiempo,
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión, dicho valor de corrección se determina a partir de dicha primera corriente, dicha primera pendiente, dicha segunda corriente y dicha segunda pendiente.
De acuerdo con otra característica, dicho valor de corrección de dicho efecto parásito se expresa mediante la siguiente relación:
iA(V) - iR(V)
g(V) = dV, dVi
^ ( V ) - ^ A dt ( V )
En la que:
g(V) corresponde a dicho efecto parásito a eliminar;
IA(V) corresponde a dicha primera corriente;
IR(V) corresponde a dicha segunda corriente;
^ A (V )
dt corresponde a dicha primera pendiente;
corresponde a dicha segunda pendiente;
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de determinación de varios puntos de funcionamiento de tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corriente-tensión como a la segunda curva de corriente-tensión se lleva a cabo utilizando un método de interpolación.
La invención también se refiere a un dispositivo de determinación de una curva de corriente-tensión corregida de un sistema eléctrico que incluye dos terminales y que tiene por objetivo suministrar una corriente eléctrica en función de una tensión de salida entre sus dos terminales, incluyendo dicho dispositivo:
- Medios de medida de una primera curva de corriente-tensión característica del sistema eléctrico haciendo variar la tensión en sus terminales a una primera velocidad de medición,
- Medios de medida de una segunda curva de corriente-tensión característica del sistema eléctrico haciendo variar la tensión en sus terminales a una segunda velocidad de medición, distinta de la primera velocidad de medición, - Un módulo de determinación de varios puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen a la primera curva de corriente-tensión y a la segunda curva de corriente-tensión,
- Un módulo de modelización mediante una única capacidad ficticia de un efecto parásito a corregir entre una tensión de entrada libre de dicho efecto parásito y dicha tensión de salida,
- Ejecutando dicho dispositivo, para cada punto de funcionamiento de la tensión, un módulo de determinación de un valor de corrección representativo de dicho efecto parásito y un módulo de determinación de un valor de corriente corregido a partir del valor de corrección determinado.
De acuerdo con una particularidad, la primera curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección creciente y la segunda curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección decreciente.
De acuerdo con otra particularidad, el sistema eléctrico es del tipo fotovoltaico y el dispositivo incluye:
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión obtenido, un módulo de determinación, a partir de la primera curva de corriente-tensión, de una primera corriente y de una primera pendiente de variación de la tensión en función del tiempo y un módulo de determinación, a partir de la segunda curva de corriente-tensión, de una segunda corriente y de una segunda pendiente de variación de la tensión en función del tiempo, y en el que
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión, dicho valor de corrección se determina a partir de dicha primera corriente, dicha primera pendiente, dicha segunda corriente y dicha segunda pendiente.
De acuerdo con otra característica, dicho valor de corrección de dicho efecto parásito se expresa mediante la siguiente relación:
Ia (V ) ~ Ir (V )
g(v) =
^ 0 0 - ^ 00
En la que:
g(V) corresponde a dicho efecto parásito a eliminar;
IA(V) corresponde a dicha primera corriente;
IR(V) corresponde a dicha segunda corriente;
corresponde a dicha primera pendiente;
( V )
dt corresponde a dicha segunda pendiente;
De acuerdo con otra característica, el módulo de determinación de múltiples puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corriente-tensión como a la segunda curva de corriente-tensión se configura para llevar a cabo un método de interpolación.
La invención también se refiere a la utilización del método definido anteriormente para determinar la curva de corrientetensión característica de un sistema eléctrico de tipo fotovoltaico.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas se desprenderán de la siguiente descripción detallada hecha con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- La figura 1 ilustra de manera esquemática el principio de funcionamiento de la invención.
- La figura 2 muestra de manera esquemática un módulo fotovoltaico.
- La figura 3A muestra las curvas I-V de referencia de un sistema fotovoltaico y la figura 3B muestra dos curvas I-V de un sistema fotovoltaico, respectivamente cuando el sistema no tiene fallos y cuando tiene fallos.
