ES2934593T3

ES2934593T3 - Un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico

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Publication number: ES2934593T3
Application number: ES19730789T
Authority: ES
Inventors: Andras Pozsgay; Yohan Chavanel
Original assignee: Fronius International GmbH
Current assignee: Fronius International GmbH
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: EP3584947A1; CN114008929A; AU2019289708B2; AU2020297999B2; EP3811521A1; AU2020297999A1; EP3811521B1; WO2020254382A1; US11876483B2; US20220317168A1; PL3811521T3; US20210234507A1; CN112352385A; BR112020023850A2; WO2019243268A1; US11356055B2; BR112021025456A2; EP3987669A1; AU2019289708A1; EP3584946A1

Abstract

Un sistema fotovoltaico, PV, de monitoreo a nivel de módulo, MLM, (1) que comprende una estación base, BS, (2) conectada por medio de cables de alimentación (3) a dispositivos a nivel de módulo, MLD, (4) que se proporcionan para monitorear y /o para controlar módulos fotovoltaicos asociados, PVM, (5), en donde la estación base, BS, (2) comprende un transmisor de estación base (2A) adaptado para transmitir Rapid Shut Down, RSD, señales de control, CS, en intervalos de tiempo predefinidos , TSCS, en un canal de enlace descendente, DL-CH, a través de dichos cables de alimentación (3) a dichos dispositivos de nivel de módulo, MLDs, (4) y un receptor de estación base (2B) adaptado para recibir señales de monitoreo, MS, generadas por dicho módulo dispositivos de nivel, MLD, (4) a través de dichos cables de alimentación (3) dentro de intervalos de tiempo, TSMS, a través de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignado a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico

[0001] La invención se refiere a un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico y a un procedimiento para proporcionar una comunicación bidireccional entre una estación base y dispositivos de nivel de módulo, MLD, del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, usado para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos, PVMS, asociados a través de cables de alimentación que conectan la estación base del sistema de monitorización de nivel de módulo con los dispositivos de nivel de módulo del sistema de monitorización de nivel de módulo.

[0002] Un sistema fotovoltaico puede comprender una o más cadenas de módulos fotovoltaicos, PMVS, dentro de una matriz fotovoltaica. La matriz fotovoltaica se puede conectar a través de una línea de CC a un inversor adaptado para convertir la corriente CC recibida de la matriz fotovoltaica en una corriente CA suministrada a una red de distribución. En los sistemas fotovoltaicos se puede usar una comunicación por línea eléctrica PLC. La comunicación por línea eléctrica PLC se ha elegido recientemente por SunSpec Consortium para generar una señal de mantenimiento para controlar una desconexión rápida RSD de una matriz fotovoltaica a nivel de módulo fotovoltaico según lo solicitado por NEC2017. El esquema de modulación empleado definido por SunSpec para la desconexión rápida RSD se basa en una modulación S-FSK sobre la línea de alimentación de CC que conecta los módulos fotovoltaicos del sistema fotovoltaico. Dado que la desconexión rápida de nivel de módulo se vuelve obligatoria para las instalaciones fotovoltaicas, existe la necesidad de proporcionar una comunicación entre los dispositivos electrónicos de nivel de módulo y los inversores del sistema fotovoltaico que sea compatible con el estándar RSD de SunSpec. Sunspec, Communication Signal for Rapid Shutdown SunSpec Interoperability Specification, 26 de septiembre de 2016, representa el estado de la técnica pertinente.

[0003] Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un sistema para proporcionar una comunicación bidireccional entre una estación base y dispositivos de nivel de módulo que sea eficiente y compatible con el estándar RSD de SunSpec.

[0004] El presente objeto se logra mediante un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico y un procedimiento para proporcionar una comunicación bidireccional que comprende las características de las reivindicaciones independientes.

[0005] Según el primer aspecto, un sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, que comprende una estación base, bS, conectada por medio de cables de alimentación a dispositivos de nivel de módulo, MLD, que se proporcionan para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos, PVM, asociados, en el que la estación base, B^s, comprende: un transmisor de estación base adaptado para transmitir señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, en intervalos de tiempo predefinidos, TScs, en un canal de enlace descendente, DL-CH, a través de dichos cables de alimentación a dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, en el que el transmisor de estación base de la estación base, BS, está conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, y está adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente, DL-Ch , cuando el iniciador de desconexión rápida, RSD, indica que la desconexión rápida, RSD, no está activa, y está adaptado además para dejar de transmitir la señal de permiso para operar, PTO, cuando el iniciador RSD indica que la desconexión rápida, RSD, está activa, caracterizado por que la estación base comprende además un receptor de estación base adaptado para recibir señales de monitorización, MS, generadas por dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, a través de dichos cables de alimentación dentro de intervalos de tiempo, T^sM^s, a través de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, en el que los intervalos de tiempo, TSMS, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, están dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TScs, del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que la longitud de los intervalos de tiempo, TSMS, del canal de enlace ascendente, UL-CH, es más corta que la longitud de los intervalos de tiempo, TScs, del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que se usa multiplexación por división de frecuencia, FDM, para separar las señales de monitorización, MS, y la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD.

[0006] El sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención no solo es compatible con el estándar RSD de SunSpec sino que incluso aprovecha la señalización PLC implementada en el estándar RSD.

[0007] En una posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, el canal de enlace descendente usado para la transmisión de las señales de control de desconexión rápida, RSD, dentro de intervalos de tiempo predefinidos y el canal de enlace ascendente usado para la transmisión de las señales de monitorización dentro de los intervalos de tiempo asignados, están sincronizados entre sí.

[0008] La señal de control de desconexión rápida, RSD, transmitida por el transmisor de estación base a dichos dispositivos de nivel de módulo y las señales de monitorización generadas por dichos dispositivos de nivel de módulo y transmitidas al receptor de estación base se modulan a diferentes frecuencias portadoras.

[0009] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, el ancho de banda de modulación ocupado por la señal de control de desconexión rápida, RSD, modulada transmitida a través de los cables de alimentación en el canal de enlace descendente y la señal de monitorización modulada transmitida simultáneamente a través de los cables de alimentación en el canal de enlace ascendente se reduce mediante conformación de pulsos de banda base.

[0010] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, varios dispositivos de nivel de módulo y la estación base están conectados entre sí a través de cables de alimentación en una red de alimentación de CC.

[0011] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, el transmisor y el receptor de la estación base y de cada dispositivo de nivel de módulo conectados entre sí a través de cables de alimentación en la red de alimentación de CC se acoplan a dicha red de alimentación de CC por medio de un circuito duplexor que comprende un transformador de alta corriente adaptado para aislar el transmisor del receptor.

[0012] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, cada dispositivo de nivel de módulo comprende un transmisor de monitorización de nivel de módulo adaptado para transmitir una señal de monitorización generada por el dispositivo de nivel de módulo en un intervalo de tiempo del canal de enlace ascendente asignado a dicho dispositivo de nivel de módulo al receptor de estación base de dicha estación base y un receptor de desconexión rápida adaptado para recibir una señal de control de desconexión rápida, RSD, generada por dicha estación base en un intervalo de tiempo del canal de enlace descendente.

[0013] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, cada dispositivo de nivel de módulo comprende un número de dirección de intervalo de tiempo único asignado que define un intervalo de tiempo del canal de enlace ascendente, donde el transmisor de monitorización de nivel de módulo de dicho dispositivo de nivel de módulo envía una señal de monitorización generada por dicho dispositivo de nivel de módulo en el intervalo de tiempo abordado una vez por ciclo de monitorización.

[0014] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, el número de dirección de intervalo de tiempo único se asigna al respectivo dispositivo de monitorización de nivel después de la instalación del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico en un procedimiento de emparejamiento y se almacena en una memoria local del dispositivo de nivel de módulo.

[0015] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, el receptor de estación base de la estación base está conectado a una pasarela de comunicación a través de una red de datos cableada o inalámbrica.

[0016] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, cada dispositivo de nivel de módulo está adaptado para monitorizar y/o controlar parámetros físicos de al menos un módulo fotovoltaico asociado que incluye un corriente, una tensión, una temperatura y/o una energía producida por dicho módulo fotovoltaico.

[0017] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, cada dispositivo de nivel de módulo comprende un interruptor de CC usado para encender/apagar su módulo fotovoltaico asociado en función de las señales de control de desconexión rápida, RSD, recibidas por el receptor de desconexión rápida del respectivo dispositivo de nivel de módulo a través del canal de enlace descendente.

[0018] En otra posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención, la estación base está integrada en o conectada a un inversor adaptado para convertir una alimentación de CC suministrada por los módulos fotovoltaicos a través de los cables de alimentación a dicho inversor en una corriente CA.

