MX2012008154A - Sistema para la gestion y el control de paneles fotovoltaicos. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un módulo para comandar localmente un panel fotovoltaico que incluye: bornes primero y segundo (B1, B2) para conectarse en serie mediante un conductor único (13) que tiene módulos homólogos; un primer borne (A1) para conectar el panel fotovoltaico, dicho primer borne está conectado al primer borne (B1) para conectarse en serie; un interruptor (S) que se conecta entre el segundo borne (B2) para conectarse en serie y un segundo borne (A2) que conecta el panel; un diodo (D0) que está conectado entre los bornes primero y segundo (B1, B2) para conectarse en serie; un convertidor (70) que se proporciona a fin de alimentar corriente al módulo en base del voltaje que desarrolla el panel entre los bornes primero y segundo (A1, A2) que conecta el panel; un sensor (R3) para medir la corriente que circula dentro del conductor único (13), y medios (60, 62) para cerrar el interruptor cuando el corriente que circula en el conductor sea superior a un umbral.

Description

SISTEMA PARA LA GESTIÓN Y EL CONTROL DE PANELES FOTOVOLTAICOS Campo de la Invención La invención se refiere a la gestión de un parque de paneles solares.

Antecedentes de la Invención Un panel fotovoltaico convencional tiene varias agrupaciones paralelo/serie de celdas fotovoltaicas y se desarrolla en sus bornes un voltaje de unos cuarenta voltios en condiciones nominales de iluminación. En una instalación, mínimo están conectados en serie diez paneles para producir un voltaje de CC, del orden de 400 V, que es operable con un buen rendimiento mediante un inversor para la transferencia de la energía a la red.

Una ventaja de la conexión en serie de los paneles es que la conexión se reduce a dos bornes por panel, además de una borne de tierra, lo que simplifica la instalación. Los paneles están bien equipados con cajas de conexiones estándar con las bornes necesarias.

No obstante, la conexión en serie puede tener un cierto número de problemas.

La corriente producida por una serie de paneles de línea está determinada por el punto más débil, es decir, el panel de generación de la corriente más baja. Este panel puede ser simplemente ser un panel de que se encuentra en la sombra. En tal situación, debe haber una trayectoria que forme un cortocircuito con el panel, de modo que los paneles que operan bajo condiciones normales puedan cargar su corriente nominal. Para ello, los paneles están equipados con diodos llamados de "derivación", conectado entre las bornes del panel, en la dirección de la corriente, que es el sentido bloqueado de los diodos en relación al voltaje generado por el panel. Cuando un panel no genera más voltaje, la corriente de la línea pasa a través de los diodos de "derivación".

Sin embargo, cuando un panel está parcialmente sombreado, se producirá un voltaje menor que su voltaje nominal, pero suficiente para prevenir el desarrollo de los diodos sobre la base de "derivación".

Para manejar esta situación de forma más inteligente, tenemos planes para equipar a cada panel fotovoltaico de un módulo de control de encendido del panel, como se describe en la patente US7602080.

La figura 1 muestra esquemáticamente un módulo de control local 10 (LCU) asociado con un panel 12, como se describe en la patente antes mencionada. El módulo de control LCU está conectado al panel 12 por dos bornes A1 y A2, el borne A1 está conectado a " + " del panel, y el borne A2 a El módulo comprende dos bornes B1 y B2 conectados en serie mediante un conductor único 13 a los módulos homólogos. Un diodo de "derivación" D1 tiene su cátodo conectado al borne B1 y su ánodo conectado al borne B2. La dirección de la corriente en serie en el conductor 13 es así del borne B1 al borne B2. Un interruptor S, controlado por un circuito 14, está conectado entre los bornes A1 y B1. Un capacitor C1 está conectado entre los bornes A1 y A2.

El circuito de control 14 es alimentado por el panel 12 entre los bornes A1 y A2. Se comunica con una central ubicada al nivel del inversor a través de un enlace COM. Este enlace, para evitar la multiplicación del número de conexiones entre los paneles, se puede hacer en la corriente portada en un conductor en serie o de forma inalámbrica.

El objetivo de este sistema de gestión es comandar el modo del interruptor S de un módulo asociado a un panel de luz tenue para optimizar la transferencia de energía.

Como se ha señalado, los módulos de control son accionados por el LCU 12 del panel asociado. Si la producción eléctrica del panel es insuficiente, el módulo ya no funciona. En este caso, el módulo no se puede comunicar con la central de gestión, en particular para indicar el estado fuera de servicio, permanente o temporal, del panel.