- Las figuras 4A y 4B muestran dos esquemas de modelización equivalentes de los efectos parásitos presentes en un sistema fotovoltaico durante una medida I-V.
- La figura 5 muestra un diagrama esquemático de modelización de los efectos parásitos presentes en un sistema fotovoltaico durante una medida I-V, estando dicho diagrama simplificado en comparación con los diagramas esquemáticos de las figuras 4A y 4B.
- La figura 6 muestra un diagrama esquemático que ilustra el principio de funcionamiento de la invención.
- Las figuras 7 y 8 muestran varios diagramas que ilustran la fiabilidad y eficacia de la solución de la invención.
Descripción detallada de al menos una forma de realización
La invención tiene por objetivo obtener una curva I*-V corregida de un sistema eléctrico 1, reflejando esta curva I*-V corregida el estado de funcionamiento real del sistema eléctrico. Por estado de funcionamiento real, se entiende el estado de funcionamiento del que se han eliminado los efectos parásitos de tipo capacitivo e inductivo que pueden alterar las medidas y, por tanto, distorsionar los posibles diagnósticos a realizar en el sistema.
El método de la invención se lleva a cabo mediante un dispositivo particular que incluye, en particular, medios de cálculo combinados en una unidad de control y procesamiento UC y que incluye medios de medida 10 del tipo corriente-tensión en los terminales del sistema eléctrico supervisado. La figura 1 muestra, por tanto, los diferentes medios del dispositivo para permitir la obtención de la curva I*-V corregida deseada.
De forma no restrictiva, se considera que el sistema eléctrico a considerar es un sistema de tipo fotovoltaico. Por sistema fotovoltaico se entiende una célula fotovoltaica, un conjunto de varias células fotovoltaicas conectadas entre sí (en serie y/o en paralelo), un módulo fotovoltaico o una cadena de módulos fotovoltaicos.
De manera no restrictiva y a modo de ejemplo, la figura 2 muestra un módulo fotovoltaico M_PV compuesto por varias células fotovoltaicas C_PV. En esta figura 2, tenemos, por tanto:
- Las células fotovoltaicas que se organizan en varios submódulos. Dos filas de células forman un submódulo.
- A cada submódulo mostrado se le asocia un diodo de derivación distinto (comúnmente denominado con el término "diodo de baipás") Db1, Db2, Db3. En la figura 2, se muestra un submódulo con varias células, pero podría incluir sólo una. El diodo de derivación tiene por objetivo rodear el submódulo en caso de fallo de una o más células en el submódulo.
Como ya se ha mencionado anteriormente, los rendimientos de un sistema fotovoltaico de este tipo (en este caso, un módulo fotovoltaico) se caracterizan por un conjunto de curvas de corriente-tensión, en lo sucesivo denominadas curvas I-V. La figura 3A muestra las curvas I-V características de referencia de un módulo fotovoltaico para diferentes niveles de exposición solar, denominadas irradiancia o radiación y expresadas en W/m2.
De manera conocida, la tensión total de una cadena de módulos fotovoltaicos resulta de la suma de las tensiones en los terminales de cada módulo (incluyendo la de los terminales de los cables y conectores). Del mismo modo, la tensión de un módulo resulta de la suma de las tensiones en los terminales de cada célula que compone el módulo, ya que el módulo fotovoltaico se compone de varias células conectadas en serie. Cada grupo de células está protegido además por un diodo de derivación. En los terminales de cada módulo, las tensiones podrán ser diferentes si los módulos tienen características I-V distintas. Por otra parte, aunque los módulos de una cadena tengan diferentes características I-V, el funcionamiento de la cadena será tal que la corriente de la cadena que pasa a través de cada módulo M_PV de la cadena sigua siendo la misma. Si una célula falla y tiene un riesgo de sufrir un punto caliente ("hot spot" -funcionamiento en modo de carga que conduce a una temperatura muy elevada), el diodo de derivación que protege el grupo de células en cuestión permite hacer circular la corriente adicional que la célula en fallo no puede hacer pasar. La corriente total suministrada por el sistema es la suma de las corrientes que pasan a través de cada cadena de la arquitectura.