[0019] Según el segundo aspecto, un procedimiento para proporcionar una comunicación bidireccional entre una estación base, BS, y dispositivos de nivel de módulo, MLD, usados para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos, PVM, asociados a través de cables de alimentación que conectan la estación base, BS, con los dispositivos de nivel de módulo, MLD, comprendiendo el procedimiento las etapas de: (a) transmitir mediante dicha estación base, BS, a través de dichos cables de alimentación señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, a dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, en intervalos de tiempo predefinidos, TS Cs de un canal de enlace descendente, DL-CH, en el que el transmisor de estación base de la estación base, BS, está conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, y está adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente, DL-CH, cuando el iniciador de desconexión rápida, RSD, indica que la desconexión rápida, RSD, no está activa, y está adaptado además para dejar de transmitir la señal de permiso para operar, PTO, cuando el iniciador RSD indica que la desconexión rápida, RSD, está activa, (b) transmitir simultáneamente mediante los dispositivos de nivel de módulo, MLD, a través de dichos cables de alimentación, señales de monitorización, MS, a dicha estación base, BS, en intervalos de tiempo, TS Ms, de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, en el que los intervalos de tiempo, TSMS? del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, están dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TS C s del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que la longitud de los intervalos de tiempo, TS MS? del canal de enlace ascendente, UL-CH, es más corta que la longitud de los intervalos de tiempo, TScs? del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que se usa multiplexación por división de frecuencia, FDM, para separar las dos señales.

[0020] A continuación, se describen con más detalle posibles realizaciones de los diferentes aspectos de la presente invención con referencia a las figuras adjuntas.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques para ilustrar una posible realización de ejemplo de un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención;

La figura 2 ilustra un diagrama de bloques de una conexión y estructura básica de dispositivos de nivel de módulo y una estación base de un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la invención;

La figura 3 muestra un diagrama de señalización para ilustrar la comunicación en un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención;

La figura 4 muestra un diagrama para ilustrar la sincronización de un canal de enlace descendente y un canal de enlace ascendente según una posible realización de ejemplo del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según el primer aspecto de la presente invención;

Las figuras 5 a 12 ilustran la reducción de un ancho de banda de modulación ocupado por señales de control mediante conformación de pulsos de banda base en una posible realización de ejemplo del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención;

La figura 13 muestra un diagrama de circuito para ilustrar un posible acoplamiento a una red de alimentación de CC según una posible realización de ejemplo del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención;

La figura 14 muestra un diagrama para ilustrar los resultados de la simulación de CA para el acoplamiento ilustrado en la figura 13;

La figura 15 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un acoplamiento a una red de alimentación de CC según una realización de ejemplo adicional del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención;

La figura 16 muestra un diagrama de circuito adicional para ilustrar una posible realización de ejemplo de un acoplamiento a una red de alimentación de CC según una posible realización de ejemplo del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención;

La figura 17 muestra un diagrama de señales para ilustrar una posible realización de ejemplo de un procedimiento de emparejamiento que puede realizarse en un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según un aspecto más de la presente invención;

La figura 18 muestra un diagrama de señales adicional para ilustrar un procedimiento de emparejamiento que puede realizarse en un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico según la presente invención,

La figura 19 ilustra una conmutación FSK que se puede usar por el sistema según la presente invención en una posible implementación;

La figura 20 ilustra frecuencias portadoras MLM y RSD FSK que se pueden usar por el sistema según la presente invención en una posible realización;

La figura 21 muestra una estructura de una trama de inicio de emparejamiento en una posible realización de la presente invención;

La figura 22 ilustra las estructuras de trama en un modo de emparejamiento del sistema según la presente invención; La figura 23 ilustra una posible estructura de datos de una trama de solicitud de asignación de dirección que se puede usar en una posible realización de la presente invención;

La figura 24 especifica campos de datos dentro una trama de solicitud de dirección como se ilustra en la figura 23; La figura 25 ilustra la codificación de una trama de solicitud de dirección en una posible implementación del sistema según la presente invención;

La figura 26 muestra un diagrama de bloques de una posible arquitectura de hardware/software de ejemplo de una posible realización del sistema MLM según la presente invención;

La figura 27 muestra un diagrama para ilustrar una trama de datos de transmisión (TX) que se puede realizar en una posible realización del sistema según la presente invención;

La figura 28 ilustra una generación de ráfagas de transmisión (TX) realizada en una posible realización del sistema según la presente invención;

La figura 29 muestra una construcción de una señal RSD FSK usando tablas de consulta en una posible realización de ejemplo del sistema según la presente invención;

La figura 30 ilustra mensajes de sincronización y secuenciación de mensajes de enlace ascendente realizados en una posible realización de ejemplo del sistema según la presente invención;

La figura 31 ilustra una transmisión de datos instantáneos e integrados según una posible realización de ejemplo del sistema según la presente invención;

La figura 32 ilustra mensajes de enlace descendente y de enlace ascendente, así como estados de matriz fotovoltaica y cambios de modo operativo en una posible realización de ejemplo del sistema según la presente invención.

[0021] Como se puede observar en el diagrama de bloques de la figura 1, un sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, 1 puede comprender una estación base 2 conectada por medio de cables de alimentación 3 a dispositivos de nivel de módulo (MLD) 4. Los dispositivos de nivel de módulo 4-i se proporcionan para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos asociados 5 como se muestra en la figura 1. Los dispositivos de nivel de módulo 4-i se acoplan a la red de alimentación de CC, por ejemplo, por medio de un circuito duplexor. El número de dispositivos de nivel de módulo 4-i acoplados a una red de alimentación de CC puede variar dependiendo del escenario de uso. En la realización ilustrada de la figura 1, cuatro dispositivos de nivel de módulo 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 están acoplados a la red de alimentación de CC o el bucle de alimentación de CC que comprende una estación base 2. En la realización ilustrada de la figura 1, la estación base 2 está integrada en un inversor 6. La estación base 2 está conectada por medio de los cables de alimentación 3 a los diferentes dispositivos de nivel de módulo 4-i acoplados a la red de alimentación de CC. Los dispositivos de nivel de módulo 4-i se proporcionan para monitorizar y/o controlar los módulos fotovoltaicos asociados 5. La estación base 2 comprende un transmisor de estación base TX y un receptor de estación base RX como también se ilustra en la figura 2. El transmisor de estación base de la estación base 2 está adaptado para transmitir señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, en intervalos de tiempo predefinidos TS^csen un canal de enlace descendente, DL-CH, a través de dichos cables de alimentación 3 a los dispositivos de nivel modelo MLD, 4. Además, el receptor de estación base de la estación base 2 está adaptado para recibir señales de monitorización, MS, generadas por los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 a través de dichos cables de alimentación 3 dentro de intervalos de tiempo TSms a través de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4.

[0022] En la realización ilustrada de la figura 1, la estación base 2 forma parte de un inversor fotovoltaico 6. En una realización alternativa, la estación base 2 también puede formar parte de una caja adicional de un dispositivo separado.

[0023] El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1, como se ilustra en la figura 1, comprende un canal de enlace descendente, DL-CH, y un canal de enlace ascendente, UL-CH. El canal de enlace descendente, DL-CH, se usa para la transmisión de señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, dentro de intervalos de tiempo predefinidos TS^cs. El canal de enlace ascendente, UL-CH se usa para la transmisión de señales de monitorización, MS, dentro de intervalos de tiempo asignados TS^ms. El canal de enlace descendente, DL-CH, y el canal de enlace ascendente, UL-CH, están sincronizados entre sí. Además, las señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, transmitidas por el transmisor de estación base de la estación base 2 a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 y las señales de monitorización, MS, generadas por los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 transmitidas al receptor de estación base de la estación base 2 se modulan a diferentes frecuencias portadoras.

[0024] En una posible realización, el ancho de banda de modulación ocupado por la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, modulada transmitida a través del cable de alimentación 3 en el canal de enlace descendente, DL-CH, y la señal de monitorización, MS, modulada transmitida simultáneamente a través de los cables de alimentación 3 y el canal de enlace ascendente, UL-CH, se reduce mediante la conformación de pulsos de banda base, BB.

[0025] En una realización preferida del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1, los intervalos de tiempo, TS^ms, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel modelo, MLD, 4 están dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH, como también se ilustra en la figura 4. Los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 y la estación base 2 están conectados entre sí a través de cables de alimentación 3 en una red de alimentación de CC o bucle de alimentación de CC como se muestra en la figura 1. El transmisor y el receptor de la estación base 2 y de cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 conectados entre sí a través de cables de alimentación 3 en la red de alimentación de CC se pueden acoplar a dicha red de alimentación de CC por medio de circuitos duplexores 7 que comprenden un transformador de alta corriente TR adaptado para aislar el transmisor del receptor como se describe en el contexto con las figuras 13 a 16.

[0026] Cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 comprende en una posible realización un transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, MLM-TX, y un receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-RX. El transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 está adaptado para transmitir una señal de monitorización, MS, generada por el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 en un intervalo de tiempo, TSms, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignado a dicho dispositivo de nivel de módulo MLD, 4 al receptor de estación base de la estación base, BS, 2. Además, el receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-RX, de cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 está adaptado para recibir una señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, generada por la estación base, BS, 2 en un intervalo de tiempo, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH.

[0027] En una posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, 1 como se ilustra en la figura 1, cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 puede comprender un número de dirección de intervalo de tiempo único asignado que define un intervalo de tiempo, TSms, del canal de enlace ascendente, UL-CH, donde el transmisor de monitorización de nivel modelo, MLM, de dicho dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 envía una señal de monitorización, MS, generada por el respectivo dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 una vez por ciclo de monitorización. En una posible realización, el número de dirección de intervalo de tiempo único se asigna al respectivo dispositivo de monitorización de nivel de módulo, MLD, 4 después de la instalación del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, 1 en un procedimiento de emparejamiento como se ilustra en las figuras 17, 18 y se almacena en una memoria local del dispositivo de nivel modelo, ^mL^d, 4.

