ES1291144U

ES1291144U - SYSTEM FOR INSPECTING PHOTOVOLTAIC PLANT MODULES

Info

Publication number: ES1291144U
Application number: ES202230676U
Authority: ES
Inventors: Buenaposada Alvaro Martin; Fernandez Angel Moreton; Lopez Juan Jimenez; Rebollo Miguel Angel Gonzalez; Lopez Cristian Terrados
Original assignee: Universidad de Valladolid
Current assignee: Universidad de Valladolid
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2031-10-22
Also published as: ES1291144Y

Abstract

Sistema de inspección de módulos fotovoltaicos, donde el sistema está caracterizado por que comprende: - una fuente de alimentación (7) conectable a un módulo fotovoltaico mediante un circuito de alimentación, configurada para inyectar una corriente que lleva el módulo fotovoltaico (9) a un estado polarizado; - unos medios de control de corriente (6) de la fuente de alimentación (7), que comprenden: - un relé de estado sólido (21), conmutable entre un estado de conducción y un estado de corte; - un microcontrolador (20) configurado para recibir órdenes de conmutación desde un ordenador remoto y enviar las órdenes de conmutación recibidas al relé de estado sólido; - un convertidor elevador de corriente continua (22), conectado a una salida del relé de estado sólido, configurado para, cuando el relé conmuta a estado de conducción, elevar una tensión de entrada hasta al menos una tensión umbra; y - un interruptor electrónico de alta potencia (23), dispuesto a la salida del convertidor elevador, configurado para conmutar entre un estado de conducción que cierra el circuito de alimentación cuando recibe una tensión de puerta igual o superior a la tensión umbral y un estado de corte que abre el circuito de alimentación cuando recibe una tensión de puerta inferior a la tensión umbral; y - unos medios de medida de electroluminiscencia, configurados para detectar una variación de electroluminiscencia (8) emitida por el módulo fotovoltaico, como resultado del estado polarizado causado por la corriente inyectada por la fuente de alimentación cuando los medios de control de corriente cierran el circuito de alimentación, mediante el interruptor electrónico de alta potencia; y determinar un estado de funcionamiento del módulo fotovoltaico basado en la variación de electroluminiscencia obtenida.Photovoltaic module inspection system, where the system is characterized in that it comprises: - a power supply (7) connectable to a photovoltaic module by means of a power circuit, configured to inject a current that brings the photovoltaic module (9) to a polarized state; - current control means (6) of the power supply (7), comprising: - a solid-state relay (21), switchable between a conduction state and a cut-off state; - a microcontroller (20) configured to receive switching commands from a remote computer and send the received switching commands to the solid state relay; - a DC boost converter (22), connected to an output of the solid-state relay, configured so that, when the relay switches to the conduction state, it raises an input voltage to at least one threshold voltage; and - a high-power electronic switch (23), arranged at the output of the boost converter, configured to switch between a conduction state that closes the supply circuit when it receives a gate voltage equal to or greater than the threshold voltage and a state cutoff that opens the power supply circuit when it receives a gate voltage lower than the threshold voltage; and - electroluminescence measurement means, configured to detect a variation of electroluminescence (8) emitted by the photovoltaic module, as a result of the polarized state caused by the current injected by the power supply when the current control means close the circuit power, through the high power electronic switch; and determining an operating state of the photovoltaic module based on the electroluminescence variation obtained.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

SISTEMA PARA INSPECCIONAR MÓDULOS DE PLANTAS FOTOVOLTAICASSYSTEM FOR INSPECTING PHOTOVOLTAIC PLANT MODULES

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

La presente invención se refiere al campo técnico de las energías renovables y más concretamente a la inspección y control de calidad de módulos fotovoltaicos durante su funcionamiento, como parte de una planta fotovoltaica, mediante medidas de electroluminiscencia.The present invention refers to the technical field of renewable energies and more specifically to the inspection and quality control of photovoltaic modules during their operation, as part of a photovoltaic plant, by means of electroluminescence measurements.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Actualmente, la inspección de módulos fotovoltaicos se basa en conocidas técnicas de electroluminiscencia. La electroluminiscencia es una técnica de inspección que permite obtener imágenes de gran calidad acerca del estado de un panel fotovoltaico. Permite visualizar cada defecto o fallo de construcción, de cada una de las células solares que componen el módulo fotovoltaico, permitiendo valorar de forma objetiva el rendimiento que dicho panel ofrecerá estando en servicio. Para ello, contrario al efecto fotoeléctrico por el cual un fotón incide sobre una célula solar y como consecuencia el panel suministra corriente eléctrica, si a un panel fotovoltaico se le inyecta corriente eléctrica, proporcionada por una fuente de alimentación, el panel emite luz en longitudes de onda capaces de ser captadas mediante una cámara adaptada para este fin.Currently, the inspection of photovoltaic modules is based on well-known electroluminescence techniques. Electroluminescence is an inspection technique that allows obtaining high-quality images of the state of a photovoltaic panel. It allows to visualize each defect or construction fault, of each of the solar cells that make up the photovoltaic module, allowing to objectively assess the performance that said panel will offer while in service. To do this, contrary to the photoelectric effect by which a photon hits a solar cell and as a consequence the panel supplies electric current, if electric current is injected into a photovoltaic panel, provided by a power supply, the panel emits light in lengths waves capable of being captured by a camera adapted for this purpose.

Para emplear esta técnica, a menudo es necesario desconectar el panel de la red eléctrica para poder aplicar una tensión eléctrica mediante una fuente de alimentación. La desconexión del panel supone un problema de seguridad y una pérdida productiva, dado que, aunque la caracterización de un único panel no requiere mucho tiempo, en las plantas fotovoltaicas los paneles están conectados en grandes series.To use this technique, it is often necessary to disconnect the panel from the electrical network in order to apply an electrical voltage through a power supply. The disconnection of the panel represents a safety problem and a loss of production, since, although the characterization of a single panel does not require much time, in photovoltaic plants the panels are connected in large series.

Por otro lado, la mayoría de soluciones enfocadas a este tipo de inspección no son capaces de operar durante el día, ya que los continuos cambios ambientales y el propio sol cambian segundo a segundo y como consecuencia las imágenes que se toman son erróneas.On the other hand, most solutions focused on this type of inspection are not capable of operating during the day, since the continuous environmental changes and the sun itself change second by second and as a consequence the images that are taken are erroneous.

Algunas soluciones del estado del arte, como la divulgada en la solicitud de patente española ES2802473 A1, resuelven la problemática anterior proponiendo un dispositivo de inspección de paneles fotovoltaicos capaz de operar durante el funcionamiento del panel. Sin embargo, la propia configuración de esta solución la hace muy vulnerable a tensiones elevadas, por lo que solo se concibe para medir dos células fotovoltaicas conectadas en serie. En la práctica, esto resulta tremendamente ineficaz para ser utilizado en la inspección de grandes plantas fotovoltaicas, donde las tensiones que se alcanzan pueden rondar los 1500 V y 10 A.Some state-of-the-art solutions, such as the one disclosed in the Spanish patent application ES2802473 A1, resolve the above problem by proposing a device for inspection of photovoltaic panels capable of operating during the operation of the panel. However, the very configuration of this solution makes it very vulnerable to high voltages, so it is only designed to measure two photovoltaic cells connected in series. In practice, this is extremely inefficient to be used in the inspection of large photovoltaic plants, where the voltages reached can be around 1500 V and 10 A.