La figura 3B muestra, para un mismo módulo fotovoltaico, la curva I-V, referenciada IV1, obtenida cuando el módulo fotovoltaico está en buen estado (sin fallo) y la curva I-V, referenciada IV2, obtenida cuando el módulo está en fallo. En particular, se puede ver que la curva IV2 está distorsionada con respecto a la curva IV1 y de ello se deduce que la curva I-V medida para un módulo permite determinar su estado de funcionamiento.
Por lo tanto, se comprende la importancia de supervisar el estado de funcionamiento de un sistema fotovoltaico (célula, módulo, cadena de células, cadena de módulos, etc.) y establecer un método que permita obtener una curva I-V para este sistema a partir de la cual se pueda establecer un diagnóstico fiable.
En electricidad, los componentes electrónicos tales como el elemento capacitivo y la inductancia reaccionan a la variación de la corriente y la tensión. Cuando se toma cualquier sistema eléctrico, es posible encontrar capacidades e inductancias parásitas en ese sistema que alteran su señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. Un ejemplo típico es el de los cables eléctricos, en los que la inductancia y la capacidad parásitas son proporcionales a la longitud y a la sección de los cables, al tipo de aislamiento y a la distancia con respecto a la tierra y a otras fuentes de potencial. En los sistemas fotovoltaicos, este fenómeno está muy presente y se manifiesta en perturbaciones en la medida de la curva I-V.
Como se ha mencionado anteriormente, la solución de la invención tiene por objetivo corregir las mediciones I-V realizadas eliminando los efectos parásitos generados durante las medidas. El principio tiene un cierto interés por el hecho de que las medidas I-V se realizan en el sistema fotovoltaico en un tiempo muy corto, por ejemplo, del orden de 20ms. En esta situación, los efectos parásitos pueden de hecho ser más importantes que cuando el período de tiempo de medida se alarga (varios segundos, por ejemplo). Sin embargo, hay que considerar que la invención se podrá aplicar en todas las situaciones de medida, la corrección a aplicar tiende sin embargo a ser menos importante (para una tecnología de célula dada) cuando el período de tiempo de medida es más largo.
Las figuras 4A y 4B muestran dos diagramas esquemáticos de modelización eléctrica de un sistema eléctrico 1 de tipo fotovoltaico.
De hecho, es común utilizar modelos equivalentes para modelizar todos los tipos de sistemas fotovoltaicos. En la Figura 4A, el modelo incluye una fuente de corriente S_i, un diodo D1, una resistencia en paralelo Rp y una resistencia en serie Rs para modelizar su funcionamiento. También incorpora un condensador cuya capacitancia C2 simula un efecto capacitivo presente en el sistema fotovoltaico. En la Figura 4B, el modelo incluye dos condensadores en paralelo, para modelizar las dos capacidades del sistema fotovoltaico, es decir, la capacidad de unión Cj debida a la unión (capa de separación de las zonas y -) de las células fotovoltaicas y la capacidad de carga libre Cfc debida a las cargas libres positivas y negativas de ambos lados de la unión de las células fotovoltaicas. En los dos diagramas esquemáticos se ha añadido un condensador de capacidad C1, una inductancia L1 y una resistencia R1 para modelizar los cables eléctricos y los componentes electrónicos de potencia del sistema fotovoltaico considerado.
Uno de los principios de la invención consiste en modificar el esquema eléctrico equivalente convencional de un sistema fotovoltaico, tal como se ha definido anteriormente en relación con las figuras 4A y 4B (es decir, el modelo de un diodo con efecto capacitivo). El esquema eléctrico equivalente tiene por objetivo representar únicamente el efecto parásito intrínseco del sistema fotovoltaico que se produce durante las medidas I-V realizadas. Este esquema equivalente simplificado se muestra en la figura 5.