[0028] En una posible realización, el transmisor de estación base de la estación base, BS, 2 puede estar conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, y puede estar adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente, DL-CH, cuando el iniciador de desconexión rápida, RSD, indica que la desconexión rápida RSD no está activa, y está adaptado adicionalmente para dejar de transmitir la señal de permiso para operar, PTO, cuando el iniciador indica que la desconexión rápida está activa. En una posible realización, la estación base 2 del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 se puede conectar a una pasarela de comunicación a través de una red de datos cableada o inalámbrica.

[0029] Cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 como se ilustra en la figura 1 se puede adaptar para monitorizar y/o controlar parámetros físicos de al menos un módulo fotovoltaico, PVM, asociado 5. Estos parámetros físicos pueden incluir una corriente, I, una tensión, U, una temperatura, T, y/o una energía, E, producida por el respectivo módulo fotovoltaico, PVM, 5. Cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 puede comprender en una posible realización un interruptor de CC 4D usado para encender/apagar su módulo fotovoltaico, PVM, asociado 5 en función de las señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, recibidas por el receptor de desconexión rápida, RSD-RX, del respectivo dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 a través del canal de enlace descendente, DL-CH.

[0030] En la realización ilustrada de la figura 1, la estación base, BS, 2 está integrada en un inversor 6 adaptado para convertir una alimentación de CC suministrada por los módulos fotovoltaicos, PVM, a través de los cables de alimentación 3 a través de dicho inversor 6 en una corriente CA.

[0031] La estación base 2 del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 como se muestra en la figura 1 está adaptada para enviar señales de control RSD y señales de sincronización MLM a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 usando una comunicación por línea eléctrica PLC a través de los cables PV 3 en un enlace descendente de PLC. La estación base 2 está adaptada además para recibir datos de monitorización a través del enlace ascendente de PLC. En una posible realización, la estación base 2 puede clasificar los datos y puede dar acceso a los datos a través de una pasarela de comunicación 2D a través de Ethernet, WiFi, Bluetooth o una red celular.

[0032] Los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 están unidos a módulos fotovoltaicos asociados 5 como se muestra en la figura 1. Los dispositivos de nivel de módulo MLD, 4 pueden monitorizar cantidades físicas tales como corriente, tensión, temperatura o producción de energía. Los dispositivos de nivel de módulo 4 pueden devolver datos de monitorización usando una PLC a la estación base 2 del sistema 1. Los dispositivos de nivel de módulo 4 están adaptados para recibir y para decodificar señales de desconexión rápida y/o de sincronización MLM procedentes de la estación base 2. El dispositivo de nivel de módulo 4 puede estar adaptado además para generar una señal de control de encendido/apagado para el correspondiente interruptor de CC de módulo fotovoltaico 4D en función de las señales de control RSD recibidas.

[0033] El canal de enlace descendente, CL-CH, se dirige desde la estación base 2 a los dispositivos de nivel de módulo 4. Por el contrario, el canal de enlace ascendente, UL-CH, se dirige en la dirección opuesta apuntando desde los dispositivos de nivel de módulo 4 a la estación base 2. En una posible realización, la comunicación MLM proporcionada en el sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, 1 según la presente invención como se ilustra en la realización de la figura 1 es asimétrica, es decir, los datos de monitorización se transmiten por el canal de enlace ascendente, es decir, desde los dispositivos de nivel de módulo 4 a la estación base 2, y las señales de control se transmiten por el canal de enlace descendente, es decir, desde la estación base 2 a los dispositivos de nivel de módulo 4.

[0034] El sistema de comunicación ilustrado en la figura 1 permite la monitorización de nivel de módulo, MLM, pero también puede extenderse a la recopilación de datos de otros dispositivos conectados a la línea de CC, es decir, los cables de alimentación 3. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 según la presente invención usa una comunicación por línea eléctrica, PLC, por el enlace de CC entre la matriz fotovoltaica y una estación base 2, por ejemplo, una estación base 2 que puede estar integrada en un inversor PV 6. En una posible realización, pueden implementarse dos canales de comunicación diferentes usando modulación S-FSK en el enlace de CC. El canal de enlace descendente DL-CH se puede usar para enviar mensajes a la matriz fotovoltaica incluyendo, en particular, señales de mantenimiento de desconexión rápida RSD SunSpec. En una posible realización, se puede usar un conjunto de ocho palabras en este canal según la especificación de desconexión rápida de SunSpec. El canal de enlace ascendente UL-CH puede transmitir mensajes desde los dispositivos de nivel de módulo 4 a la estación base 2. La estación base 2 envía mensajes por el canal de enlace descendente DL-CH y está escuchando el canal de enlace ascendente UL-CH y recibe mensajes si no se produce colisión entre ellos. Los dispositivos de nivel de módulo 4 pueden enviar mensajes por el canal de enlace ascendente UL-CH. En una posible realización, los dispositivos de nivel modelo 4 solo escuchan el canal de enlace descendente DL-CH y reciben mensajes de sincronización.

[0035] La figura 2 muestra un diagrama de bloques para ilustrar la comunicación MLM asimétrica entre la estación base 2 y un dispositivo de nivel de monitorización, MLD, 4 del sistema 1. Como puede observarse en la figura 2, la estación base 2 y el dispositivo de nivel de monitorización, MLD, 4 están conectados entre sí por medio de un canal de enlace descendente de PLC y un canal de enlace ascendente de PLC. La estación base 2 comprende un transmisor de estación base 2A y un receptor de estación base 2B. El transmisor de estación base 2A está adaptado para trasmitir señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, a través del canal de enlace descendente de PLC a través de dichos cables de alimentación 3 al dispositivo de nivel de módulo 4 mostrado esquemáticamente en la figura 2. Además, el receptor de estación base 2B de la estación base 2 está adaptado para recibir señales de monitorización, MS, generadas por el dispositivo de nivel de módulo 4 a través de los cables de alimentación 3 dentro de intervalos de tiempo, TSms, a través del canal de enlace ascendente de PLC asignados al dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. En la realización ilustrada de la figura 2, el transmisor de estación base 2A de la estación base 2 está conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, 2C y está adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente DL-CH, si el iniciador de desconexión rápida, RSD, 2C indica que una desconexión rápida, RSD, no está activa. El transmisor de estación base 2A está adaptado además para detener la transmisión de la señal de permiso para operar, PTO, cuando el iniciador 2C indica que una desconexión rápida, RSD, está activa. En la realización ilustrada de la figura 2, la estación base 2 comprende además una pasarela de monitorización 2D. El receptor de estación base 2B puede estar conectado a la pasarela de comunicación 2C en una posible realización a través de una red de datos cableada o inalámbrica.

[0036] El dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 comprende, en la realización ilustrada de la figura 2, un transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, 4A y un receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-RX, 4B. El transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, 4A está adaptado para transmitir una señal de monitorización, MS, generada por el dispositivo de nivel de módulo, MLD, en un intervalo de tiempo, TS^ms, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignado al dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 al receptor de estación base 2B de la estación base 2. El receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-RX, 4B del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 está adaptado para recibir una señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, generada por la estación base 2 en un intervalo de tiempo, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH. En una posible realización, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 está adaptado para monitorizar parámetros físicos de al menos un módulo fotovoltaico asociado 5 tal como una corriente, una tensión, una temperatura o una energía producida. En una posible realización, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 puede comprender sensores 4C que proporcionan datos sobre parámetros físicos del módulo fotovoltaico, PVM, asociado 5. En una posible realización, cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 puede comprender un interruptor de CC 4D que puede usarse para encender/apagar su módulo fotovoltaico, PVM, asociado 5 en función de las señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, recibidas por el receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-RX, 4B del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 a través del canal de enlace descendente, DL-CH.

[0037] En la realización de ejemplo ilustrada de la figura 2, el canal de enlace descendente, DL-CH, puede permitir una transmisión de ocho comandos diferentes codificados en tres bits cada segundo, mientras que el canal de enlace ascendente, UL-CH, transmite 96 bits útiles por segundo. En la realización de ejemplo ilustrada, la comunicación MLM en el sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, 1 es asimétrica, en la que la carga útil en el canal de enlace descendente DL-Ch de PLC se transporta a una tasa inferior que la carga útil en el canal de enlace ascendente UL-CH de PLC. La función principal de las señales de comando de desconexión rápida, RSD, es una posible desconexión de cada módulo fotovoltaico, PVM, 5 de las cadenas fotovoltaicas en ausencia de una señal de permiso para operar, PTO. La señal PTO se envía periódicamente en una posible realización, por ejemplo, cada segundo.