Por tanto, el estado del arte continua echando en falta una solución técnica que permita la inspección de células fotovoltaicas en el entorno de grandes plantas fotovoltaicas, evitando la desconexión de módulos y paradas habitualmente requeridas en el estado del arte y los problemas logísticos, de eficiencia y seguridad que de ello se deriva.Therefore, the state of the art continues to lack a technical solution that allows the inspection of photovoltaic cells in the environment of large photovoltaic plants, avoiding the disconnection of modules and stops usually required in the state of the art and the logistical, efficiency problems and security that comes from it.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe, en un primer aspecto un sistema de inspección de módulos fotovoltaicos, donde el sistema comprende:In order to achieve the objectives and avoid the drawbacks mentioned above, the present invention describes, in a first aspect, a photovoltaic module inspection system, where the system comprises:

- una fuente de alimentación conectable a un módulo fotovoltaico mediante un circuito de alimentación, configurada para inyectar una corriente que lleva el módulo fotovoltaico a un estado polarizado;- a power supply connectable to a photovoltaic module by means of a power circuit, configured to inject a current that brings the photovoltaic module to a polarized state;

- unos medios de control de corriente de la fuente de alimentación, que comprenden:- power supply current control means, comprising:

- un relé de estado sólido, conmutable entre un estado de conducción y un estado de corte;- a solid state relay, switchable between a conduction state and a cut state;

- un microcontrolador configurado para recibir órdenes de conmutación desde un ordenador remoto y enviar las órdenes de conmutación recibidas al relé de estado sólido;- a microcontroller configured to receive switching commands from a remote computer and send the received switching commands to the solid state relay;

- un convertidor elevador de corriente continua, conectado a una salida del relé de estado sólido, configurado para, cuando el relé conmuta a estado de conducción, elevar una tensión de entrada hasta al menos una tensión umbral; y - un interruptor electrónico de alta tensión, dispuesto a la salida del convertidor elevador, configurado para conmutar entre un estado de conducción que cierra el circuito de alimentación cuando recibe una tensión de puerta igual o superior a la tensión umbral y un estado de corte que abre el circuito de alimentación cuando recibe una tensión de puerta inferior a la tensión umbral; y - a DC boost converter, connected to an output of the solid-state relay, configured to, when the relay switches to the conduction state, raise an input voltage to at least a threshold voltage; and - a high-voltage electronic switch, arranged at the output of the boost converter, configured to switch between a conduction state that closes the supply circuit when it receives a gate voltage equal to or greater than the threshold voltage and a cut-off state that opens the power supply circuit when receiving a gate voltage lower than the threshold voltage; Y

- unos medios de medida de electroluminiscencia, configurados para detectar una variación de electroluminiscencia emitida por el módulo fotovoltaico, como resultado del estado polarizado causado por la corriente inyectada por la fuente de alimentación cuando los medios de control de corriente cierran el circuito de alimentación, mediante el interruptor electrónico de alta tensión; y determinar un estado de funcionamiento del módulo fotovoltaico basado en la variación de electroluminiscencia obtenida.- electroluminescence measurement means, configured to detect a variation in electroluminescence emitted by the photovoltaic module, as a result of the polarized state caused by the current injected by the power supply when the current control means close the power circuit, by means of the high voltage electronic switch; and determining an operating state of the photovoltaic module based on the electroluminescence variation obtained.

El interruptor electrónico de alta potencia de los medios de control de corriente se contempla que sea un transistor IGBT capaz de abrir y cerrar circuitos con tensiones de hasta 1700 V. Así, ventajosamente, la presente invención permite conectar y controlar series de módulos de plantas fotovoltaicas de nueva construcción, donde los módulos se presentan conectados en series de hasta 1500 V y 10 A.The high-power electronic switch of the current control means is contemplated to be an IGBT transistor capable of opening and closing circuits with voltages of up to 1700 V. Thus, advantageously, the present invention allows the connection and control of series of photovoltaic plant modules of new construction, where the modules are presented connected in series of up to 1500 V and 10 A.

Adicionalmente, de acuerdo a una de las realizaciones de la presente invención, los medios de control de corriente además comprenden un circuito amortiguado Snubber (24) que comprende un conjunto serie de condensador y resistencia conectado en paralelo con el interruptor electrónico de alta potencia.Additionally, according to one of the embodiments of the present invention, the current control means further comprise a damped Snubber circuit (24) comprising a series set of capacitor and resistor connected in parallel with the high power electronic switch.

En una de las realizaciones de la invención, los medios de medida de electroluminiscencia comprenden un filtro, una cámara y un ordenador con software de procesado de imágenes de electroluminiscencia. Específicamente, en una de las realizaciones, la cámara es una cámara InGaAs sensible al infrarrojo cercano.In one of the embodiments of the invention, the electroluminescence measurement means comprise a filter, a camera and a computer with electroluminescence image processing software. Specifically, in one of the embodiments, the camera is a near-infrared sensitive InGaAs camera.

Una de las realizaciones de la presente invención contempla que los medios de control de corriente incorporen un módulo de comunicaciones inalámbricas de bajo consumo, como por ejemplo ZIGBEE, interconectado con el microcontrolador, donde el módulo de comunicaciones inalámbricas está configurado para recibir órdenes desde un ordenador remoto y transmitir dichas órdenes al microcontrolador. Así, ventajosamente, la presente invención es capaz de transmitir datos a grandes distancias, aproximadamente 3000 metros, con unas velocidades de transmisión suficientes para el buen funcionamiento del sistema. Dadas las grandes superficies que tienen las plantas solares, el uso de estos módulos de comunicaciones inalámbricos hace que las medidas sean mucho más cómodas y eficientes. One of the embodiments of the present invention contemplates that the current control means incorporate a low consumption wireless communications module, such as ZIGBEE, interconnected with the microcontroller, where the wireless communications module is configured to receive orders from a computer remote and transmit said commands to the microcontroller. Thus, advantageously, the present invention is capable of transmitting data over long distances, approximately 3000 meters, with transmission speeds sufficient for the proper functioning of the system. Given the large surfaces that solar plants have, the use of these wireless communication modules makes the measurements much more comfortable and efficient.

Opcionalmente, en una de las realizaciones de la presente invención, se contempla una batería solar conectable al microcontrolador y al convertidor para proporcionar alimentación a 5V.Optionally, in one of the embodiments of the present invention, a solar battery connectable to the microcontroller and to the converter to provide 5V power is contemplated.

En una de las realizaciones de la invención, se contempla una carcasa envolvente, que aloja los medios de control de corriente de la fuente de alimentación, donde la carcasa envolvente dispone de al menos una rejilla de ventilación y un pasamuros USB para la alimentación. En una de las realizaciones, se contemplan además dos ventiladores de refrigeración dispuestos en paralelo y orientados hacia el transistor IGBT. Adicionalmente, en los medios de control de corriente se contempla un radiador sobredimensionado para compensar el aumento de temperatura que causa la potencia disipada por el interruptor electrónico de alta potencia en el estado de conducción.In one of the embodiments of the invention, an enclosing casing is contemplated, which houses the current control means of the power supply, where the enclosing casing has at least one ventilation grille and a USB feedthrough for power. In one of the embodiments, two cooling fans arranged in parallel and oriented towards the IGBT transistor are also contemplated. Additionally, an oversized radiator is contemplated in the current control means to compensate for the increase in temperature caused by the power dissipated by the high-power electronic switch in the conduction state.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método de inspección de módulos fotovoltaicos, que comprende los siguientes pasos:A second aspect of the invention refers to a photovoltaic module inspection method, which comprises the following steps:

- conectar una fuente de alimentación a un módulo fotovoltaico mediante un circuito de alimentación;- connecting a power supply to a photovoltaic module via a power circuit;