En este esquema eléctrico equivalente, el sistema se define por tanto mediante una primera tensión V1 que corresponde a la tensión del sistema, desprovista de todo efecto parásito intrínseco (en particular capacitivo) del sistema, un elemento capacitivo de capacidad C que se conecta en paralelo con dicha primera tensión V1 y que representa, de manera global, el efecto parásito intrínseco que puede alterar las medidas, y una segunda tensión V2 que corresponde a la tensión real suministrada por el sistema y que incluye dicho efecto parásito intrínseco. De este modo, es posible manipular directamente las ecuaciones eléctricas en los terminales del elemento capacitivo, sin tener que conocer los valores de la resistencia en serie Rs y la inductancia L1 descritos anteriormente.
Para caracterizar el sistema y obtener de este modo una curva I-V, se hace variar la tensión en los terminales del sistema fotovoltaico y se mide la corriente obtenida para cada punto de funcionamiento de la tensión aplicada. De este modo, se tiene una curva característica del sistema de tipo corriente-tensión (curva I-V).
Debido a la presencia del condensador C, la deformación de la curva I-V medida depende de la dirección (creciente o decreciente) y de la velocidad de variación de la tensión. En otras palabras, en el contexto de la invención, se trata de obtener una primera curva I-V a una primera velocidad de medida (positiva o negativa) y a continuación una segunda curva I-V a una segunda velocidad de medida (positiva o negativa), distinta de la primera velocidad de medida. De esta manera, se obtienen dos curvas I-V con dinámicas diferentes.
Para el resto de la descripción y de manera no restrictiva, se pueden distinguir dos direcciones de medida: la dirección de la tensión decreciente (en adelante designada de manera arbitraria como la dirección "de ida") y la dirección de la tensión creciente (en adelante designada de manera arbitraria como la dirección "de vuelta"). En este caso, por tanto, la suma de la primera velocidad de medida y la segunda velocidad de medida es cero.
Para estimar la curva característica I*-V corregida, es decir, sin el efecto parásito, se utilizan las ecuaciones eléctricas aplicadas al esquema eléctrico equivalente simplificado definido anteriormente en relación con la figura 5.
Las ecuaciones siguientes describen la ley de los nodos y la ley de las mallas aplicadas respectivamente a los terminales del elemento capacitivo C:
d(C x V) dC dV (
Ic = , = — xV Cx — 2)
dt dt dt
Con:
I* que corresponde a la corriente sin el efecto parásito;
I que corresponde a la corriente que integra el efecto parásito;
Ic que corresponde a la corriente que pasa a través del elemento capacitivo en el esquema equivalente;
C que corresponde a la capacidad del elemento capacitivo;
V que corresponde a la tensión de cada punto de funcionamiento de la tensión, integrando el efecto parásito y corresponde a la tensión V2 descrita anteriormente;
La capacidad C es una capacidad aparente cuyo valor cambia en función de la tensión V. Para una facilidad de manipulación matemática de las ecuaciones, se supone que la capacidad C se escribe en forma de una función continua y derivable (es decir, de clase C1) de la tensión V. Esta hipótesis es válida en el caso del ámbito de aplicación del tipo fotovoltaico. Por lo tanto, tenemos:
C = f(V) (3)
Combinando las ecuaciones 2 y 3 se obtiene:
La ecuación (3) se puede escribir en forma:
Con:
g(V) = f'(V )xV f(V) (6)
La magnitud g(V) tiene la dimensión de una capacidad. De este modo, se puede decir que esta función corresponde a una capacidad corregida por la capacidad C.