El sistema descrito en la patente antes mencionada utiliza medios complejos de comunicación entre los módulos y la central de gestión. Cada módulo debe integrar un microconductor y un módem para la línea eléctrica o de la comunicación inalámbrica. Estos medios son demasiado caros para las instalaciones de bajo perfil a los que, sin embargo, se quieren integrar algunas funciones básicas.

Un parque de paneles fotovoltaicos presenta un riesgo de descarga eléctrica durante la instalación. De hecho, un panel de iluminación, incluso fuera de línea, empieza a generar electricidad. A medida que los paneles son conectados en serie, aumenta la diferencia de potencial entre los bornes de los paneles extremos montados, esta diferencia de potencial es del orden de hasta 400 V en el momento que se va a conectar el último panel.

En los parques existentes, es difícil de localizar el sitio de una interrupción accidental del conductor de serie. En efecto, el fallo del conductor en serie anula la corriente en el. La anulación de la corriente es vista por todos los módulos de los paneles al mismo tiempo, de modo que un módulo, incluso dotado de la inteligencia, no puede determinar que la ruptura se produce a nivel del señalizador.

Breve Descripción de la Invención Por lo tanto, uno puede querer una unidad de control local de un panel fotovoltaico pueda ser alimentado con energía eléctrica, incluso si el panel no produce electricidad, sin usar enlaces que no sean los conexiones en serie del conductor.

Para satisfacer esta necesidad, se proporciona un módulo de control local de un panel fotovoltaico que comprende bornes primero y segundo en serie con los módulos homólogos mediante un conductor único, y medios para suministrar energía al módulo de la corriente que circula en el conductor único.

Un modo de realización de una central de gestión de un ensamble de módulos de este tipo comprende un sensor para medir la corriente que circula en el conductor único y medios para inyectar en el conductor único una corriente suficiente para los módulos de potencia cuando la corriente medida está por debajo de un umbral.

Se puede esperar también que el módulo presente una inteligencia mínima, en particular para controlar un dispositivo de seguridad que limita el riesgo de electrocución, sin tener que proveer medios de comunicación complejos.

Para satisfacer esta necesidad, se proporciona una unidad de control local de un panel fotovoltaico que comprende bornes primero y segundo conectados en serie mediante un conductor único con sus módulos homólogos; un primer borne del panel fotovoltaico, conectado al primer borne de conexión en serie, un interruptor conectado entre el segundo borne en serie y un segundo borne de conexión del panel; un diodo conectado entre los bornes primero y segundo conectados en serie, un convertidor provisto para suministrar el módulo del voltaje desarrollado por el panel entre los bornes de conexión primero y segundo del panel, un sensor para medir la corriente que circula en el conductor único, y los medios para cerrar el interruptor cuando la corriente que circula en el conductor individual supere un umbral.

Un modo de realización de una central de gestión de un ensamble de módulos de este tipo comprende medios para determinar una potencia de todos los módulos, y los medios para la inyección en el único conductor de una corriente por encima del umbral cuando se determina la puesta bajo voltaje, con lo cual se tiene como resultado el cierre de los interruptores de los módulos asociados con los paneles que proporcionan electricidad.

Deseamos por último poder localizar de forma sencilla la ubicación de un punto de corte del conductor de conexión en serie de de los paneles.

Para satisfacer esta necesidad, se proporciona un módulo de control local que comprende primero y segundo bornes del panel fotovoltaico conectados en serie con los homólogos de los módulos mediante un conductor único, un elemento de diodo que permite que el flujo de corriente entre los bornes primero y segundo de conexión en serie cuando el panel fotovoltaico no produce electricidad; un borne de conexión a tierra, y una fuente de corriente constante conectada entre el borne de conexión a tierra y el conductor único.

Un modo de realización de una central de gestión de un ensamble de módulos de este tipo incluye bornes de entrada primero y segundo, conectados a los extremos del conductor único, cada uno de los bornes de entrada están conectados a tierra, un sensor para medir la corriente que circula en el conductor único, y medios para, a partir de la corriente medida, localizar el módulo en cuyo nivel se encuentra el corte.

La unidad de control puede implementar un método que comprende las etapas de: detectar el corte por el hecho de que la corriente en el conductor se reduce a un único valor residual inferior o igual a la suma de las corrientes de las fuentes de corriente constante de los módulos, y se determina el rango en el que el módulo se corta dividiendo el valor residual del valor de la corriente por fuentes de corriente constante.