- disponer unos medios de control de corriente en el circuito de alimentación, que comprenden un interruptor electrónico de alta potencia, conmutable entre un estado de conducción que cierra el circuito de alimentación y un estado de corte que abre el circuito de alimentación;- arranging current control means in the power supply circuit, comprising a high-power electronic switch, switchable between a conduction state that closes the power supply circuit and a cut-off state that opens the power circuit;

- enviar, por un microcontrolador de los medios de control de corriente, una orden de conmutación a estado de conducción a un relé de estado sólido;- sending, by means of a microcontroller of the current control means, a switching order to the conduction state to a solid state relay;

- con el relé en estado de conducción, proporcionar, por un convertidor elevador de corriente continua, una tensión en la entrada de un interruptor electrónico superior a una tensión umbral establecida que conmuta el interruptor electrónico al estado de conducción que cierra el circuito de alimentación;- with the relay in the conduction state, provide, by means of a direct current booster converter, a voltage at the input of an electronic switch greater than a set threshold voltage that switches the electronic switch to the conduction state that closes the supply circuit;

- con el circuito de alimentación cerrado, inyectar, por la fuente de alimentación, una corriente que polariza el módulo fotovoltaico;- with the power supply circuit closed, inject, through the power supply, a current that polarizes the photovoltaic module;

- detectar, por unos medios de medida de electroluminiscencia, una variación de electroluminiscencia emitida por el módulo fotovoltaico polarizado como resultado de la corriente inyectada; y- detecting, by electroluminescence measurement means, a variation in electroluminescence emitted by the polarized photovoltaic module as a result of the injected current; Y

- determinar un estado de funcionamiento del módulo fotovoltaico basado en la variación de electroluminiscencia obtenida. - determining an operating state of the photovoltaic module based on the electroluminescence variation obtained.

Adicionalmente, en una realización donde la fuente de alimentación es una fuente regulable, se contempla el paso de ajustar, por unos medios de control de la fuente de alimentación, la corriente a inyectar para polarizar el módulo fotovoltaico, basado en un porcentaje de la tensión nominal del módulo fotovoltaico a inspeccionar. Algunas realizaciones de la invención contemplan alimentaciones en un rango entre 15% y 20% por encima de la tensión nominal de los módulos fotovoltaicos a inspeccionar.Additionally, in an embodiment where the power supply is an adjustable source, the step of adjusting, by control means of the power supply, the current to be injected to polarize the photovoltaic module, based on a percentage of the voltage, is contemplated. nominal value of the photovoltaic module to be inspected. Some embodiments of the invention contemplate power supplies in a range between 15% and 20% above the nominal voltage of the photovoltaic modules to be inspected.

De acuerdo a una de las realizaciones de la invención, detectar una variación de electroluminiscencia comprende restar dos imágenes obtenidas en dos estados diferentes del módulo fotovoltaico, un estado corresponde al módulo polarizado y otro estado corresponde al módulo en circuito abierto sin polarizar.According to one of the embodiments of the invention, detecting an electroluminescence variation comprises subtracting two images obtained in two different states of the photovoltaic module, one state corresponds to the polarized module and another state corresponds to the unpolarized open-circuit module.

Se contempla, en una de las realizaciones de la invención, comenzar el procedimiento de inspección de módulos fotovoltaicos desde un ordenador remoto. Desde dicho ordenador se envía una orden de inicio de inspección del módulo fotovoltaico al microcontrolador de los medios de control de corriente, a través de un módulo de comunicaciones inalámbricas, por ejemplo ZIGBEE, interconectado eléctricamente con el microcontrolador.It is contemplated, in one of the embodiments of the invention, to start the photovoltaic module inspection procedure from a remote computer. From said computer, an inspection start order for the photovoltaic module is sent to the microcontroller of the current control means, through a wireless communications module, for example ZIGBEE, electrically interconnected with the microcontroller.

En una realización específica de la invención, proporcionar al interruptor electrónico una tensión que cierra el circuito de alimentación, comprende elevar en el convertidor de corriente continua una tensión de alimentación de 5V a una tensión de puerta del interruptor electrónico de alta potencia de 17V, donde el interruptor es un transistor IGBT.In a specific embodiment of the invention, providing the electronic switch with a voltage that closes the supply circuit comprises raising a supply voltage of 5V in the DC converter to a gate voltage of the high-power electronic switch of 17V, where the switch is an IGBT transistor.

Opcionalmente, en una realización de la invención se contempla alimentar el microcontrolador de los medios de control de corriente y el convertidor elevador de corriente continua mediante una batería externa conectable por USB.Optionally, in one embodiment of the invention, it is contemplated to power the microcontroller of the current control means and the DC boost converter by means of an external battery that can be connected via USB.

Ventajosamente, el control de polarización (mediante el control de la inyección de corriente) de módulos fotovoltaicos de la presente invención permite no solo hacer medidas de electroluminiscencia diurna, sino adaptarse al tamaño actual de las plantas fotovoltaicas para poder realizar estas medidas de forma mucho más rápida y efectiva, siendo más productivos y eficientes y por lo tanto pudiendo medir más módulos fotovoltaicos en menos tiempo, consiguiendo así, que el elevado coste de los equipos necesario para hacer estas medidas empiece a ser rentable para el sector fotovoltaico.Advantageously, the polarization control (by controlling the current injection) of the photovoltaic modules of the present invention allows not only to make measurements of daytime electroluminescence, but also to adapt to the current size of the photovoltaic plants in order to be able to carry out these measurements in a much more efficient way. quickly and effectively, being more productive and efficient and therefore being able to measure more photovoltaic modules in less time, thus achieving that the high cost of the equipment necessary to carry out these measurements begins to be profitable for the photovoltaic sector.

La medición a través de electroluminiscencia de la presente invención permite detectar posibles errores de fabricación o daños producidos durante el transporte o el montaje de los paneles de manera muy rápida y sin implicar ninguna operación adicional de desconexión de elementos que suponen riesgos para el personal y una pérdida productiva.The electroluminescence measurement of the present invention allows possible manufacturing errors or damage caused during transport or assembly of the panels to be detected very quickly and without involving any additional operation to disconnect elements that pose risks to personnel and a productive loss.

Además, durante toda la vida útil de los paneles fotovoltaicos, el método y sistema de la presente invención permite una monitorización mucho más frecuente de su funcionamiento en comparación con las inspecciones realizadas por los métodos tradicionales que requieren una manipulación física de los mismos, conectando equipos adicionales y/o desconectando los paneles fotovoltaicos, lo que hace que dichas inspecciones estén mucho más espaciadas en el tiempo y, por tanto, las posibilidades de detectar un fallo temprano se ven reducidas.In addition, throughout the useful life of the photovoltaic panels, the method and system of the present invention allow much more frequent monitoring of their operation compared to inspections carried out by traditional methods that require physical manipulation of the same, connecting equipment additional and/or disconnecting the photovoltaic panels, which means that these inspections are much more spaced in time and, therefore, the chances of detecting an early failure are reduced.

La fabricación de módulos se encuentra en auge para el sector de las energías renovables y, asociado a este proceso productivo, se requieren métodos e instrumentos de medida que permitan realizar una caracterización del estado interno de los paneles, tanto en el proceso de fabricación para corroborar su correcto diseño, como en la etapa de llegada a planta, como en la etapa de funcionamiento y vida útil. Por lo tanto, la presente invención, da solución eficaz a todas estas etapas facilitando las medidas de electroluminiscencia descritas bajo cualquier condición ambiental, tanto diurna como nocturna, y en cualquier latitud del planeta.The manufacture of modules is booming for the renewable energy sector and, associated with this production process, measurement methods and instruments are required that allow a characterization of the internal state of the panels, both in the manufacturing process to corroborate its correct design, as in the stage of arrival at the plant, as in the stage of operation and useful life. Therefore, the present invention provides an effective solution to all these stages, facilitating the electroluminescence measurements described under any environmental condition, both day and night, and at any latitude on the planet.