La tabla 1 a continuación ilustra una posible definición de diferentes símbolos RSD y su uso como señales de control MLM n l i m m ni riz i n ^ niv l m l MLM f v l i PV 1 n l r n inv n i n.

continuación

[0038] La tabla 1 se puede representar de una manera más completa de la siguiente manera:

[0039] Los cuatro códigos ilustrados en la tabla 2 pueden usarse en el sistema MLM 1 como se ilustra en el diagrama de señales de la figura 3. Después de un comando de inicialización, la estación base 2 puede enviar señales de comando RSD con períodos de aproximadamente un segundo. Cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 comprende, en una realización preferida, un número único que define un intervalo de tiempo TS en el que el dispositivo de nivel de módulo MLD puede enviar datos de monitorización, por ejemplo, una vez por ciclo de monitorización. Este esquema asegura la compatibilidad de la señalización de enlace descendente con el sistema RSD de SunSpec. Como tanto el código 111 como el código 101 contienen un mensaje de permiso para operar, PTO, se usan cuando el sistema RSD activa los módulos fotovoltaicos, PVM, 5. Por el contrario, cuando los módulos fotovoltaicos, PVM, 5 tienen que desconectarse, el código 000 y el código 010 (sin incluir un mensaje PTO) se envían asegurando la continuidad de la operación MLM.

[0040] Como también se ilustra en la figura 4, el canal de enlace descendente, DL-CH, usado para la transmisión de las señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, dentro de intervalos de tiempo predefinidos, TS^cs, y el canal de enlace ascendente, UL-CH, usado para la transmisión de las señales de monitorización, MS, dentro de intervalos de tiempo predefinidos, TS^{m s}, están sincronizados entre sí. En la realización ilustrada en la figura 4, los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 son más cortos y se encuentran dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH. En la implementación específica ilustrada que se muestra en la figura 4, la longitud de los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, es de 153,60 ms y es más corta que la longitud de los intervalos de tiempo predefinidos, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH, que tienen una longitud de 168,96 ms en la implementación específica ilustrada mostrada en la figura 4. Para garantizar que la señal de monitorización, MS, no perturbe el período de silencio de la señal RSD, el protocolo de monitorización ilustrado usa intervalos de tiempo TS^mdque son más cortos que los intervalos de tiempo usados para las señales de comando RSD, en el que los intervalos de tiempo están sincronizados entre sí. Además, se puede usar multiplexación por división de frecuencia, FDM, para separar las dos señales, es decir, estas señales se modulan a diferentes frecuencias.

[0041] Para ocupar la banda de frecuencia más estrecha posible, la frecuencia FSK (modulación por desplazamiento de frecuencia) usada por el canal de enlace ascendente UL-CH y el canal de enlace descendente DL-CH pueden estar en la misma banda de frecuencia, cerca una de la otra. La señalización de monitorización de nivel de módulo, MLM, y la señalización de desconexión rápida, RSD, se pueden realizar simultáneamente. En una posible realización, se puede lograr una separación de la señal recibida de la señal transmitida mediante la transmisión de señales que comprenden lóbulos laterales bajos en el espectro que se encuentra en los canales recibidos. La conmutación FSK realizada entre dos frecuencias portadoras genera lóbulos laterales altos que pueden disminuirse en una realización preferida mediante la conformación de pulsos de banda base. En una posible realización, el ancho de banda de modulación ocupado por la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, modulada transmitida a través de los cables de alimentación 3 en el canal de enlace descendente, DL-CH, y la señal de monitorización, MS, modulada transmitida simultáneamente a través de los cables de alimentación 3 en el canal de enlace ascendente, UL-CH, se puede reducir mediante la conformación de pulsos de banda base, BB.

[0042] En una posible realización, la modulación de enlace ascendente (MLD 4 a la estación base 2) comprende S-FSK, es decir, una modulación binaria que comprende la transmisión de dos símbolos "marca" y "espacio" con cero períodos intermedios como también se ilustra en la figura 19.

[0043] La figura 20 muestra una implementación de ejemplo para las frecuencias portadoras MLM y RSD S-FSK que pueden usarse por el sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 de la presente invención. Las frecuencias de "marca" y "espacio" de F^monmy F^momsppueden estar en la misma trama de 6,25 kHz que las frecuencias RSD F^rsdmky F^rsdsp. En una implementación simple de la modulación S-FSK, se realiza una conmutación entre dos frecuencias portadoras. Sin embargo, esto da como resultado un amplio espectro I, como también se ilustra en la figura 12. Un amplio espectro no es deseable cuando se operan dos sistemas con frecuencias cercanas entre sí, como RSD y MLM. Además, el amplio espectro puede causar problemas de IMI.

[0044] Para reducir el espectro ocupado, se pueden añadir transiciones suaves entre los diferentes símbolos. El espectro resultante también se ilustra en la figura 12. Para mantener la modulación simple, el ancho de transmisión se puede limitar a la mitad del período del símbolo como se muestra en la figura 5. Las curvas de transición de marca y espacio son complementarias, es decir, su suma es constante. Esto sí garantiza que la amplitud RF no supere el valor nominal, es decir, no hay riesgo de saturar un amplificador de potencia PA.

[0045] En una posible realización, la generación de las señales RF incluye la conformación de pulsos de banda base, BB, que comprende varias etapas.

[0046] En una primera etapa S1, una señal binaria periódica 0101... de banda base, BB, es sobremuestreada y procesada por un filtro FIR. El filtro FIR puede comprender una longitud de respuesta finita, por ejemplo, 319 ps.

[0047] La señal de marca M y las transiciones cero/marca (Z/M) y marca/cero (M/Z) se pueden generar multiplicando en una segunda etapa S2 la envolvente con ondas sinusoidales que tienen períodos correspondientes a las frecuencias portadoras como también se ilustra en la figura 6.

[0048] Una señal modulada de referencia puede cortarse en una etapa adicional S3 en partes de igual longitud y almacenarse en una tabla de consulta LUT de referencia. Su longitud puede ser un submúltiplo del período de bits Lbit. Por ejemplo, puede ser la mitad del período de bits Lbit como se ilustra en la figura 7, si la respuesta del filtro FIR es más corta o igual a la mitad de la longitud de bits. Con una elección adecuada de las frecuencias portadoras y la longitud de las tablas de consulta LUT de referencia, se puede garantizar que todas las tablas de consulta de referencia R-LUT comprenden valores que comienzan con un valor cero, es decir, no hay salto de fase cuando los segmentos de señal se unen uno tras otro. La figura 7 ilustra un conjunto completo de tablas de consulta LUT que se pueden combinar para construir cualquier secuencia FSK. OM1, MM1 y MO1 son los componentes de señal de marca en los que se puede crear un símbolo de marca individual separado concatenándolos. Los componentes de señal OS1, SS1 y SO1 comprenden componentes de espacio. Las transiciones entre la marca M y el espacio S se pueden generar sumando los componentes adecuados de marca y espacio almacenados en las tablas de consulta LUT, es decir, MS1 = MO1+OS1, SM1 = SO1+OM1. Para finalizar, el conjunto, 00 es una serie de un número predeterminado de valores cero, en el que el número es, por ejemplo, 320.

[0049] Los componentes de señal almacenados en las tablas de consulta LUT se pueden usar si la ganancia de la cadena de transmisión TX comprende una baja dispersión y es idéntica para ambas frecuencias portadoras. Sin embargo, en los circuitos prácticos, la ganancia puede tener una tolerancia tan alta como /-20 % y hasta /-20 %, de modo que puede producirse una diferencia entre las amplitudes de las dos portadoras en la salida, como también se ilustra en la figura 8. Por consiguiente, la ganancia de la cadena de transmisión no es necesariamente igual para las dos frecuencias portadoras, lo que da como resultado un cambio de amplitud al pasar de una frecuencia portadora a la otra frecuencia portadora, como se ilustra también en la figura 8.

[0050] En una posible realización, este desajuste se puede corregir mediante calibración o mediante el uso de coeficientes predefinidos determinados por caracterización en la etapa S4. Las amplitudes de las dos frecuencias portadoras pueden medirse en la salida del frontal analógico AFE y compararse con los valores nominales de los parámetros km y ks.

[0051] Los parámetros km y ks se pueden calcular de la siguiente manera:

Km = Af.'úíi::, ^nom '■ ^{;.L.|lA*,v,F::,L,_h'i-i: oa}

líS = A ^e5PAOO NO M IW ^A ^éSPACⁱO MCDIDC-

[0052] El factor km y el factor ks se pueden almacenar en una memoria no volátil y se pueden aplicar a una tabla de consulta LUT básica durante cada inicio para compensar las características de transferencia de cadena TX.

[0053] Al final del procedimiento de calibración o en cada inicio del dispositivo de nivel de monitorización, MLD, 4 se pueden generar nueve tablas de consulta LUT funcionales en la etapa S5 aplicando los factores km y ks a las seis tablas de consulta de referencia R-LUT y combinándolas como se ilustra en la figura 9. La figura 9 muestra los valores de la tabla de consulta con compensación de amplitud. Se puede generar o construir cualquier secuencia de transmisión usando estas LUT funcionales. Como se ilustra en la figura 1, los factores de ecualización km y ks pueden proporcionar amplitudes iguales en las dos frecuencias portadoras.