Breve Descripción de las Figuras Otras ventajas y características aparecerán más claramente a partir de la siguiente descripción de realizaciones particulares propuestas por medio de ejemplos no limitativos y que se ilustra con los dibujos anexos, en los que: La figura 1, que se ha descrito anteriormente, muestra un módulo de control de un sistema de panel de gestión local para una flota de paneles fotovoltaicos convencionales; La figura 2 muestra una realización del módulo de control local del panel que puede ser alimentado con energía eléctrica de manera independiente de la producción eléctrica del panel; Las figuras 3a y 3b muestran dos modos de funcionamiento del módulo de la figura 2 cuando el panel produce electricidad; Las figuras 4a y 4b muestran dos modos de funcionamiento del módulo de la figura 2, cuando el panel no produce electricidad; La figura 5 muestra una realización del sistema de localización del corte del conductor de conexión en serie de paneles y una central de gestión apropiada; La figura 6 muestra una forma de realización del módulo de control local del panel que incorpora de medios sencillos de comunicación, en particular para controlar un dispositivo de seguridad que limita el riesgo de electrocución; La figura 7 muestra una variante del módulo de la figura 2; La figura 8 muestra otra variante del módulo de la figura 7, y Las figuras 9a y 9b muestran dos modos de funcionamiento de la realización de la figura 8.

Descripción Detallada de la Invención La figura 2 muestra esquemáticamente una realización de la unidad 12 de control LCU local de un panel fotovoltaico, que no depende de la generación de electricidad de panel que se va a alimentar. El módulo se suministra desde la corriente en serie que circula en el conductor 13 de conexión en serie de los paneles.

El módulo, destinado a ser integrado en una caja de conexiones estándar, tiene los mismos bornes A1, A2, B1 y B2 que el módulo de la figura 1. La conexión del borne A1 del panel está conectada al borne B1 conectado en serie. El interruptor S en forma de un transistor MOS de canal N, por ejemplo, está conectado entre el borne A2 del panel y el borne B2 de conexión en serie. En lugar de encontrar un solo diodo entre los bornes B1 y B2, hay un apilamiento de diodos Dn formando un elemento de diodo cuya conducción de umbral es mayor que la de un diodo. Los cátodos del apilamiento de diodos Dn están al lado del borne B1. Un diodo DO está conectado con su cátodo al borne A1, y con su ánodo al borne A2. Este diodo DO tiene preferiblemente un umbral de conducción bajo, y por lo tanto puede ser un diodo Schottky.

La compuerta del transistor S está controlada por un circuito 14 que es alimentado entre el potencial proporcionado por un convertidor 16 y el borne A2. La voltaje de alimentación Vin del convertidor 16 se proporciona en los bornes del transistor S. Así, la voltaje V a través del transistor S es especialmente baja cuando el transistor S está cerrado. El transistor S se selecciona con una resistencia en el estado encendido (RDSON) suficientemente alta para que el voltaje en sus bornes, producido por la corriente que los atraviesa, pueda alimentar el convertidor 16. Vamos a ver más adelante que podemos alimentar el convertidor 16 en todos los modos de funcionamiento del módulo.

El convertidor 16 es preferiblemente un interruptor de refuerzo de voltaje. Existen en el mercado elevadores de voltaje que pueden producir en estado estacionario un voltaje de alimentación suficiente desde menos de 100 mV, tales como el circuito L6920 comercializado por STMicroelectronics. Este circuito, sin embargo, requiere un voltaje más alto para arrancar, la cual le será proporcionada como se discute a continuación.

Tal convertidor 16 generalmente está diseñado para operar con un voltaje máximo de entrada de varios voltios, mientras que el voltaje Vin puede llegar al voltaje Vp del panel. Preferiblemente, se prevé en la entrada del convertidor 16, un circuito de limitación de voltaje 17 a base de transistores y un diodo Zener para mantener la voltaje de entrada del convertidor en la medida requerida.

El circuito de control 14 incluye aquí, como un medio de comunicación con una central de gestión, un módem de línea eléctrica conectado a un transformador de corriente 18 insertado en el conductor de conexión en serie a nivel del borne B2. El módulo puede así, por ejemplo, transmitir a la central de gestión el valor del voltaje suministrado por el panel 12, medido por una resistencia puente 20, y recibir comandos de conmutación desde el transistor S.

Con el fin de mejorar la transmisión por la línea de corriente, se proporciona un capacitor C2 conectado a través del diodo Dn. Este capacitor proporciona una baja impedancia a la modulación de frecuencia del portador de corriente, y por lo tanto permite omitir la impedancia compleja introducida por los diversos elementos conectados entre los bornes B1 y B2.