Otro de los objetivos de la presente invención es la mejora tanto del sistema de inspección de módulos fotovoltaicos de electroluminiscencia diurna, como de los sistemas de electroluminiscencia nocturna ya existentes, que traen consigo unos riesgos laborales y sobrecostes innecesarios. Además, la inspección de módulos mediante medidas de electroluminiscencia trata de verificar las especificaciones de calidad que los fabricantes dan de sus diferentes módulos fotovoltaicos de silicio tanto nuevos como durante sus años de vida útil.Another of the objectives of the present invention is to improve both the daytime electroluminescence photovoltaic module inspection system and the already existing nighttime electroluminescence systems, which bring with them occupational risks and unnecessary cost overruns. In addition, the inspection of modules by means of electroluminescence measurements tries to verify the quality specifications that manufacturers give of their different silicon photovoltaic modules, both new and during their useful life.

La inspección de los paneles mediante el sistema y método de la presente invención permite Que sea realizada por una sola persona en lugar de las tres personas que son necesarias en la actualidad, reduciendo así la exposición del grupo de trabajo a un posible contagio por COVID19 debido a la multitud de manipulaciones y ajustes que requiere el equipo de medida.The inspection of the panels by means of the system and method of the present invention allows That it be carried out by a single person instead of the three people that are currently necessary, thus reducing the exposure of the work group to a possible contagion by COVID19 due to the multitude of manipulations and adjustments that the measurement equipment requires.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:To complete the description of the invention and in order to help a better understanding of its characteristics, according to a preferred embodiment of the same, a set of drawings is attached where, by way of illustration and not limitation, represented the following figures:

- La figura 1 representa esquemáticamente los elementos de una realización preferente de la presente invención- Figure 1 schematically represents the elements of a preferred embodiment of the present invention

- La figura 2 representa, en diagrama de bloques, detalle del dispositivo interruptor de la presente invención.- Figure 2 represents, in block diagram, a detail of the switch device of the present invention.

- La figura 3 añade, sobre el diagrama de bloques detallado del dispositivo interruptor representado en la figura 2, la fuente de alimentación de corriente continua y la conexión con el módulo fotovoltaico del panel solar a inspeccionar.- Figure 3 adds, on the detailed block diagram of the switch device represented in figure 2, the direct current power supply and the connection with the photovoltaic module of the solar panel to be inspected.

Las referencias usadas en las figuras se enumeran a continuación:The references used in the figures are listed below:

1- Luz solar1- Sunlight

2- Corriente inyectada2- Injected current

3- Filtro3- Filter

4- Cámara4- Camera

5- Ordenador5- Computer

6- Dispositivo interruptor6- Switch device

7- Fuente de alimentación regulable7- Adjustable power supply

8- Imagen de electroluminiscencia8- Electroluminescence image

9- Módulo fotovoltaico9- Photovoltaic module

20- Microcontrolador20- Microcontroller

21- Relé estado sólido21- Solid state relay

22- Convertidor CC/CC 22- DC/DC converter

23- Transistor IGBT23- IGBT Transistor

24- Circuito amortiguado Snubber 24- Damped Snubber Circuit

25- Condensador (del circuito 24)25- Condenser (from circuit 24)

26- Resistencia (del circuito 24)26- Resistance (from circuit 24)

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención divulga un método y un sistema para inspeccionar módulos de plantas fotovoltaicas aprovechando el desarrollo de un dispositivo interruptor remoto que controla la corriente a suministrar a un panel fotovoltaico y, por consiguiente, su polarización. De esta manera, dicho panel adopta dos estados diferentes, necesarios para una medida de electroluminiscencia, en periodos de tiempo muy pequeños para evitar cambios ambientales y obtener una imagen de electroluminiscencia fiable. Adicionalmente a este control de la corriente, se proporciona una cámara sensible al infrarrojo cercano para captar la luz emitida por el panel, una fuente de alimentación para suministrar la corriente necesaria y un software de tratamiento de imágenes.The present invention discloses a method and a system for inspecting photovoltaic plant modules taking advantage of the development of a remote switch device that controls the current to be supplied to a photovoltaic panel and, consequently, its polarization. In this way, said panel adopts two different states, necessary for an electroluminescence measurement, in very short periods of time to avoid environmental changes and obtain a reliable electroluminescence image. In addition to this current control, a near-infrared sensitive camera is provided to capture the light emitted by the panel, a power supply to supply the necessary current, and image processing software.

La figura 1 representa esquemáticamente los elementos de una realización preferente de la presente invención. En primer lugar, se observa la luz solar 1 incidiendo sobre un módulo fotovoltaico 9, lo que representa condiciones de medida diurnas. A través de una fuente de alimentación de corriente continua 7, se inyecta una corriente 2 al módulo 9 para la polarización del mismo (cambia el estado del panel entre polarizado y circuito abierto). El módulo 9 al ser polarizado, emite una luz a una determinada longitud de onda, que es filtrada 3 y capturada por una cámara 4 de InGaAs. Figure 1 schematically represents the elements of a preferred embodiment of the present invention. In the first place, sunlight 1 is observed falling on a photovoltaic module 9 , which represents daytime measurement conditions. Through a direct current power supply 7 , a current 2 is injected into the module 9 for its polarization (the state of the panel changes between polarized and open circuit). When the module 9 is polarized, it emits light at a certain wavelength, which is filtered 3 and captured by an InGaAs camera 4 .

La fuente de alimentación 7 es una fuente regulable, bien mediante su propio control independiente o mediante una conexión con el ordenador remoto, que se ajusta en función de los paneles a inspeccionar (habitualmente en un rango entre 15%-20% por encima de la tensión nominal de los paneles), ya que es la encargada de polarizar los módulos fotovoltaicos, pero no es capaz de realizar las conmutaciones tan rápidamente como se necesita, debido a los enormes transitorios que se producen en ella. Por tanto, se recurre a un dispositivo capaz de cambiar el estado del panel de manera rápida y evitando este fenómeno. Así, un objetivo de la presente invención es el de controlar la corriente suministrada a los módulos fotovoltaicos mediante el dispositivo interruptor 6 para realizar posteriormente medidas de electroluminiscencia. Estos dos estados a los que se debe someter al panel son:The power supply 7 is an adjustable source, either through its own independent control or through a connection with the remote computer, which is adjusted according to the panels to be inspected (usually in a range between 15%-20% above the nominal voltage of the panels), since it is in charge of polarizing the photovoltaic modules, but it is not capable of carrying out the commutations as quickly as needed, due to the enormous transients that occur in it. Therefore, a device capable of changing the status of the panel quickly and avoiding this phenomenon is used. Thus, an objective of the present invention is to control the current supplied to the photovoltaic modules by means of the switching device 6 to perform then electroluminescence measurements. These two states to which the panel must be submitted are:

- cerrar el circuito de alimentación para polarizar el panel y por lo tanto emita luz infrarroja; y - abrir el circuito de alimentación para que al panel le deje de llegar corriente.- close the power circuit to polarize the panel and therefore emit infrared light; and - open the power circuit so that the panel stops receiving current.