Combinando las ecuaciones (1) y (5), se obtiene:
Aplicando la ecuación (7) a las curvas de ida y vuelta (Ia-Va y Ir-Vr) se obtiene:
dVA (8)
I*(VA) = lA(VA)-g (V A)x - ^ (V A) 11
dVR (9)
I*(VR) = IR(VR)-g (V R) x - ^ (V R) 1 1
El sistema de ecuaciones (8) y (9) es un sistema con dos igualdades y dos incógnitas. Para poder resolverlo, puede ser necesario volver a evaluar las funciones Ir(Vr), Ia(Va), dVR/dt*(VR) et dVA/dt*(VA) en los mismos puntos de funcionamiento de la tensión. Una vez hecho esto, la solución del sistema de ecuaciones se obtiene utilizando las ecuaciones (10) y (11) a continuación:
Ia(V ) - Ir(V) (10)
g(V) =
^ R (V ) - ^ A (V )
dt
De acuerdo con un aspecto particular de la invención, cabe señalar que las ecuaciones detalladas anteriormente también pueden permitir determinar el valor de la capacidad C del esquema equivalente, teniendo en cuenta el cálculo de g(V). El valor de la capacidad C, definida por la relación C=f(V), se puede obtener resolviendo la ecuación diferencial (12) a continuación. La solución de esta ecuación se escribe en la forma descrita por la ecuación (13):
Siendo T0 una constante determinada por las condiciones iniciales, y r la primitiva de la función g(V).
Aplicando los principios de la invención descritos anteriormente, la curva corregida obtenida es, por tanto, una curva sin efecto parásito, en la que las curvas de ida y vuelta se superponen. Los efectos parásitos, que tienden a desplazar la curva de vuelta hacia arriba y a desplazar la curva de ida hacia abajo, desaparecen por completo en la curva I-V corregida, y las dos curvas de ida y vuelta se convierten en una después de la corrección.
Se observa en este caso que el conocimiento del esquema eléctrico equivalente no es necesario para corregir el efecto parásito ya que la invención propone una reescritura del esquema eléctrico que permite independizar el efecto parásito del resto del sistema
De este modo, la figura 6 ilustra las etapas principales que se llevan a cabo para obtener la curva I*-V corregida deseada.
En una primera etapa, llevada a cabo por la unidad de control y procesamiento UC, el método consiste en controlar los medios de medida 10 del dispositivo con el fin de recoger los datos de corriente en función de la tensión. Como ya se ha descrito anteriormente, las medidas se pueden realizar en un tiempo muy corto, por ejemplo, del orden de 20 ms, lo que permite no alterar el funcionamiento del sistema fotovoltaico, ni tener que tener en cuenta las variaciones de las condiciones ambientales (exposición solar, temperatura, etc...). Los datos de medida obtenidos se refieren a Vm(t) e Im(t). Los datos se generan en las dos direcciones ya definidas anteriormente, es decir, en la dirección de ida (tensión creciente) y en la dirección de vuelta (tensión decreciente).
En una segunda etapa, la unidad de control y procesamiento procesa acto seguido estos datos. Un primer módulo M1 de la unidad de control y procesamiento UC se encarga de separar los datos obtenidos para generar la curva de ida y la curva de vuelta. La curva de ida se define por tanto mediante los datos de medida VA(t), IA(t) y la curva de vuelta mediante los datos de medida VR(t), IR(t).
En una tercera etapa, la unidad de control y procesamiento UC ejecuta un módulo M2 para garantizar una unificación de los puntos de funcionamiento de la tensión en las dos curvas de ida y vuelta. De este modo, para cada punto de funcionamiento de la tensión V, la unidad de control y procesamiento UC tiene un valor de corriente que pertenece a la curva de ida y un valor de corriente que pertenece a la curva de vuelta. Para realizar esta unificación, el módulo M3 puede tener que aplicar el principio de interpolación mencionado anteriormente. La unidad de control y procesamiento UC dispone de este modo de los datos V(t), IA(t) para la curva de ida y los datos V(t), IR(t) para la curva de vuelta.
En una cuarta etapa, la unidad de control y procesamiento UC ejecuta un módulo M3 para determinar el valor de corrección a aplicar para cada punto de funcionamiento de la tensión, estando este valor de corrección definido por la función g(V) expresada en la relación (10) anterior.
En una quinta etapa, la unidad de control y procesamiento UC ejecuta un módulo M4 encargado de determinar la curva I*-V corregida aplicando el valor de corrección identificado para cada punto de operación de la tensión a la corriente correspondiente. De este modo, se aplica la relación anterior (11):
Opcionalmente, la unidad de control y procesamiento UC puede tener que calcular el valor de la capacidad C aplicando la relación (13) mencionada anteriormente.