Las figuras 3a y 3b muestran dos modos de funcionamiento del módulo de la figura 2 cuando el panel 12 genera electricidad. El transistor S está simbolizado por un interruptor y se supone que el circuito 14 (no mostrado aquí), controla continuamente el cierre del transistor S, lo que es equivalente, como se muestra, para controlar el transistor S por la salida del inversor 16. También se supone que los extremos de la línea de paneles están conectados al inversor que cierra el circuito de corriente.

En la figura 3a, nos encontramos en una posición para arrancar el parque en plena luz del día. El módulo estuvo sin alimentación, ya que la corriente en serie es cero. El transistor S está abierto. El voltaje Vp a través del panel 12 proporciona una corriente que puede pasar a través de los elementos de diodo Dn de los otros módulos (no mostrados), el inversor (no mostrado), y el convertidor 16. Esta corriente es: I = [Lp - (n-1) Vn] / (Zinv + Zsmps) y Vin = Zsmps -I donde Vn es el umbral de conducción de un diodo Dn, n el número de paneles, ZINV la impedancia del inversor y Zsmps la impedancia del convertidor 16. El inversor está diseñado para manejar alta potencia, su impedancia es baja, mientras que la impedancia del convertidor 16 es bastante alta. Así, el voltaje Vin a la entrada del convertidor se establece prácticamente como Vp - (n-1) Vn, que es suficiente para el arranque del convertidor. El transistor S es cerrado inmediatamente, y se encuentra en el modo de la figura 3b.

Por el contrario, si el inversor no está conectado a la línea, por ejemplo, si los paneles se instalan, la corriente no puede ser establecida y el transistor S permanece abierto. Esto elimina el riesgo de electrocución.

En la figura 3b el transistor S está cerrado. Este es el funcionamiento normal del parque. La corriente proviene del módulo anterior, pasa a través del transistor S y el panel 12, y llega al módulo siguiente. Así, el voltaje de entrada Vin del convertidor 16 llega a los bornes de un transistor S cerrado.

Como se indicó anteriormente, el estado de resistencia del transistor S se selecciona de modo que la caída de voltaje en sus bornes es suficiente para el convertidor 16, una vez que ha comenzado. Se espera que la caída de voltaje a través del transistor sea suficiente para el convertidor, pero no afecte significativamente la eficiencia de producción de energía. Una caída de voltaje de aproximadamente 100 mV sería un buen compromiso.

De hecho, en la modalidad de la figura 3b, el voltaje Vin está siendo regulado a un valor suficiente. De hecho, si este voltaje Vin es insuficiente, el convertidor 16 ya no puede controlar el transistor S, y comienza a conducir menos. Como resultado, el voltaje V entre sus bornes aumenta hasta que es nuevamente suficiente para el convertidor 16.

A partir de este modo de funcionamiento, es posible que se desee controlar la apertura del transistor S, por ejemplo, para desconectar el panel después de detectar una anomalía. Al abrir el transistor S, la corriente en serie comienza a fluir principalmente por el diodo Dn que ve una caída de voltaje inversa Vn igual al umbral de conducción VRi del elemento Dn. El voltaje de entrada del convertidor 16 es entonces Vin = Vp + Vn, que es el valor más alto entre los modos posibles de operación.

Las figuras 4a y 4b muestran dos modos de funcionamiento del módulo de la figura 2 cuando el panel 12 no produce electricidad.

La figura 4a ilustra un modo de funcionamiento que se alcanza después de aquel de la figura 3b. El panel 12 deja de producir electricidad, por ejemplo porque está en la sombra. El panel pasa de una operación como un generador a una operación de carga atravesado por la corriente serie. El voltaje en los bordes es invierte en el umbral de conducción VO del diodo DO, que a su vez se hace cargo de la circulación de la corriente serie.

Aquí se entiende que el umbral de conducción Vn del elemento Dn es preferiblemente mayor que VO, de modo que el paso de corriente serie a través preferentemente del diodo DO, y por lo tanto, el transistor S para alimentar al convertidor 16, en lugar de pasar por el elemento Dn, sin pasar a través del transistor S.

La línea produce menos energía debido a la falta de un panel, la corriente serie también disminuye. Por lo tanto, disminuye el voltaje V a través el transistor S. El convertidor 16 reacciona de nuevo disminuyendo la conductancia del transistor S hasta que el voltaje en sus bornes alimenta suficientemente el convertidor.