Para el control de la corriente que se inyecta al módulo 9 se utiliza el dispositivo interruptor de alta tensión 6 (también referido en este documento como dispositivo interruptor, interruptor remoto o conmutador externo). El dispositivo interruptor 6 se comunica con el ordenador 5 donde está instalado el software de tratamiento de imagen que realiza las medidas de electroluminiscencia (EL). Esta comunicación inalámbrica entre el ordenador y el dispositivo interruptor se realiza, en esta realización preferente, a través de unos microcontroladores tipo ZIGBEE, capaces de transmitir datos a gran distancia (aproximadamente 3000 metros), que dadas las grandes superficies que tienen las plantas solares, resultan especialmente apropiadas para una obtención cómoda y eficiente de las medidas. El software o programa informático ejecutable desde el ordenador 5, enviará una señal a un microcontrolador del dispositivo interruptor 6 para comenzar el proceso de medida de electroluminiscencia, a través de los microcontroladores tipo ZIGBEE descritos, para que el microcontrolador del dispositivo interruptor 6 se encargue de alimentar un relé de estado sólido (SSR) a una tensión de 5V. Controlando la alimentación de este relé se tendrá control del resto del circuito.For the control of the current that is injected into the module 9 , the high voltage switch device 6 (also referred to in this document as a switch device, remote switch or external switch) is used. The switch device 6 communicates with the computer 5 where the image processing software that performs the electroluminescence (EL) measurements is installed. This wireless communication between the computer and the switch device is carried out, in this preferred embodiment, through ZIGBEE-type microcontrollers, capable of transmitting data over long distances (approximately 3000 meters), which given the large surfaces that solar plants have, They are especially suitable for comfortable and efficient measurement. The software or computer program executable from the computer 5 will send a signal to a microcontroller of the switch device 6 to start the electroluminescence measurement process, through the ZIGBEE type microcontrollers described, so that the microcontroller of the switch device 6 is in charge of power a solid state relay (SSR) at a voltage of 5V. Controlling the supply of this relay will control the rest of the circuit.

Posteriormente, se realiza un tratamiento de las imágenes en el ordenador 5 para obtener a la salida una imagen de electroluminiscencia 8 como resultado de restar las imágenes obtenidas en dos estados. Un estado corresponde al módulo polarizado emitiendo luz y otro estado con el modulo en circuito abierto. Estas dos restas de imágenes corresponden a un ciclo, por lo tanto, cuantos más ciclos se configuren, mejor es la imagen que se va a obtener, aunque llegado un número máximo, la imagen empieza a empeorar. Por otro lado, para la toma de una buena imagen de electroluminiscencia, la cámara utilizada requiere ciertos ajustes de enfoque y ángulo de apertura, de tal manera que en función de la distancia a la que esté colocado el módulo a examinar, el ángulo de apertura del objetivo debe estar más o menos abierto. Cuanto más lejos esté el objeto, menor ángulo de apertura debe tener y por lo tanto menor luz entrará. Subsequently, a processing of the images is carried out in the computer 5 to obtain an electroluminescence image 8 at the output as a result of subtracting the images obtained in two states. One state corresponds to the polarized module emitting light and another state with the module in open circuit. These two subtractions of images correspond to a cycle, therefore, the more cycles that are configured, the better the image that is going to be obtained, although once a maximum number is reached, the image begins to deteriorate. On the other hand, to take a good electroluminescence image, the camera used requires certain focus and opening angle adjustments, so that depending on the distance at which the module to be examined is placed, the opening angle of the lens should be more or less open. The further away the object is, the smaller the opening angle it must have and therefore the less light will enter.

En la figura 2 se representa, en diagrama de bloques, detalle del dispositivo interruptor 6. El microcontrolador 20 del dispositivo interruptor 6, conectado eléctricamente con el relé de estado sólido 21, se alimenta a 5V. Como el relé de estado sólido 21 no es capaz de abrir y cerrar circuitos de tensiones elevadas como las que se dan en un conjunto de paneles solares conectados en serie, la presente invención hace uso de un interruptor electrónico de alta tensión, por ejemplo un IGBT 23. Con este interruptor IGBT 23 pueden abrirse y cerrarse circuitos con tensiones del orden de los 1700 V, similares a las que se alcanzan en los conjuntos de paneles solares conectados en serie de las plantas solares modernas (puede haber conjuntos de hasta 32 placas solares). El funcionamiento de este interruptor electrónico 23 es similar al del relé de estado sólido 20, es decir, alimentando dos de sus contactos se cierra el circuito al que está conectado (que en este caso particular son las placas solares y la fuente de alimentación). La tensión necesaria que se necesita en la puerta del interruptor electrónico IGBT 23 para que abra y cierre el circuito son, en esta realización preferente, del orden de 15 V. Esta tensión es ligeramente superior a la que se tiene en el microcontrolador 20, por lo que se dispone un convertidor CC/CC 22 que eleva la tensión de 5V a la necesaria en la puerta, 15 V. La alimentación de 5V que necesita tanto el microcontrolador 20 como el convertidor CC/CC 22 se puede proporcionar desde una batería solar externa de gran capacidad (por ejemplo 28600 mAh) o conectándolos directamente al ordenador 5 mediante sendas conexiones USB. Adicionalmente, para mejorar el rendimiento del circuito de conmutación, se ha colocado en paralelo con el interruptor electrónico IGBT 23 un circuito Snubber 24, con un conjunto de condensador 25 y resistencia 26 capaz de suprimir los posibles picos de voltaje y amortiguar las oscilaciones transitorias que se producen debidas a la conmutación. Figure 2 shows, in a block diagram, a detail of the switch device 6 . The microcontroller 20 of the switching device 6, electrically connected to the solid state relay 21, is supplied with 5V. As the solid state relay 21 is not capable of opening and closing high voltage circuits such as those that occur in a set of solar panels connected in series, the present invention makes use of a high voltage electronic switch, for example an IGBT 23 . With this IGBT 23 switch, circuits can be opened and closed with voltages in the order of 1700 V, similar to those reached in sets of solar panels connected in series in modern solar plants (there can be sets of up to 32 solar panels). The operation of this electronic switch 23 is similar to that of the solid state relay 20 , that is, by supplying power to two of its contacts, the circuit to which it is connected is closed (which in this particular case are the solar panels and the power supply). The necessary voltage needed at the gate of the IGBT electronic switch 23 to open and close the circuit is, in this preferred embodiment, of the order of 15 V. This voltage is slightly higher than that found in the microcontroller 20 , for what is provided is a DC/DC converter 22 that raises the voltage from 5V to that required at the gate, 15 V. The 5V power supply needed by both the microcontroller 20 and the DC/DC converter 22 can be provided from a solar battery external high-capacity (for example 28600 mAh) or connecting them directly to the computer 5 through USB connections. Additionally, to improve the performance of the switching circuit, a Snubber 24 circuit has been placed in parallel with the IGBT 23 electronic switch, with a set of capacitor 25 and resistor 26 capable of suppressing possible voltage spikes and damping transient oscillations that occur due to switching.

En la figura 3 se añade, sobre el diagrama de bloques detallado del dispositivo interruptor 6 representado en la figura 2, la fuente de alimentación de corriente continua 7 y la conexión con el módulo fotovoltaico 9 del panel solar a inspeccionar.In figure 3 , on the detailed block diagram of the switch device 6 represented in figure 2, the direct current power supply 7 and the connection with the photovoltaic module 9 of the solar panel to be inspected are added.