Con el fin de validar el método de corrección del efecto capacitivo propuesto anteriormente, se realizaron pruebas en las curvas I-V medidas en un sistema fotovoltaico. El sistema fotovoltaico que se supervisa en este caso es una cadena de módulos, que posee las características que se resumen en la siguiente tabla.
El principio de la invención descrito anteriormente se aplica para corregir las curvas I-V medidas en un periodo muy corto (del orden de 20ms). Se obtiene entonces los dos diagramas D1, D2 de la figura 7. El diagrama D1 de la figura 7 es un caso en el que el sistema fotovoltaico estudiado no tiene sombra y el diagrama D2 es un caso en el que el sistema fotovoltaico tiene sombra.
En estos dos diagramas D1, D2, se puede ver que las dos curvas Ia-Va y Ir-Vr medidas en la dirección de ida y en la dirección de vuelta no se superponen. Esto se debe a la presencia de un efecto capacitivo.
En estos dos diagramas también se puede ver la curva I*-V corregida determinada por el principio de la invención.
La figura 8 muestra también dos diagramas D10, D20 (sin sombra y con sombra), cada uno de los cuales muestra la curva I-V obtenida después de un tiempo de medida más largo (del orden de 15 segundos), suponiéndose por tanto esta última curva sin efecto parásito (porque se midió durante un período de tiempo más largo - el efecto capacitivo se vuelve insignificante en esta situación de medida). Se observa por tanto que la curva I*-V corregida sigue perfectamente la curva I-V medida en el período de tiempo más largo, lo que demuestra que la solución de la invención es fiable e incluso adaptable cualquiera que sea la duración tomada para la medida de la curva I-V.
Se comprende que la solución de la invención tiene muchas ventajas, entre las cuales:
- Una solución sencilla de llevar a cabo,
- Una solución que se puede adaptar independientemente de la duración de las medidas I-V llevadas a cabo,
- Una solución que se puede adaptar a tiempos de medida muy cortos, que no sólo evita las variaciones de las condiciones ambientales, sino que además no altera el funcionamiento normal del sistema (en particular mediante la desconexión del sistema para realizar las medidas), evita las pérdidas de energía y limita el calor a disipar,
- Una solución fiable, que proporciona curvas I-V corregidas que se pueden utilizar para diagnosticar el estado del sistema.
Claims (11)
1. Método de determinación de una curva de corriente-tensión corregida (I*-V) de un sistema eléctrico (1) que incluye dos terminales y tiene por objetivo suministrar una corriente eléctrica en función de una tensión de salida (V2) entre sus dos terminales, caracterizado por que incluye las siguientes etapas:
- Obtención de una primera curva de corriente-tensión (Ia-Va) característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una primera velocidad de medida,
- Obtención de una segunda curva de corriente-tensión (Ir-Vr) característica del sistema eléctrico, haciendo variar la tensión en sus terminales a una segunda velocidad de medida, diferente de la primera velocidad,
- Determinación de varios puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corrientetensión como a la segunda curva de corriente-tensión,
- Modelización mediante una única capacidad ficticia (C) de un efecto parásito intrínseco a corregir entre una tensión de entrada (V1) libre de dicho efecto parásito y dicha tensión de salida (V2),
- Y por que incluye, para cada punto de funcionamiento de la tensión (V), una etapa de determinación de un valor de corrección representativo de dicho efecto parásito y una etapa de determinación de un valor de corriente corregido a partir del valor de corrección determinado.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la primera curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección creciente y por que la segunda curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección decreciente.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el sistema eléctrico es de tipo fotovoltaico y por que el método incluye:
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión (V) obtenido, una etapa de determinación, a partir de la primera curva de corriente-tensión (Ia-Va), de una primera corriente y de una primera pendiente de variación de la tensión en función del tiempo y una etapa de determinación, a partir de la segunda curva de corriente-tensión (Ir-Vr), de una segunda corriente y de una segunda pendiente de variación de la tensión en función del tiempo, y en el que - Para cada punto de funcionamiento de la tensión (V), dicho valor de corrección se determina a partir de dicha primera corriente, dicha primera pendiente, dicha segunda corriente y dicha segunda pendiente.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que dicho valor de corrección de dicho efecto parásito se expresa mediante la siguiente relación:
UPO ~ Ir(V)
g(V) =
^ ( V ) - ^ ( V )
En la que:
g(V) corresponde a dicho efecto parásito a eliminar;
IA(V) corresponde a dicha primera corriente;
Ir(V) corresponde a dicha segunda corriente;
corresponde a dicha primera pendiente;
corresponde a dicha segunda pendiente;
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la etapa de determinación de varios puntos de funcionamiento de tensión pertenecientes tanto a la primera curva de corrientetensión (Ia-Va) como a la segunda curva de corriente-tensión (Ir-Vr) se lleva a cabo mediante un método de interpolación.