Si todos los paneles dejan de producir electricidad, por ejemplo a la llegada de la noche, la corriente serie se hace insuficiente para el convertidor 16. La impedancia del mismo se hace menor que la del transistor S, y la voltaje Vin caiga por debajo del umbral de funcionamiento del convertidor. El transistor S se abre, y la corriente serie continúa circulando por el convertidor 16 y el diodo DO.

Si desea continuar con la alimentación de los módulos a partir de ese momento, solo se requiere que la central de gestión inyecte una serie de corriente suficiente, tal y como se describe a continuación.

En la figura 4b, el transistor S se encuentra abierto en una situación en la que la corriente serie es suficiente para alimentar los módulos, pero donde el panel no produce electricidad. Esta situación se encuentra en el parque al inicio del día y el panel está en la sombra o es defectuoso. El módulo también puede haber recibido un comando para abrir el transistor S.

La corriente serie se divide entre el diodo DO, a través del convertidor 16 y el elemento de diodo Dn. El voltaje Vin es igual a Vn-VO. Así, el umbral Vn del elemento Dn se elige preferiblemente de manera que el voltaje Vn-VO sea mayor que un valor para el arranque del convertidor 16.

En una situación de puesta en marcha, el módulo no recibe un comando para abrir el transistor S. El convertidor cierra el transistor S cuando su voltaje de entrada Vin alcanza un valor suficiente para su comienzo. Uno está entonces en el modo de la figura 4a.

La figura 5 muestra esquemáticamente una serie de paneles solares conectados a un inversor 22 (INV) desde ambos extremos de la serie 13 del conductor. El inversor está precedido por un procesador central 24 (CCU), que aplica las funciones descritas anteriormente. En esta realización, la unidad de control incluye, en serie con el conductor 13, un interruptor general Sg de puesta en funcionamiento del parque, y una resistencia en serie R de medición de la corriente. Una fuente de alimentación auxiliar 26 está conectada a la corriente de inyección de serie en el conductor 13, en la misma dirección que la corriente nominal.

Un circuito de control 28 gestiona las funciones de la central CCU. Comanda en particular el interruptor Sg y la fuente de alimentación 26, y determina la corriente serie midiendo el voltaje a través de las resistencias R También incluye un módem de línea eléctrica que permite comunicarse con módems homólogos de los módulos LCU por un transformador de corriente 30 insertado en la línea 13.

El interruptor general Sg está abierto para realizar operaciones de mantenimiento. Su apertura anula la corriente serie, por lo tanto, los módulos de potencia que tienen abiertos sus transistores S, eliminan cualquier riesgo de electrocución.

El Interruptor general Sg está cerrado durante el funcionamiento normal. Cuando la iluminación en los paneles se debilita, la corriente en serie disminuye. El circuito de control 28 activa la fuente de alimentación auxiliar 26 para continuar alimentando los módulos LCU cuando la corriente serie alcanza un valor mínimo. La central CCU obtendrá su alimentación de una batería de recarga durante el día, o bien de la red eléctrica.

Los módulos LCU son así alimentados de día y de noche y se puede comunicar en cualquier momento con la red eléctrica central de la CCU.

Si el conductor único 13 se corta, como se muestra entre los módulos segundo y tercero de la parte inferior, la corriente serie se anula y los módulos ya no se alimentan. No obstante, deseamos saber la ubicación del corte del conductor. Dado que la corriente serie se desvanece simultáneamente para todos los módulos, la inteligencia integrada en un módulo no se puede utilizar para localizar la ruptura.

La figura 5 ilustra un modo de realización adicional del sistema de corte del conductor serie. Cada módulo 10 incluye una fuente de corriente constante 32 conectada entre el conductor 13 en serie, por ejemplo en el bornes B1 del módulo y un borne de tierra E del módulo. La función del borne de tierra E está normalizado. Se utiliza para conectar las partes metálicas del panel a tierra por un conductor 34 común a todos los paneles. Este conductor se conecta también a la entrada negativa de la central de gestión CCU y a la entrada negativa del inversor, si el fabricante ha proporcionado la puesta a tierra del inversor de esta manera. Algunos inversores están conectados a la tierra por su entrada positiva en este caso, se invierte la dirección de las fuentes de corriente 32.

Cada fuente 32 se proporciona para hacer circular una corriente constante de vigilancia Iw del borne de tierra E hacia el borne B1 del módulo. Y por lo tanto, circula una corriente Iw desde cada fuente 32, como se muestra en líneas punteadas, en el sentido de las manecillas del reloj siguiendo la corriente en serie en el conductor 13, a través de la central CCU, hasta la conexión del conductor a tierra 13. Aquí, las corrientes Iw vuelven a las fuentes respectivas 32 a través del conductor de tierra 34.