A continuación, se describe con mayor detalle cada uno de los elementos del dispositivo interruptor 6 de una de las realizaciones preferentes. Entre estos elementos se encuentran: placa microcontroladora programable (20), placa modular, dispositivos de comunicación inalámbrica (no representados), relé de estado sólido SSR (21), caja o envolvente (no representada), ventiladores (no representados), IGBT (23), radiador del IGBT (no representado), convertidor CC/CC (22), circuito amortiguador snubber (24) y batería de alimentación solar (no representada).Next, each of the elements of the switch device 6 of one of the preferred embodiments is described in greater detail. These elements include: programmable microcontroller board ( 20 ), modular board, wireless communication devices (not shown), SSR solid state relay ( 21 ), case or enclosure (not shown), fans (not shown), IGBTs ( 23 ), IGBT radiator (not shown), DC/DC converter ( 22 ), snubber buffer circuit ( 24 ), and solar power battery (not shown).

Placa microcontroladora programable (20)Programmable microcontroller board (20)

La plataforma utilizada en una de las realizaciones preferentes para programar el dispositivo de la presente invención es una placa microcontrolador de código abierto desarrollado por Arduino. Dentro de esta marca existe una gran variedad de modelos, de los que en este ejemplo se ha escogido Arduino Uno. La alimentación de esta placa microcontroladora se realiza a través de USB, bus de comunicaciones que proporciona la tensión de 5 V necesaria para su funcionamiento. Este modelo en concreto consta de 14 pines de entrada/salida digital, de los cuales 6 se pueden utilizar como salidas PWM. EN esta realización concreta solo se hace necesario usar de un par de pines (el 13 y GND, pero podría ser cualquier otro realmente) porque lo único que se necesita es mandar una señal desde el ordenador al Arduino para que éste active o no dicho pin. Asociado a este par de pines se conecta el relé de estado sólido (SSR) que más adelante se detallará y al cual le llega una tensión entre sus bornes de control de 5V para que abra o cierre el circuito en función de lo que corresponda en cada momento.The platform used in one of the preferred embodiments to program the device of the present invention is an open source microcontroller board developed by Arduino. Within this brand there is a wide variety of models, of which Arduino Uno has been chosen in this example. The power supply of this microcontroller board is carried out through USB, a communications bus that provides the 5 V voltage necessary for its operation. . This particular model has 14 digital input/output pins, of which 6 can be used as PWM outputs. In this specific embodiment, it is only necessary to use a pair of pins (13 and GND, but it could be any other really) because all that is needed is to send a signal from the computer to the Arduino so that it activates said pin or not. . Associated with this pair of pins, the solid state relay (SSR) is connected, which will be detailed later, and which receives a voltage between its 5V control terminals so that it opens or closes the circuit depending on what corresponds to each moment.

Placa modularmodular plate

Un shield en Arduino es una placa que se apila sobre otra o sobre el propio Arduino como se hará en este caso y sirve para dar funcionalidad extra. En este caso se utiliza para montar sobre ella el dispositivo de comunicación inalámbrica y así poder interconectarla con el ordenador remoto donde está el software para realizar las medidas de electroluminiscencia.An Arduino shield is a plate that is stacked on top of another or on the Arduino itself as it will be done in this case and serves to provide extra functionality. In this case, it is used to mount the wireless communication device on it and thus be able to interconnect it with the remote computer where the software is to carry out the electroluminescence measurements.

Dispositivos de comunicación inalámbricawireless communication devices

El módulo utilizado para la comunicación utiliza el protocolo Zigbee y está fabricado por Digi. Estos microcontroladores permiten realizar interconexiones entre dispositivos y para poder enlazarlos se necesita un software que proporciona el fabricante, llamado XCTU. Con este software libre se configurarán los dos módulos que se comunicarán para enviar y recibir las señales desde el programa de electroluminiscencia. Uno de ellos, el que se conecta al ordenador, se configura como coordinador, y es el que enviará datos al otro (dispositivo final). Los dispositivos de comunicación inalámbrica utilizados tienen amplio rango de distancia para la comunicación, llegando incluso a los 3.200 metros en línea vista o 90 metros en interiores. The module used for communication uses the Zigbee protocol and is manufactured by Digi. These microcontrollers allow interconnections between devices and to be able to link them, a software provided by the manufacturer, called XCTU, is needed. With this free software, the two modules that will communicate to send and receive the signals from the electroluminescence program will be configured. One of them, the one that connects to the computer, is configured as a coordinator, and it is the one that will send data to the other (end device). The wireless communication devices used have a wide distance range for communication, even reaching 3,200 meters in line of sight or 90 meters indoors.

Relé de estado sólido (21)Solid State Relay (21)

Es un dispositivo electrónico de conmutación que realiza la conexión o desconexión de una carga o circuito al que esté asociado cuando circula por sus terminales de control una corriente eléctrica determinada. Es similar al funcionamiento que tiene un relé electromecánico convencional, pero con la ventaja de no tener partes móviles, lo que permite poder alcanzar frecuencias de conmutación mucho más elevadas que con un relé electromecánico donde sus contactos sí que lo son. Otra de las ventajas de estos dispositivos es que, con una pequeña corriente de control, se pueden llegar a controlar grandes potencias. La utilidad que tiene este componente dentro de la presente invención es la de abrir y/o cerrar el circuito cuando el microcontrolador lo indique, por lo tanto, como se ha indicado anteriormente, se conectarán mediante dos cables los pines del Arduino a los bornes de control del relé.It is an electronic switching device that connects or disconnects a load or circuit to which it is associated when a certain electrical current flows through its control terminals. It is similar to the operation of a conventional electromechanical relay, but with the advantage of not having moving parts, which allows it to reach much higher switching frequencies than with an electromechanical relay where its contacts are. Another advantage of these devices is that, with a small control current, large powers can be controlled. The utility of this component within the present invention is to open and/or close the circuit when the microcontroller indicates it, therefore, as indicated above, the Arduino pins will be connected to the terminals of the Arduino using two cables. relay check.

Caja o envolventeBox or envelope

Se utiliza una caja de plástico para reducir el peso y evitar cualquier tipo de derivación que pudiera producirse y por lo tanto aumentar la seguridad. Sobre la caja se disponen dos agujeros para la colocación de rejillas de ventilación por las que circula el flujo de aire impulsado por los ventiladores y reducir así, lo máximo posible, las temperaturas en su interior. Se dispone también, en uno de los tetones que tiene la propia caja, un pasamuros USB para la alimentación del dispositivo, o a través de la batería. Para la colocación de los diferentes componentes dentro de la caja, se dispone sobre la base de ésta, una placa de metacrilato atornillada para una mejor sujeción.A plastic box is used to reduce weight and avoid any type of bypass that could occur and therefore increase safety. On the box there are two holes for the placement of ventilation grids through which the air flow driven by the fans circulates and thus reduce, as much as possible, the temperatures inside. There is also, in one of the lugs that the box itself has, a USB bushing for powering the device, or through the battery. For the placement of the different components inside the box, a screwed methacrylate plate is placed on its base for a better fastening.

Ventiladoresfans

En esta realización preferente, para mejorar el flujo de aire por el interior del dispositivo y por lo tanto la refrigeración, se disponen dos ventiladores de 12 V en un lado de la caja y en paralelo. Se les proporciona una tensión ligeramente superior, del orden de los 17 - 18V. La razón por la que se alimenta a una tensión superior viene de la necesidad de alimentar otro dispositivo que a continuación se explicará y que necesita estos niveles para su correcto funcionamiento. El aumento de tensión desde los 5V que se tenía en el prototipo de partida y que son proporcionados por el Arduino, a los 15 V que se va a tener en esta parte del circuito se tendrá gracias al uso de un convertidor elevador CC/CC (22). In this preferred embodiment, to improve airflow inside the device and therefore cooling, two 12V fans are arranged on one side of the box and in parallel. They are provided with a slightly higher voltage, in the order of 17 - 18V. The reason why it is powered at a higher voltage comes from the need to power another device that will be explained below and that needs these levels for its correct operation. The increase in voltage from the 5V that was in the starting prototype and that is provided by the Arduino, to the 15V that is going to be in this part of the circuit will be obtained thanks to the use of a DC/DC boost converter ( 22 ).