6. Dispositivo de determinación de una curva de corriente-tensión corregida (I*-V) de un sistema eléctrico (1) que incluye dos terminales y que tiene por objetivo suministrar una corriente eléctrica en función de una tensión de salida (V2) entre sus dos terminales, caracterizándose dicho dispositivo por que incluye:
- Medios de medida (10) de una primera curva de corriente-tensión (Ia-Va) característica del sistema eléctrico haciendo variar la tensión en sus terminales a una primera velocidad de medida,
- Medios de medida (10) de una segunda curva corriente-tensión (Ir-Vr) característica del sistema eléctrico haciendo variar la tensión en sus terminales a una segunda velocidad de medida, distinta de la primera velocidad de medida, - Un módulo (M2) de determinación de varios puntos de funcionamiento de la tensión que pertenecen tanto a la primera curva de corriente-tensión como a la segunda curva de corriente-tensión,
- Un módulo de modelización mediante una única capacidad ficticia (C) de un efecto parásito a corregir entre una tensión de entrada (V1) libre de dicho efecto parásito y dicha tensión de salida (V2),
- Y por que ejecuta, para cada punto de funcionamiento de la tensión (V), un módulo (M3) de determinación de un valor de corrección representativo de dicho efecto parásito y un módulo de determinación de un valor de corriente corregido a partir del valor de corrección determinado.
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la primera curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección creciente y por que la segunda curva de corriente-tensión se obtiene haciendo variar la tensión en dirección decreciente.
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el sistema eléctrico es del tipo fotovoltaico y por que el dispositivo incluye:
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión (V) obtenido, un módulo de determinación, a partir de la primera curva de corriente-tensión (Ia-Va), de una primera corriente y de una primera pendiente de variación de la tensión en función del tiempo y un módulo de determinación, a partir de la segunda curva de corriente-tensión (Ir-Vr), de una segunda corriente y de una segunda pendiente de variación de la tensión en función del tiempo, y por que
- Para cada punto de funcionamiento de la tensión (V), dicho valor de corrección se determina a partir de dicha primera corriente, dicha primera pendiente, dicha segunda corriente y dicha segunda pendiente.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que dicho valor de corrección de dicho efecto parásito se expresa mediante la siguiente relación:
iA(V ) - IR(V )
g (V )
^ ( V ) # ( V )
En la que:
g(V) corresponde a dicho efecto parásito a eliminar;
IA(V) corresponde a dicha primera corriente;
Ir(V) corresponde a dicha segunda corriente;
“ “ “ (V)
dt corresponde a dicha primera pendiente;
(V)
dt corresponde a dicha segunda pendiente;
10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el módulo de determinación de varios puntos de funcionamiento de tensión pertenecientes tanto a la primera curva de corrientetensión (Ia-Va) como a la segunda curva de corriente-tensión (Ir-Vr) se configura para llevar a cabo un método de interpolación.
11. Utilización del método tal como se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 5 para determinar la curva de corriente-tensión característica de un sistema eléctrico fotovoltaico.
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