Cuando el conductor 13 se corta, por ejemplo, entre los módulos segundo y tercero de la parte inferior, las fuentes de corriente 32 de los módulos que se encuentra por debajo del punto de corte no puede hacer circular su corriente Iw. Por el contrario, las fuentes 32 de los módulos situados por encima del corte pueden, como se muestra, siempre hacer circular su corriente. La suma de las corrientes de vigilancia Iw que llegan a la central CCU es por lo tanto, representativa del rango del módulo en el cual está situado el corte.

Específicamente, durante un corte del conductor serie 13 la corriente en serie se anula. La central CCU lo detecta y activa la fuente de alimentación auxiliar 26. La corriente auxiliar, destinada a alimentar los módulos, tiene un valor nominal mayor que la suma de las corrientes de la vigilancia. Como en esta situación sólo el control de corriente puede fluir a través de la fuente auxiliar 26, imponen su valor, que es 3-IW en este ejemplo. El circuito de control 28 divide la corriente residual actual por el valor Iw de un control de corriente, y por lo tanto el rango, 3 partiendo desde arriba, del módulo al nivel donde se encuentra el corte. La corriente residual es a lo sumo igual a n-lw (donde n es el número de módulos), que corresponde al caso en que el corte tiene lugar entre el primer módulo y el inversor. Si la ruptura se produce entre el último módulo y el inversor, la corriente residual es cero.

Este sistema de localización de corte es independiente del tipo de módulo utilizado. Puede ser un módulo sin ninguna inteligencia. Las fuentes de corriente 32 son de preferencia del tipo bipolar, por lo que no necesita de alimentación eléctrica al nivel de módulo. Una fuente de corriente bipolar se alimenta del voltaje entre sus dos bornes, siempre y cuando sea suficiente.

Cuando todos los paneles son alimentados y no hay ruptura, los voltajes a través de las fuentes 32 están cerca del voltaje de entrada del inversor, algunos cerca del umbral Vn. Sin embargo, las fuentes 32 están polarizadas inversamente y por tanto son inactivas.

Cuando hay una ruptura, la fuente de alimentación auxiliar 26 invierte el voltaje de entrada del inversor, la fuente 32 es polarizada y luego se activa. La fuente 32 que tiene el menor voltaje en sus bornes es del primer módulo, que recibe un voltaje Va - (n-1) Vn, donde Va es la voltaje a través de la fuente de corriente auxiliar 26. El voltaje de alimentación de la fuente auxiliar 26 se elige preferiblemente de manera que la fuente 32 del primer módulo recibe un voltaje suficiente en sus bornes.

En las instalaciones básicas, podemos prescindir de ciertas funciones para reducir el costo, incluyendo las funciones de la comunicación por líneas de corriente. No obstante, se mantienen las características de seguridad, incluyendo la eliminación del riesgo de electrocución. Hemos visto que un módulo del tipo dado en la figura 2 proporciona, sin ninguna comunicación con la central, una apertura automática del transistor S cuando ya no es recorrido por una corriente. En otras palabras, tan pronto como la corriente serie se corta, sea por un interruptor general del inversor, o por extracción de un panel, los transistores de todos los módulos S desconectan los paneles del conductor serie, eliminando así el riesgo de electrocución.

Sin embargo, uno podría desear una característica de seguridad adicional, es decir, la reconexión de los paneles sólo por un comando explícito. Utilizando módulos del tipo mostrado en la figura 2, esta función se puede obtener utilizando un circuito de control local 14 que espera una orden específica para cerrar el transistor S. Esta orden iba a pasar a la línea de corriente central.

La figura 6 muestra una forma de realización del módulo de comando local para llevar a cabo esta función sin medios de comunicación complejos. En comparación con la figura 2, se sustituye por un elemento de diodo Dn por un diodo único D1, preferiblemente del tipo Schottky. El diodo de DO se ha eliminado. El convertidor utilizado para circuitos de alimentación del módulo, aquí designado con 16', toma su voltaje de entrada a través del panel 12, es decir a los bornes A1 y A2. En otras palabras, el módulo es alimentado por 12 si el panel produce electricidad. Como se quiere alimentar el módulo, incluso si el panel está poco iluminado, y produce un voltaje bajo, el convertidor 16 es preferentemente del tipo elevador. Por lo tanto, es preferible proporcionar un limitador de voltaje 17 a la entrada del convertidor para adaptar el voltaje de entrada cuando el panel produce su voltaje nominal.