[0054] En una posible realización, las secuencias de transmisión se pueden ensamblar en tiempo real en una etapa S6 usando estas LUT funcionales. En una posible realización, las lUt funcionales pueden leerse desde una memoria y suministrarse a la DAC usando DMA. En consecuencia, solo están involucrados recursos limitados de MCU. Una secuencia TX puede construirse o generarse de esta manera como se ilustra en el ejemplo de la figura 10. En la realización ilustrada, la longitud de bits es de 640 ps y las LUT funcionales comprenden 320 muestras (usando una tasa de muestreo de 1 Msps). Como también se ilustra en la figura 11, los factores de ecualización km y ks aseguran amplitudes iguales en ambas frecuencias portadoras en la salida del AFE.

[0055] La eficiencia de este procedimiento de conformación de pulsos de banda base (BB) también se ilustra en el espectro que se muestra en la figura 12. La señal RF modulada FSK con conformación de pulsos BB (II) comprende lóbulos laterales más bajos de 30 a 40 dB cerca de las frecuencias portadoras fc-i, fc²que la señal RF modulada FSK sin conformación de pulsos BB (I).

[0056] En una posible realización del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 según la presente invención, el transmisor y el receptor de la estación base 2, así como el transmisor y el receptor de cada dispositivo de nivel de módulo 4 están conectados entre sí a través de cables de alimentación 3 de la red de alimentación de CC y se acoplan a la red de CC por medio de un circuito duplexor 7 como también se ilustra en las figuras 13 a 16. El circuito duplexor 7 comprende en una realización preferida un transformador de alta corriente TR adaptado para aislar el transmisor del respectivo receptor. El transformador de alta corriente TR puede comprender una corriente CC térmica y de saturación máxima en su devanado primario (lado de la cadena fotovoltaica) superior a la corriente máxima de la cadena. Como se ilustra en la figura 13, el circuito duplexor 7 comprende un circuito resonador que incluye un condensador C^ry una inductancia L^rconectados en paralelo al devanado secundario del transformador de alta corriente TR. El transformador de alta corriente TR tiene un devanado primario dentro de la cadena PV como se muestra en la figura 13. El condensador Cr forma el circuito resonador con la inductancia del lado secundario efectivo Lr en torno a las frecuencias FSK RX y TX. Una resistencia R conectada al circuito resonador proporciona el nodo de entrada para el canal RX.

[0057] El funcionamiento del circuito duplexor de acoplamiento ilustrado en la figura 13 se describe a continuación para la transmisión (TX) y recepción (RX) de una señal.

[0058] Para la transmisión, un amplificador de potencia PA genera una señal RF que se inyecta a través del transformador de alta corriente TR en la cadena PVM como una tensión en serie V^tx. La tensión V^pren el devanado primario del transformador de alta corriente TR se determinar por la tensión de salida del amplificador de potencia PA y la relación de devanado de transformador N. Como la impedancia de salida del amplificador de potencia PA es generalmente mucho menor que la resistencia de la resistencia R, la impedancia de salida Z^salidase define principalmente por la resistencia de la resistencia R dividida por N2. Si el circuito resonador está diseñado para tener una impedancia muy por encima de la resistencia de la resistencia R, la amplitud de la señal de transmisión inyectada en el canal RX se determina principalmente por la impedancia de cadena Z^strde la cadena pv:

Vfer « V ^dt* Rf{R + Z F, N * Z :^ ,1

[0059] Por ejemplo, con N = 2, Z^str= 20 ohm, R = 4 ohm, la tensión V^rxes V^tx* 0,05, es decir, hay una atenuación de 26 dB entre la salida TX y la entrada RX a la frecuencia de resonancia fR del circuito de resonancia.

[0060] La figura 14 muestra un diagrama de señales para ilustrar los resultados de la simulación de CA para un circuito duplexor de acoplamiento 7. Como puede verse, la atenuación TX es inferior a 0,5 dB en las bandas de frecuencia RSD FSK (131 a 144 kHz). Además, se puede observar que la atenuación RX es mejor de 20 dB en la misma banda de frecuencia.

[0061] Durante la recepción (RX), la señal recibida de la cadena PV pasa a través del transformador de alta corriente TR al circuito de resonancia. Dado que la impedancia de salida Z^padel amplificador de potencia PA es inferior a la resistencia de la resistencia R, la tensión V^rxes aproximadamente idéntica a V^secen el lado secundario del transformador TR, es decir, la pérdida de señal RX es insignificante. Esto también se ilustra en la figura 15.

[0062] En una realización alternativa, el transformador de alta corriente TR, como se ilustra en las realizaciones de las figuras 13, 15, se puede reemplazar por un inductor de alta corriente L^sy un pequeño transformador de señal TR como también se ilustra en el diagrama de circuito de la figura 16.

[0063] Como también se ilustra en el diagrama de señales de la figura 3, los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 transmiten uno tras otro en un intervalo de tiempo TS definido por una dirección T^xpreprogramada única para cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. En una posible realización, la dirección TX única se asigna a cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. En una posible realización, cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 se puede programar en consecuencia antes de la instalación o antes de conectar el dispositivo de nivel de módulo a la cadena PV. Sin embargo, esta implementación requiere equipo adicional. Además, dado que el número de módulos PVM 5 puede ser considerable en una sola matriz fotovoltaica, la programación de los dispositivos MLD 4 durante la configuración requiere un tiempo considerable. Por consiguiente, en una realización preferida del sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico 1 según la presente invención, se asigna un número de dirección de intervalo de tiempo único al respectivo dispositivo de monitorización de nivel de módulo, MLD, 4 después de la instalación del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, 1 en un procedimiento de emparejamiento y se almacena en una memoria local del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4.

[0064] En un procedimiento de emparejamiento o mecanismo de emparejamiento, se asigna automáticamente una dirección TX única a cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 en una matriz fotovoltaica después de la instalación. En la figura 17 se ilustra una posible realización del procedimiento de emparejamiento.

[0065] Después de la instalación física y la conexión de los módulos fotovoltaicos 5 y potencialmente otros instrumentos a las cadenas fotovoltaicas, la estación base 2 puede enviar una señal de inicio de emparejamiento como se muestra en el diagrama de señales de la figura 17. Esta señal de inicio de emparejamiento se envía por el canal de enlace descendente DL-CH a los diferentes dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 del bucle de alimentación de CC.

[0066] Los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 comienzan a transmitir señales de "Solicitud de asignación de dirección" con temporización aleatoria, como también se muestra en la figura 17.

[0067] Cuando la estación base 2 recibe y decodifica con éxito una señal de "Solicitud de asignación de dirección", es decir, si no hay colisión entre las señales MLD transmitidas aleatoriamente, la estación base 2 puede emitir un "código de acuse de recibo ACK" seguido de un "Dirección TX" como se muestra en la figura 17. La primera dirección TX es "1" y se puede aumentar después de cada asignación.

[0068] Además, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 que recibe un "Acuse de recibo ACK" inmediatamente después de su solicitud decodifica la "Dirección TX" y puede almacenarla en una memoria local. El respectivo dispositivo MLD 4 deja de enviar solicitudes de asignación y puede entrar en un modo de monitorización normal, en el que espera señales de sincronización. Aquellos dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 que no reciben el código "Acuse de recibo" de la estación base 2 a tiempo, es decir, inmediatamente después de su respectiva solicitud, no lo toman en cuenta. En consecuencia, la "Dirección TX" es decodificada por uno y solo un dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4.

[0069] En ausencia de un acuse de recibo ACK con la temporización adecuada, los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 continúan enviando señales de "Solicitud de asignación de dirección" con intervalos aleatorios.

[0070] El procedimiento de emparejamiento se detiene cuando todos los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 tienen su dirección TX. Esto se puede determinar de dos maneras diferentes. La estación base 2 conoce de antemano el número de dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 dentro del bucle de alimentación para proporcionar una dirección o la estación base 2 detecta un período de una duración predefinida durante el cual no hay ninguna "Solicitud de asignación de dirección" más procedente de los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4.

[0071] Después de un procedimiento de emparejamiento exitoso, todos los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 están en un modo de monitorización normal y esperan las señales de sincronización transmitidas por la estación base 2. Por el contrario, si el procedimiento de emparejamiento no se realiza correctamente, puede ser reiniciado usando la señal de inicio de emparejamiento emitida por la estación base 2.

[0072] Puede haber algunas características especiales que facilitan la integración del procedimiento de emparejamiento como se ilustra en la figura 17 en el caso de un sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, 1 que coexiste con la desconexión rápida RSD como se ilustra en la figura 18.

[0073] La estación base 2 puede usar la misma modulación con las mismas frecuencias portadoras fc que las usadas en la transmisión RSD. Además, es posible usar la misma codificación de línea que en RSD, por ejemplo, el código Barker-11 con una longitud de chip de 5,12 ms. Dado que los tripletes del código del canal de enlace descendente DL-CH pueden no ser suficientes para el procedimiento de emparejamiento (o el procedimiento de emparejamiento podría tardar demasiado tiempo usando esos tripletes), se pueden realizar algunas modificaciones para acelerar el procedimiento de emparejamiento. En una posible realización, el período de un segundo no se aplica entre los códigos, es decir, se suceden directamente sin pausa. Además, para evitar que los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 interpreten cualquier parte de los mensajes de enlace descendente como códigos PTO, solo se pueden usar tripletes W0-W0-W0 (RSD: desconexión acelerada) en la señal de inicio de emparejamiento y señales de acuse de recibo. Además, se pueden insertar períodos Z (sin señal) después de cada par de códigos binarios para evitar una generación accidental de tripletes con contenido de PTO. Por consiguiente, el procedimiento de emparejamiento, como se ilustra en la figura 18, es compatible, en particular, con la RSD.