IGBT (23)IGBTs (23)

Como el relé de estado sólido (21) anteriormente citado no es capaz de conmutar circuitos de alta tensión (1500 VDC) y como uno de los objetivos de la presente invención es precisamente el de trabajar con tensiones mucho más altas para poder realizar medidas de electroluminiscencia a un número elevado de paneles fotovoltaicos, se ha hecho uso de un transistor capaz de soportar estos niveles. Para ello, el transistor de potencia utilizado es un transistor IGBT (23), elemento principal en la presente invención, ya que va a ser el encargado de conmutar el circuito de alta potencia conectado entre sus terminales. Este dispositivo es la combinación de un transistor MOSFET y un BJT. Los transistores MOSFET tienen tiempos de conmutación muy cortos lo que les permite trabajar a altas frecuencias, superiores a 100 kHz en algunos casos, en cambio, los transistores BJT manejan altos niveles de potencia, pero a frecuencias de conmutación más bajas, inferiores a 10 kHz. Es, por tanto, el IGBT una combinación de altas frecuencias de conmutación propias del MOSFET con altos niveles de potencia del BJT. Al igual que el MOSFET, el IGBT dispone de una puerta aislada, por lo que el control únicamente se realiza mediante tensión, sin necesidad de corriente por la puerta. Por lo tanto, para abrir y cerrar el circuito se necesita dar un valor de tensión positivo en la puerta y negativo en el emisor, que según el fabricante del IGBT utilizado en pruebas experimentales es, como máximo, de ± 20 V, y siempre superior a la tensión umbral para que permita el paso de corriente eléctrica de colector a emisor, en caso contario el IGBT se comportaría como un circuito abierto. De acuerdo a las hojas de características del fabricante para el mismo IGBT, la tensión mínima que hay que aplicar a la puerta (tensión umbral) para que deje circular corriente, es aproximadamente 4,5 V.As the aforementioned solid state relay ( 21 ) is not capable of switching high voltage circuits (1500 VDC) and as one of the objectives of the present invention is precisely to work with much higher voltages in order to carry out electroluminescence measurements In a large number of photovoltaic panels, a transistor capable of withstanding these levels has been used. For this, the power transistor used is an IGBT transistor ( 23 ), the main element in the present invention, since it will be in charge of switching the high power circuit connected between its terminals. This device is the combination of a MOSFET transistor and a BJT. MOSFET transistors have very short switching times, which allows them to work at high frequencies, higher than 100 kHz in some cases, while BJT transistors handle high power levels, but at lower switching frequencies, below 10 kHz. . Therefore, the IGBT is a combination of high switching frequencies typical of the MOSFET with high power levels of the BJT. Like the MOSFET, the IGBT has an isolated gate, so the control is only carried out by means of voltage, without the need for current through the gate. Therefore, to open and close the circuit it is necessary to give a positive voltage value at the gate and negative at the emitter, which according to the manufacturer of the IGBT used in experimental tests is, at most, ± 20 V, and always higher to the threshold voltage to allow the passage of electrical current from collector to emitter, otherwise the IGBT would behave as an open circuit. According to the manufacturer's data sheets for the same IGBT, the minimum voltage that must be applied to the gate (threshold voltage) to allow current to flow is approximately 4.5 V.

Cuando se aplica una tensión a la puerta VGE, el IGBT permite el paso de corriente eléctrica IC de colector a emisor y entre la puerta y el emisor no circulará corriente excepto en las conmutaciones. Este fenómeno se debe a que en un transistor MOSFET entre la puerta y la fuente hay una pequeña capacidad, por lo tanto, como el IGBT está formado por este tipo de transistores, también tendrá esa pequeña capacidad entre la puerta y el emisor y es éste condensador el que se tiene que cargar y descargar para que el IGBT trabaje en conmutación. Cuando este condensador esté cargado, no circulará ninguna corriente por la puerta, únicamente circulará corriente por la puerta mientras se está cargando o descargando, y este proceso dura muy poco tiempo. Por lo descrito anteriormente, cuando el IGBT se alimenta con VGE y deja de circular corriente IC de colector a emisor, esta capacidad entre puerta y emisor se carga y forma un circuito cerrado por sus terminales, por lo tanto, cuando se deja de alimentar la puerta, como el condensador está cargado, en lugar de abrir e interrumpir el paso de corriente, el circuito permanece cerrado y mantiene el IGBT en conducción. Sin embargo, este problema se solventa conectando una resistencia de pulldown entre la puerta y el emisor, que permite la descarga del condensador a través de ella, para que una vez esté cargado y se quiera realizar la conmutación, este condensador no lo impida y se pueda cambiar el estado a corte.When a voltage is applied to the VGE gate, the IGBT allows the passage of electric current IC from collector to emitter and between the gate and the emitter no current will flow except in the commutations. This phenomenon is due to the fact that in a MOSFET transistor between the gate and the source there is a small capacity, therefore, as the IGBT is formed by this type of transistors, it will also have that small capacity between the gate and the emitter and it is this capacitor which has to be charged and discharged for the IGBT to work in switching. When this capacitor is charged, no current will flow through the gate, only current will flow through the gate while it is charging or discharging, and this process takes a very short time. As described above, when the IGBT is powered with VGE and IC current stops circulating from collector to emitter, this capacity between gate and emitter is charged and forms a closed circuit at its terminals, therefore, when the gate is no longer powered, as the capacitor is charged, instead of opening and interrupting the flow of current, the circuit remains closed and keeps the IGBT on. However, this problem is solved by connecting a pulldown resistor between the gate and the emitter, which allows the discharge of the capacitor through it, so that once it is charged and the commutation is wanted, this capacitor does not prevent it and can change status to court.

Como se indica en la siguiente descripción del dimensionado del radiador, cuanto mayor sea la tensión de alimentación que se aplica a la puerta, menor será la caída de tensión cuando se encuentre en saturación (conducción) para una misma intensidad, que, según el fabricante, será siempre < 4V. El valor de tensión VGE que se aplica por tanto es de 15 V y se obtiene una caída de tensión de colector a emisor, de nuevo según las gráficas del fabricante, de 3,1 V, para una intensidad de 10 A.As indicated in the following description of the dimensioning of the radiator, the higher the supply voltage applied to the gate, the lower the voltage drop when it is in saturation (conduction) for the same intensity, which, according to the manufacturer , it will always be < 4V. The voltage value VGE that is therefore applied is 15 V and a voltage drop from collector to emitter is obtained, again according to the manufacturer's graphs, of 3.1 V, for a current of 10 A.