El transistor S está controlado por un comparador 60 que compara el voltaje a través de una resistencia R2 a un voltaje de referencia Vref y cierra el transistor S cuando el voltaje a través del resistor R2 excede la voltaje de referencia Vref. Un amplificador de transconductancia 62 inyecta en la resistencia R2 una corriente indicativa de la corriente en serie en el conductor 13. El amplificador 62 mide un voltaje representativo de la corriente serie a los bornes de una resistencia R3 en el conductor 13 situado entre los bornes A1 y B1.

El amplificador 62 se alimenta a través de un diodo Zener Dz cuyo cátodo está conectado al borne B1 y su ánodo está conectado al borne A2 a través de una resistencia R4.

Con esta configuración, cuando el panel 12 genera energía, el convertidor 16' alimenta la circuitería del módulo. Sin embargo, el transistor S permanece abierto. Es el mismo para todos los componentes del sistema. Los paneles están desconectados del conductor serie 13, incluso si todo el sistema se activa.

Para iniciar la instalación, la unidad de control CCU (figura 5) inyecta una corriente en la serie auxiliar 13 del conductor. Esta corriente circula a través del diodo D1 y las resistencias R3 de los módulos. Esta corriente se elige suficiente para cambiar el comparador 60. Los transistores S se cierran conectando los paneles del conductor en serie. La corriente circula en cada módulo, por el transistor S, el panel 12, y la resistencia R3. La corriente a través de la resistencia R3 es incluso mayor que la corriente auxiliar, el cierre del transistor S se mantiene.

Una vez que un panel 12 no produce electricidad, el módulo correspondiente ya no se alimenta, y se abre su transistor S. La corriente serie luego pasa por el diodo D1. Tan pronto como el panel vuelve a activarse para producir electricidad, el módulo es alimentado. La corriente a través de la resistencia R3 es suficiente, el comparador 60 cierra inmediatamente el transistor R3.

Para producir una nueva desconexión de seguridad de los paneles, se abre el interruptor general Sg figura 5). Un posterior cierre de este interruptor pone a la instalación bajo voltaje, pero no causa el cierre de los transistores S - porque, se tiene que volver a inyectar una corriente en el conductor serie .

Una ventaja de esta realización, en comparación con la de la figura 2, es que las caídas voltaje parásito introducidas por el módulo pueden ser minimizadas. En efecto, el transistor S se puede elegir con una resistencia en estado tan bajo como se desee. El diodo D1, del tipo Schottky, tiene un umbral de conducción muy baja.

La figura 7 muestra una variante del módulo en la figura 2. En comparación en la figura 2, el módulo incluye un segundo convertidor 70 alimentado entre los bornes A1 y A2, desde el suministro del convertidor 16, en particular en el modo de funcionamiento de la figura 3b.

El modo de la figura 3b corresponde a un modo normal de un generador de electricidad del panel. Este modo se pretende sea tan largo como sea posible. También es un modo en el que se utilice la mayor cantidad de características del módulo. Por el contrario, también es un modo en el que el módulo 2 es el menos bien alimentado (a partir de la caída de voltaje en el transistor S cerrado). La deseada funcionalidad, implementada por el microconductor, puede consumir más energía de la que puede proporcionar al convertidor 16 de una voltaje del orden de aproximadamente 100 mV.

El convertidor suplementario 70 permite alimentar al módulo desde el panel, y luego reemplazar el convertidor 16 en los modos en que el panel genera electricidad. En los modos donde el panel no producen electricidad, es el convertidor 16 el que alimenta el módulo de la manera anteriormente descrita. El convertidor 70 es preferiblemente un reductor de voltaje.

La figura 8 muestra una variante del módulo de la figura 7. En comparación con la figura 7, los dos convertidores 16 y 70 se sustituyen por un solo convertidor 80, del tipo elevador. La entrada positiva del convertidor 80 se conecta al borne A1 por un diodo D2 y al borne B2 a través de un diodo D3. Estos diodos están conectados al convertidor 80 para proporcionar los más altos potenciales presentes a los bornes A1 y B2.

El diodo DO se sustituye por un diodo DO', cuyo cátodo está conectado al borne A1, pero el ánodo ya no está conectado a la borne A2. El ánodo del diodo DO' está conectado al borne negativo del convertidor 80. Un diodo D4 está conectado por su cátodo al borne A2 y por su ánodo al borne negativo del convertidor 80.