[0074] El procedimiento de emparejamiento asigna la dirección de PLC única a cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. La dirección asignada se usa durante el período de monitorización para distribuir intervalos de tiempo TS y así evita colisiones del canal de enlace ascendente. Mediante el uso de una dirección de PLC en la configuración inicial de la instalación fotovoltaica, cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 puede enviar la solicitud de asignación de dirección por el canal de enlace ascendente UL-CH. A continuación, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 espera una respuesta de la estación base 2 en una ventana de tiempo específica. Esta ventana se puede definir de manera que la estación base 2 responda solo a solicitudes que no colisionen. La operación o procedimiento de emparejamiento se realiza una sola vez en una matriz fotovoltaica determinada durante la puesta en marcha de la instalación fotovoltaica. Por razones de seguridad, no se envía una señal de permiso para operar, PTO, durante el procedimiento de emparejamiento. Por lo tanto, los módulos fotovoltaicos y el clúster MLD pueden permanecer en modo de espera.

[0075] Antes de obtener una dirección de PLC única, los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 no pueden evitar colisiones en el canal de enlace ascendente UL-CH porque no escuchan otros dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4. Para evitar una sobrecarga en el canal, las solicitudes de asignación de dirección se envían aleatoriamente en una posible realización y, cuando no se produce colisión, la estación base 2 recibe las solicitudes del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 e inicia una respuesta. La forma de enviar solicitudes aleatoriamente puede usar diferentes estrategias para reducir el tiempo total de emparejamiento requerido por el procedimiento de emparejamiento.

[0076] En una posible realización, se puede implementar seguridad adicional para garantizar que un dispositivo de nivel de módulo específico, MLD, 4 no reciba una respuesta de asignación de estación base que no esté vinculada a su solicitud (es decir, para evitar cualquier conflicto durante la etapa de monitorización y cualquier error en el procedimiento de asignación de dirección). Cuando un dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 envía una solicitud de asignación de dirección, espera un acuse de recibo de la estación base 2 en una ventana de tiempo específica. La estación base 2 responde con un acuse de recibo solo a las solicitudes que pueden decodificarse correctamente. Esto significa que la estación base 2 no responde si hay una colisión entre dos o más solicitudes que tienen amplitudes comparables.

[0077] Como también se ilustra en la figura 17, para iniciar el procedimiento de emparejamiento, se puede transmitir un mensaje de inicio de emparejamiento específico a través del canal de enlace descendente DL-CH a todos los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4. Cuando el mensaje de inicio de emparejamiento se recibe por los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4, comienzan a enviar solicitudes de asignación de dirección al azar. Una vez que un dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 recibe la respuesta de la estación base 2 con un tiempo e identificador adecuados, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 puede almacenar la dirección de PLC asignada y dejar de enviar solicitudes de asignación de dirección en el canal de enlace ascendente UL-CH. Los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 con direcciones asignadas cambian a un modo de monitorización y esperan mensajes de sincronización. Si se recibe de nuevo un mensaje de inicio de emparejamiento, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 restablece su dirección de PLC asignada y comienza de nuevo con el procedimiento de emparejamiento.

[0078] El procedimiento de emparejamiento se completa cuando todos los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 obtienen una dirección de PLC asignada. A continuación, los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 esperan el mensaje de sincronización de la estación base 2 para comenzar la transmisión de los datos de monitorización. Para la estación base 2, el procedimiento de emparejamiento termina cuando no se recibe ninguna solicitud de dirección durante un tiempo determinado.

[0079] A continuación, la estación base 2 puede comenzar la fase de monitorización enviando un mensaje de sincronización por el canal de enlace descendente DL-CH. El tipo de mensaje de sincronización puede depender del estado de RSD de la estación base 2. En una posible realización, la trama de señal de la estación base 2 puede usar símbolos especificados en la especificación de desconexión rápida de SunSpec Z, W0 o W1 con una longitud de símbolo de 56,32 ms.

[0080] En una posible realización, el mensaje de inicio de emparejamiento se puede enviar por el canal de enlace descendente DL-CH por la estación base 2. Restablece la dirección de PLC de cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 e inicia el procedimiento de emparejamiento como se ilustra en la figura 17.

[0081] La figura 21 muestra una posible estructura de datos del mensaje de inicio de emparejamiento usado por el sistema 1 en el procedimiento de emparejamiento. Como puede verse, el paquete se envía sin ningún preámbulo o con la codificación de ensanchamiento estándar y la tasa de bits de la estación base 2.

[0082] En una posible realización, la trama de respuesta de asignación de dirección puede usar la modulación de código de ensanchamiento especificada en el estándar de desconexión rápida PLC de SunSpec, es decir, el código Barker-11. La respuesta de asignación de dirección puede incluir un acuse de recibo de la solicitud de dirección, la repetición del código CRC-5 incluido en la solicitud (SEQ), así como la dirección de PLC asignada al dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. Cada símbolo puede corresponder a una secuencia de código de ensanchamiento W0, W1 o Z.

[0083] La figura 22 ilustra la estructura para una posible implementación de la trama de respuesta de asignación de dirección usada en el procedimiento de emparejamiento.

[0084] El propósito de los bits de protección dentro de la trama de respuesta de asignación de dirección es evitar secuencias dentro de la trama que podrían interpretarse erróneamente como un mensaje de permiso para operar, PTO. En consecuencia, se evita cualquier riesgo de activación no deseada de los módulos fotovoltaicos. La trama de respuesta de asignación de dirección se puede transferir en una posible realización con una tasa de datos estándar del sistema de desconexión rápida de SunSpec (período de bits: 11 x 5,12 = 56,32 ms). La longitud total de la trama de respuesta de asignación de dirección puede ser de 1,464 s en una posible implementación.

[0085] Las tramas de los dispositivos de nivel de módulo 4 pueden comprender en una posible realización un preámbulo de 16 bits seguido de 4 palabras de 16 bits como se ilustra en la figura 23. En una posible realización, se puede usar la codificación Manchester como codificación de canal de enlace ascendente.

[0086] Las tramas de solicitud de dirección pueden ser enviadas en una posible realización por los dispositivos de nivel de modelo, MLD, 4 en el canal de enlace ascendente UL-CH durante el procedimiento de emparejamiento. La trama de solicitud de asignación de dirección es común a todos los tipos de dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4. La trama de solicitud de asignación de dirección puede comprender el número de serie de MLD, un identificador de equipo que define el tipo de dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 y una secuencia de código generada por el dispositivo de nivel de modelo, MLD, 4 antes de la transmisión del paquete para aumentar la robustez del procedimiento de emparejamiento. El mismo contenido puede verificarse en una posible realización mediante un CRC de 16 bits.

[0087] La figura 24 ilustra una posible estructura de una trama de solicitud de dirección usada en el procedimiento de emparejamiento del sistema 1.

[0088] En primer lugar, se puede enviar bit más significativo MSB en cada campo de datos. La trama de solicitud de dirección se puede codificar aún más usando la codificación Manchester, en la que se añade un preámbulo de 16 bits que da como resultado una longitud total de trama de 92,16 ms, como también se ilustra en la figura 25. La trama de solicitud de dirección se puede transmitir con una tasa de bits estándar de los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4, por ejemplo, a una velocidad de 1,5625 kbps.

[0089] La figura 26 es una posible arquitectura de hardware (HW) y software (SW) de ejemplo de un sistema de monitorización de nivel de módulo fotovoltaico 1 según la presente invención. La figura 26 ilustra una conexión de un dispositivo de nivel de módulo 4 con una estación base 2 a través de una cadena PV en la que algunas funciones son implementadas por un software SW que se ejecuta en una unidad de microcontrolador MCU y otras funciones son realizadas por componentes de hardware HW. Como se puede observar en la realización de ejemplo ilustrada en la figura 26, una gran parte del procesamiento de señal se puede realizar mediante componentes de software ejecutados en las unidades de microcontrolador MCU de los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 y la estación base 2. Este procesamiento digital permite simplificar el circuito analógico dentro del dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 y la estación base 2.

[0090] Como puede observarse en la figura 26 en el lado izquierdo, un dispositivo de nivel de módulo 4 comprende un frontal analógico AFE que incluye un circuito duplexor de acoplamiento 7A para conectar el dispositivo de nivel de módulo 4 con la cadena fotovoltaica. El dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 comprende una unidad de microcontrolador MCU conectada a su frontal analógico AFE usado para la conversión de analógico a digital (A/D), así como para la conversión de digital a analógico (D/A) y que realiza funciones de software RX, así como funciones de software TX. Además, el dispositivo de nivel de módulo 4 puede comprender componentes de hardware HW, en particular sensores para realizar mediciones físicas de parámetros tales como tensión V, corriente I, temperatura T o energía producida E. Las funciones de software RX realizadas en la unidad de microcontrolador MCU del MLD4 comprenden la demodulación (DEM) de la señal S-FSK, así como la decodificación (RSD-DEC) de los comandos RSD (mantenimiento, desconexión acelerada). Además, se decodifican códigos adicionales de la especificación RSD de SunSpec que se pueden usar para la sincronización MLM (MLM-SYNC). Además, las funciones de software RX realizan la generación de señales de sincronización para el subsistema MLM TX. Además, las funciones de software del bloque RX se usan para decodificar señales de acuse de recibo de emparejamiento durante el procedimiento de emparejamiento.