El convertidor 80 es del tipo elevador para trabajar con un voltaje máximo de entrada de varios voltios. Sin embargo, este voltaje de entrada puede, por los diodos D2 o D3, dependiendo del modo de. operación, llegar al voltaje del panel, que puede ser incompatible con el rango de funcionamiento del convertidor. Preferiblemente, como se muestra en la figura 2, se proporciona en la entrada de la voltaje del circuito limitador 17 que reduce el voltaje de entrada a un valor aceptable cuando el convertidor es alimentado por el panel.

Los diodos DO' y D2 a D4 son preferiblemente los diodos de bajo umbral de conducción, por ejemplo del tipo Schottky.

Esta variante, como se discute más adelante, permite que el convertidor 80 trabaje en mejores condiciones que en las figuras 2 y 7, en los modos en que el panel no produce electricidad .

La figura 9a muestra el módulo de la figura 8 en un modo en el panel 12 genera electricidad. Una parte de la corriente del panel pasa a través del diodo D2, el convertidor 80, el diodo D4, y regresa al panel. Cualquiera que sea el estado del transistor S, que no es atravesado por la corriente que alimenta el convertidor. Si está abierto, la corriente serie pasa a través del elemento de diodo Dn. Si está cerrado, la corriente pasa a través del transistor en serie y el panel.

El convertidor es así suministrado por un voltaje Vp = Vin - 2V0.

La figura 9b muestra el módulo de la figura 8 en un modo en el que el panel 12 no produce electricidad. Parte de la corriente serie pasa por el elemento de diodo Dn, que ve en sus bornes un voltaje inverso de umbral Vn. Este convertidor de voltaje Vn alimenta el convertidor 80: una segunda porción de la corriente en serie pasa a través del diodo D3, el convertidor 80, y el diodo DO'. El transistor S, si está abierto o cerrado, no afecta a la corriente alimentado al convertidor 80.

El convertidor así es alimentado por una voltaje Vin = Vn - 2V0. Dependiendo de la corriente consumida por los circuitos del módulo, se elige el voltaje de umbral Vn del elemento de diodo Dn para que el inversor pueda proporcionar la potencia requerida.

Un módulo del tipo mostrado en la figura 7 u 8 permanece excitado incluso si se desconecta desde el conductor 13 en serie, mientras su panel está iluminado. Por lo tanto, la apertura del transistor S no es automáticamente la desconexión del módulo. Si se desea limitar el riesgo de electrocución en los módulos de las figuras 7 y 8, se puede proporcionar el mismo mecanismo que en la figura 6.

De acuerdo con una alternativa que utiliza la comunicación por línea eléctrica, el módulo y la central 24 están configurados para poner en práctica un procedimiento de "perro guardián" o "Watch Dog". La central emite una señal periódica de verificación. En cada recepción de la señal de verificación, el módulo reinicializa un temporizador. Si la señal de prueba no se recibe, porque el módulo estaba desconectado del conductor serie 13, el contador expira y el módulo controla la apertura del transistor S. Una vez que el módulo recibe la señal de prueba una vez más, ordena el cierre del transistor S.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Módulo de comando local de un panel fotovoltaico que comprende: bornes primero y segundo (B1, B2) conectados en serie por un conductor único (13) con sus módulos homólogos; - un primer borne (A1) para la conexión del panel fotovoltaico, conectado al primer borne (B1) de conexión en serie; un interruptor (S) conectado entre el segundo borne (B2) en serie y un segundo borne (A2) para conectar el panel; un diodo (DO) conectado en serie entre los bornes primero y segundo (B1 , B2), y un convertidor (70) provisto para alimentar el módulo a partir del voltaje desarrollado por el panel entre los bornes primero y segundo (A1, A2) para conectar el panel; caracterizado porque comprende: - un sensor (R3) para medir la corriente que circula en el conductor único (13), y medios (60, 62) para cerrar el interruptor cuando la corriente que circula en el conductor individual supere un umbral.

2. Módulo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el interruptor (S) es abierto en ausencia de alimentación eléctrica, con lo que el interruptor se abre y permanece abierto cuando el panel solar suministra un voltaje insuficiente para alimentar el módulo .

3. Central de gestión de un ensamble de módulos de acuerdo con la reivindicación 1 conectada en serie por un conductor único (13), caracterizada porque comprende: - medios (28) para la determinación de una puesta bajo tensión de todos los módulos, y - medios (26) para inyectar en el único conductor una corriente superior al umbral, cuando se determina la puesta bajo voltaje, dando por resultado el cierre de los interruptores (S) de los módulos asociados con los paneles que proporcionan la electricidad.