[0091] En el lado de transmisión (TX), el dispositivo de monitorización de nivel de módulo 4 realiza las siguientes tareas. Los componentes de hardware HW pueden medir los parámetros fotovoltaicos, en particular, la tensión del módulo V, la corriente de cadena I y la temperatura de módulo T. Además, se puede calcular la producción de energía E durante el período de monitorización. El transmisor MLD (TX) ensambla la trama de datos, es decir, el identificador, los datos de monitorización, así como la información de estado. El software TX del software del transmisor ejecutado por la MCU del controlador puede realizar la codificación (ENC) de la trama TX, por ejemplo, la codificación Manchester CRC y el preámbulo. El software TX (TXSW) puede sincronizar además la trama T^xcon la señalización RSD. En una etapa posterior, el software TX puede realizar la modulación (MOD) FSK. Finalmente, la MCU del MLD4 realiza una conversión D/A seguida de un filtrado de paso bajo (LPF) dentro del frontal analógico AFE del MLD4. Además, el amplificador de potencia PA del frontal analógico a Fe puede realizar una amplificación de señal en la que la señal amplificada se suministra al circuito duplexor de acoplamiento 7A, como también se ilustra en la figura 26.

[0092] Las figuras 27, 28 ilustran el ensamblaje de la trama de datos TX realizado por el transmisor MLD del MLD4 que comprende una provisión de datos con una suma de verificación de redundancia cíclica CRC seguida de codificación Manchester y la adición de un preámbulo. En el ejemplo ilustrado, 96 bits de datos comprenden un identificador de dispositivo (32 bits), un tipo de equipo (4 bits), una energía de módulo fotovoltaico de un intervalo anterior En-1, un estado (4 bits) (por ejemplo, encendido/apagado de módulo, fallo de hardware, señales de enlace descendente recibidas, etc.) una energía de módulo fotovoltaico del intervalo de tiempo actual En, una tensión fotovoltaica total V (8 bits), es decir, el mensaje de tensión instantáneo como el último mensaje de sincronización, un campo de datos reservado de 8 bits de longitud, una corriente eléctrica de módulo fotovoltaico I (8 bits), una temperatura de módulo fotovoltaico T (8 bits) y el código de verificación de redundancia cíclica CRC calculado sobre los 96 bits anteriores.

[0093] La figura 28 ilustra la generación de ráfagas TX que se puede realizar, por ejemplo, una vez cada cinco a diez minutos en una posible implementación.

[0094] Como puede observarse en la figura 26, la estación base 2 también comprende un frontal analógico AFE con un circuito duplexor de acoplamiento 7B y una unidad de microcontrolador MCU. El filtro de paso bajo LPF del frontal analógico AFE suprime los componentes de las frecuencias (por ejemplo, a 16 MHz y superior) y proporciona al convertidor analógico-digital ADC una señal secuencial de una fuente de baja impedancia. Las funciones de software BX ejecutadas por la unidad de microcontrolador MCU de la estación base 2 realizan la demodulación S-FSK, la decodificación de tramas MLM (MLMFDEX), así como la extracción de datos (DEXT) de los datos recibidos, en la que los datos extraídos son y se suministran a una pasarela de comunicación 2D. Además, la estación base 2 proporciona en la ruta de la señal de transmisión del frontal analógico AFE un amplificador de potencia PA y un filtro de paso bajo LPF conectado a una unidad de conversión D/A de la estación base MCU.

[0095] Según la especificación RSD de SunSpec, la señal S-FSK TX comprende una amplitud de 1 V^rmssin carga de salida. En una posible realización, el amplificador de potencia TX PA del frontal analógico AFE de la estación base 2 proporciona N veces esta amplitud, en la que N es la relación de devanado del transformador de salida TR del circuito duplexor de acoplamiento 7B. La corriente de salida es suficiente para conducir la impedancia de carga de las cadenas fotovoltaicas en paralelo con el circuito resonante, todo en serie con la resistencia R.

[0096] El transmisor de estación base BS-TX de la estación base 2 que puede implementarse en una posible realización por un software TX correspondiente ejecutado por la unidad de microcontrolador MCU de la estación base 2 para enviar señales RSD periódicas. La única señal RSD obligatoria es el código PTO (Permiso para operar). Cuando este código PTO está presente, los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 conectan los módulos fotovoltaicos PVM a las cadenas PV. Por el contrario, si el código de permiso para operar, PTO, está ausente, el dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 desconecta los módulos fotovoltaicos PVM de las cadenas PV. Dado que el código PTO se envía con un período muy preciso, puede usarse para la sincronización de la actividad de monitorización. Además, el software de transmisión (TX-SW) ejecutado por la MCU de la estación base 2 puede realizar la modulación FSK usando tablas de consulta LUT. Las transiciones entre diferentes símbolos se pueden suavizar utilizando LUT generadas para la conformación de la banda base (BB). La señal modulada comprende bandas estrechas alrededor de las frecuencias portadoras fc.

[0097] La figura 29 ilustra la construcción de una señal RSD S-FSK usando tablas de consulta LUT.

[0098] En una posible realización, en línea con la especificación de desconexión rápida RSD de SunSpec, un sistema de monitorización de nivel de módulo MLM fotovoltaico 1 según la presente invención comprende un número máximo de cadenas fotovoltaicas por inversor de 10 y un número máximo de módulos fotovoltaicos PVM por cadena de 30. En consecuencia, en esta implementación, se recopilan datos de hasta 300 dispositivos de módulo, MLD, 4.

[0099] En una posible realización, la recopilación de datos en el nivel MLD se puede sincronizar usando sellos de tiempo fijos. En una posible realización, la tasa de monitorización se puede establecer comparativamente baja, por ejemplo, un conjunto de datos de cada dispositivo de nivel de módulo 4 cada cinco a diez minutos. La monitorización se realiza en una realización preferida sin la configuración manual de un instalador (es decir, plug and play) usando el procedimiento de emparejamiento automatizado. El esquema de modulación usado por el sistema 1 no interfiere con el sistema de detección de arco del inversor.

[0100] El sistema de monitorización de nivel de módulo MLM fotovoltaico 1 según la presente invención proporciona una comunicación por línea eléctrica PLC bidireccional. Por un lado, la estación base 2 que se puede integrar en el inversor 6 puede enviar órdenes al clúster MLD (es decir, señales de sincronización y/o señales de emparejamiento) por el canal de comunicación de enlace descendente DL-CH. Por otro lado, el clúster MLD usa el canal de enlace ascendente UL-CH para enviar sus datos de monitorización u otros mensajes, tales como las solicitudes de emparejamiento.

[0101] La comunicación de enlace descendente puede aprovechar un transmisor de desconexión rápida RSD existente integrado en el inversor con algunas modificaciones. La señal RSD no se ve perturbada por la información adicional transmitida por la comunicación de enlace descendente MLM. Como consecuencia, se mantiene una modulación por desplazamiento de frecuencia según la especificación RSD.

[0102] El canal de comunicación de enlace ascendente UL-CH tiene que transmitir más información durante el período RSD TX que el canal de enlace descendente, por ejemplo, 96 bits frente a un solo bit. En consecuencia, el equilibrio entre la tasa de datos y la solidez de la comunicación es diferente.

[0103] Existe un modo de funcionamiento cuando los módulos fotovoltaicos están activos y un modo de funcionamiento cuando los módulos fotovoltaicos no están activos. En un primer modo operativo en el que los módulos fotovoltaicos están activos, la estación base 2 envía continuamente las señales de permiso para operar, PTO, a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 según la especificación RSD. Cada cinco o diez minutos el mensaje de permiso para operar, PTO, se puede reemplazar por un mensaje de sincronización. Este mensaje de sincronización puede activar las mediciones instantáneas realizadas por el dispositivo de nivel de módulo 4 y define el punto de partida para la integración de datos para cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4. La integración de la medición puede terminar en el siguiente mensaje de sincronización.

[0104] Entre dos mensajes de sincronización, cada mensaje de permiso para operar, PTO, define un intervalo de tiempo en el que se permite una comunicación en el canal de enlace ascendente UL-CH por los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4. Por lo tanto, por ejemplo, pueden estar disponibles 560 intervalos de tiempo, incluyendo uno para el mensaje de sincronización, en un período de monitorización de diez minutos. Por ejemplo, si el período de monitorización se reduce a cinco minutos, sólo están disponibles 280 intervalos de tiempo.

[0105] En una posible realización, cada intervalo de tiempo, excepto el de sincronización, puede identificarse con un número específico, por ejemplo, de 1 a 559 (279 para períodos de 5 minutos). El primer intervalo de tiempo después del mensaje de sincronización comprende el intervalo de tiempo número 1.

[0106] Cada dispositivo de nivel de módulo 4 en el enlace de CC comprende una dirección de PLC única correspondiente a un intervalo de tiempo específico. Para mantener algo de tiempo para que el transmisor del primer dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4 procese los datos de control, no se puede usar un número predeterminado de intervalos de tiempo iniciales. Pueden enviarse todo tipo de datos por los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4 que comprenden los datos instantáneos y los datos integrados durante los períodos de monitorización. Los datos instantáneos son adquiridos simultáneamente por cada MLD 4 después de la señal de sincronización, mientras que los datos integrados pueden calcularse por los dispositivos de nivel de módulo MLD 4 durante todo el período de monitorización, como también se ilustra en las figuras 30, 31.

[0107] La figura 30 ilustra mensajes de sincronización y secuenciación de mensajes de enlace ascendente. La figura 31 ilustra la transmisión instantánea de datos integrados.

[0108] En otro modo operativo, los módulos fotovoltaicos no están activos. Este modo operativo permite la monitorización de los módulos fotovoltaicos mientras se mantiene la matriz fotovoltaica completa en modo de desconexión. En este modo operativo, la estación base 2 envía continuamente la señal de desconexión acelerada a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, 4. Después de cada cinco o diez minutos, el mensaje de desconexión acelerada se puede reemplazar por un mensaje de sincronización. De manera similar al mensaje de sincronización durante el modo activo, el mensaje de sincronización activa las mediciones instantáneas y define el punto de partida para la integración de datos para cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4.

[0109] La estación base 2 puede encender y apagar la matriz fotovoltaica cambiando los mensajes en el canal de enlace descendente DL-CH como se ilustra en el diagrama de señales de la figura 32.

[0110] Los mensajes de permiso para operar, PTO y desconexión acelerada pueden reemplazarse por mensajes de sincronización al comienzo de cada período de monitorización.

[0111] El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico 1 comprende diferentes aspectos principales.

[0112] Un primer aspecto de la presente invención es una monitorización de nivel de módulo, MLM, con comunicación por línea eléctrica, PLC, bidireccional asimétrica usando señalización de desconexión rápida (RSD) como canales de control. La señalización RSD se puede usar también para la sincronización y secuenciación de una pluralidad de dispositivos de nivel de módulo de monitorización, MLD, 4.

[0113] Un aspecto adicional de la presente invención es la coexistencia de las transmisiones RSD y MLM simultáneas a través de la reducción del ancho de banda de modulación usando LUT de tablas de consulta y filtrado digital.

[0114] Un aspecto adicional de la presente invención es el acoplamiento de señales TX y RX hacia y desde el cable de alimentación de CC utilizando un circuito duplexor 7.

[0115] Un aspecto adicional de la presente invención es un procedimiento de emparejamiento, es decir, un procedimiento para la asignación automática de un intervalo de tiempo de transmisión único a cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, 4.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, (1) que comprende una estación base, BS, (2) conectada por medio de cables de alimentación (3) a dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) que se proporcionan para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos, PVM, asociados (5), en el que la estación base, BS, (2) comprende:

un transmisor de estación base (2A) adaptado para transmitir señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, en intervalos de tiempo predefinidos, TScs, en un canal de enlace descendente, DL-CH, a través de dichos cables de alimentación (3) a dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4), en el que el transmisor de estación base (2A) de la estación base, BS, (2) está conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, (2C) y está adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente, DL-CH, cuando el iniciador de desconexión rápida, RSD, (2C) indica que la desconexión rápida, RSD, no está activa, y está adaptado además para dejar de transmitir la señal de permiso para operar, ^pT^o, cuando el iniciador RSD (2C) indica que la desconexión rápida, RSD, está activa,

caracterizado porque

la estación base (2) comprende además

un receptor de estación base (2B) adaptado para recibir señales de monitorización, MS, generadas por dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) a través de dichos cables de alimentación (3) dentro de intervalos de tiempo, TS^{m s}, a través de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4), en el que los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) están dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que la longitud de los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, es más corta que la longitud de los intervalos de tiempo, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que se usa multiplexación por división de frecuencia, FDM, para separar las señales de monitorización, MS, y la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD.

2. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según la reivindicación 1, en el que el canal de enlace descendente, DL-CH, usado para la transmisión de las señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, dentro de intervalos de tiempo predefinidos, TScs, y el canal de enlace ascendente, UL-CH, usado para la transmisión de las señales de monitorización, MS, dentro de los intervalos de tiempo asignados, TS^{m s}, están sincronizados entre sí.

3. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según la reivindicación 2, en el que el ancho de banda de modulación ocupado por la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, modulada transmitida a través de los cables de alimentación (3) en el canal de enlace descendente, DL-CH, y la señal de monitorización, MS, modulada transmitida simultáneamente a través de los cables de alimentación (3) en el canal de enlace ascendente, UL-CH, se reduce mediante la conformación de pulsos de banda base, BB.

4. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en el que varios dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) y la estación base, BS, (2) están conectados entre sí a través de cables de alimentación (3) en una red de alimentación de CC.

5. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según la reivindicación 4, en el que el transmisor y el receptor de la estación base, BS, (2) y de cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) están conectados entre sí a través de los cables de alimentación (3) de la red de alimentación de CC que están acoplados a dicha red de alimentación de CC por medio de un circuito duplexor adaptado para aislar el transmisor del receptor, que comprende un transformador de alta corriente (TR).

6. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en el que cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) comprende:

- un transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, (4A) adaptado para transmitir una señal de monitorización, MS, generada por el dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) en un intervalo de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignado a dicho dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) al receptor de estación base (2B) de dicha estación base, BS, (2) y

- un receptor de desconexión rápida, RSD, RSD-Rx , (4B) adaptado para recibir una señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD, generada por dicha estación base, BS, (2) en un intervalo de tiempo, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH.

7. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según la reivindicación 6, en el que cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) comprende un número de dirección de intervalo de tiempo único asignado que define un intervalo de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, en el que el transmisor de monitorización de nivel de módulo, MLM, (4A) de dicho dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) envía una señal de monitorización, MS, generada por dicho dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) una vez por ciclo de monitorización.

8. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según la reivindicación 7, en el que el número de dirección de intervalo de tiempo único se asigna al respectivo dispositivo de monitorización de nivel, MLD, (4) después de la instalación del sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, (1) en un procedimiento de emparejamiento y se almacena en una memoria local del dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4).

9. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, en el que el receptor de estación base (2B) de la estación base, BS, (2) está conectado a una pasarela de comunicación (2D) a través de una red de datos cableada o inalámbrica.

10. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, en el que cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) está adaptado para monitorizar parámetros físicos de al menos un módulo fotovoltaico, PVM, asociado (5) que incluye una corriente, I, una tensión, U, una temperatura, T, y/o una energía, E, producida por dicho módulo fotovoltaico, PVM, (5).

11. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 6 a 8, en el que cada dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) comprende un interruptor de CC (4D) usado para encender/apagar su módulo fotovoltaico, PVM, asociado (5) en función de las señales de control CS, de desconexión rápida, rSd , recibidas por el receptor de desconexión rápida, RSD-RX, (4B) del respectivo dispositivo de nivel de módulo, MLD, (4) a través del canal de enlace descendente, DL-CH.

12. El sistema de monitorización de nivel de módulo, MLM, fotovoltaico, PV, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11, en el que la estación base, BS, (2) está integrada en o conectada a un inversor (6) adaptado para convertir una alimentación de CC suministrada por los módulos fotovoltaicos, PVM, (5) a través de los cables de alimentación (7) a dicho inversor (6) en una corriente CA.

13. Un procedimiento para proporcionar una comunicación bidireccional entre una estación base, BS, (2) y dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) usados para monitorizar y/o controlar módulos fotovoltaicos, PVM, asociados (5) a través de cables de alimentación (3) que conectan la estación base, BS, (2) con los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4),

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(a) transmitir mediante dicha estación base, BS, (2) a través de dichos cables de alimentación (3) señales de control, CS, de desconexión rápida, RSD, a dichos dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) en intervalos de tiempo predefinidos, TScs, de un canal de enlace descendente, DL-CH, en el que un transmisor de estación base (2A) de la estación base, BS, (2) está conectado a un iniciador de desconexión rápida, RSD, (2C) y está adaptado para transmitir periódicamente una señal de permiso para operar, PTO, en el canal de enlace descendente, DL-CH, cuando el iniciador de desconexión rápida, RSD, (2C) indica que la desconexión rápida, RSD, no está activa, y está adaptado además para dejar de transmitir la señal de permiso para operar, PTO, cuando el iniciador ^rS^d(2C) indica que la desconexión rápida, RSD, está activa,

caracterizado por

(b) transmitir simultáneamente mediante los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) a través de dichos cables de alimentación (3) señales de monitorización, MS, a dicha estación base, BS, (2) en intervalos de tiempo, TS^{m s}, de un canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4), en el que los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, asignados a los dispositivos de nivel de módulo, MLD, (4) están dentro de los intervalos de tiempo predefinidos, TScs, del canal de enlace descendente, DL-CH,

en el que la longitud de los intervalos de tiempo, TS^{m s}, del canal de enlace ascendente, UL-CH, es más corta que la longitud de los intervalos de tiempo, TS^cs, del canal de enlace descendente, DL-CH, en el que se usa multiplexación por división de frecuencia, FDM, para separar las señales de monitorización, MS, y la señal de control, CS, de desconexión rápida, RSD.