RadiadorRadiator

Las pérdidas energéticas ocasionadas en el interior de un semiconductor se convierten en importantes aumentos de temperatura. Cualquier semiconductor tiene unas temperaturas máximas y mínimas para su correcto funcionamiento, si estas temperaturas son sobrepasadas, el material semiconductor puede dañarse y por lo tanto la fiabilidad se ve afectada. Es por esto por lo que la presente invención, concebida para trabajar con tensiones elevadas y con el fin de evitar un exceso de temperatura, contempla el dimensionamiento de un radiador que permita limitar temperaturas máximas que se pueden alcanzar en función de la potencia que va a disipar el IGBT cuando esté conduciendo. La potencia que se debe disipar en el radiador viene expresada en la Ecuación 1:The energy losses caused inside a semiconductor are converted into significant increases in temperature. Any semiconductor has maximum and minimum temperatures for its correct operation, if these temperatures are exceeded, the semiconductor material can be damaged and therefore reliability is affected. This is why the present invention, conceived to work with high voltages and in order to avoid excess temperature, contemplates the dimensioning of a radiator that allows limiting maximum temperatures that can be reached depending on the power that is going to be used. dissipate the IGBT when driving. The power that must be dissipated in the radiator is expressed in Equation 1:

PD= VCE x /CPD= ECV x /C

donde:where:

: Potencia disipada en el semiconductor, en vatios (W): Power dissipated in the semiconductor, in watts (W)

VCE: Diferencia de tensión entre los terminales colector y emisor, en voltios (V) VCE: Voltage difference between collector and emitter terminals, in volts (V)

: Corriente eléctrica que circula del terminal colector al emisor, en amperios (A): Electric current that circulates from the collector terminal to the emitter, in amperes (A)

Para ello, en primer lugar, se debe conocer la intensidad que va a circular a través del IGBT de colector a emisor, Ic. Esta intensidad va a ser la que circule por cada panel y por lo tanto por cada string (Conjunto de módulos conectados en serie/ La intensidad que circula por cada panel en condiciones estándar de medida será la que proporcione el fabricante para sus módulos fotovoltaicos. Como cada tipo de panel tendrá unas intensidades diferentes dependiendo de diferentes parámetros, como por ejemplo la tecnología del semiconductor (monocristalino, policristalino, amorfo...), disposición de las obleas, etcétera, se elige una intensidad sobredimensionada, de tal forma que el cálculo quede, por seguridad, más desfavorable. Además, se observa que la gran mayoría de los paneles fotovoltaicos del mercado actual no superan este valor. La intensidad elegida por tanto es de 10 A, Ic = 10 A.To do this, first of all, the intensity that is going to circulate through the IGBT from collector to emitter, Ic, must be known. This intensity will be the one that circulates through each panel and therefore for each string (Set of modules connected in series/ The intensity that circulates through each panel under standard measurement conditions will be the one provided by the manufacturer for its photovoltaic modules. As each type of panel will have different intensities depending on different parameters, such as For example, semiconductor technology (monocrystalline, polycrystalline, amorphous...), wafer layout, etc., an oversized intensity is chosen, so that the calculation is, for safety reasons, more unfavourable. Most photovoltaic panels on the market today do not exceed this value, so the intensity chosen is 10 A, Ic = 10 A.

El otro término que se debe definir es la caída de tensión entre los terminales colector y emisor, para ello, se debe recurrir a la hoja de características proporcionada por el fabricante para el IGBT y definir antes tanto la temperatura máxima de funcionamiento como la tensión de control aplicada en la puerta del semiconductor. Según la hoja de características, la temperatura máxima en funcionamiento de la unión es de 175°C., para sobredimensionar el cálculo y aumentar la seguridad, se ha multiplicado esta temperatura por un factor k = 0.8, de tal manera que la temperatura máxima que pueda soportar se va a limitar y reducir como se muestra en la Ecuación 2:The other term that must be defined is the voltage drop between the collector and emitter terminals. To do this, it is necessary to resort to the data sheet provided by the manufacturer for the IGBT and first define both the maximum operating temperature and the supply voltage. control applied on the gate of the semiconductor. According to the data sheet, the maximum operating temperature of the joint is 175°C. To oversize the calculation and increase safety, this temperature has been multiplied by a factor k = 0.8, in such a way that the maximum temperature that can support will be limited and reduced as shown in Equation 2:

Tj = Tj máx x k Tj = Tj max x k

donde:where:

Tj: temperatura máxima de la unión del semiconductor, en grados centígrados (°C). Tj: maximum temperature of the semiconductor junction, in degrees centigrade (°C).

k: factor de seguridad, adimensional. k: safety factor, dimensionless.

Queda, por tanto:It remains, therefore:

TJ = TJ máx x k = 175 x 0,8 = 144 °C. TJ = TJ max x k = 175 x 0.8 = 144 °C.

De acuerdo a las curvas características del IGBT, para una temperatura de 150°C, ligeramente superior a la anteriormente calculada, según la tensión de alimentación, VGE y la corriente que circula por el interior del semiconductor, IC, se tiene una caída de tensión diferente entre colector y emisor VCE. Cuanta más tensión se proporcione a la puerta, para una misma intensidad, la caída de tensión que se tiene VCE es inferior, por lo tanto, se ha decidido alimentar la puerta del IGBT a una tensión de 15 V. According to the characteristic curves of the IGBT, for a temperature of 150°C, slightly higher than the one previously calculated, depending on the supply voltage, VGE , and the current that circulates inside the semiconductor, IC, there is a voltage drop different between collector and emitter VCE. The more voltage is provided to the gate, for the same current, the VCE voltage drop is lower, therefore, it has been decided to supply the IGBT gate with a voltage of 15 V.

En estas condiciones, la caída de tensión que se va a tener es aproximadamente VCE = 3,1V.Under these conditions, the voltage drop that will occur is approximately VCE = 3.1V.

Ya se tienen todos los términos de la Ecuación 1, por lo tanto, la potencia disipada es:We already have all the terms of Equation 1, therefore, the power dissipated is:

PD = VCE x ¡c = 3,1 x 10 = 31 W PD = VCE x ¡c = 3.1 x 10 = 31 W

Finalmente, la relación entre la potencia disipada en el semiconductor y la temperatura máxima en la unión viene dada por la Ecuación 3:Finally, the relationship between the power dissipated in the semiconductor and the maximum temperature in the junction is given by Equation 3:

PD = (Tj - Ta) / (Rth-ja) PD = ( Tj - Ta) / ( Rth-ja)

donde:where:

PD: potencia disipada en el semiconductor, en vatios (W). PD: power dissipated in the semiconductor, in watts (W).

Ta: temperatura ambiente, en grados centígrados (°C). Ta: ambient temperature, in degrees centigrade (°C).

Rth-ja: resistencia térmica entre la unión del semiconductor y el ambiente, en °C/ W. Rth-ja: thermal resistance between the semiconductor junction and the environment, in °C/W.

La resistencia térmica entre la unión del semiconductor y el ambiente se puede descomponer en varias resistencias conectadas en serie, de acuerdo a la Ecuación 4:The thermal resistance between the semiconductor junction and the environment can be broken down into several resistors connected in series, according to Equation 4:

Rth-ja = Rj-c + Rc-s + Rs-a Rth-ja = Rj-c + Rc-s + Rs-a

donde:where:

Rj-c: resistencia térmica entre la unión y el encapsulado del dispositivo semiconductor, en °C/W. Rj-c: thermal resistance between the junction and the package of the semiconductor device, in °C/W.

Rc-s: resistencia térmica entre el encapsulado y el radiador o disipador, en °C/W. Rc-s: thermal resistance between the encapsulation and the radiator or heatsink, in °C/W.

Rs-a: resistencia térmica entre el radiador y el ambiente, en °C/W. Rs-a: thermal resistance between the radiator and the environment, in °C/W.

Sustituyendo en la Ecuación 3 la resistencia térmica total por la suma individual de uniónencapsulado, encapsulado-radiador y radiador-ambiente y despejando la diferencia de temperaturas entre la unión y el ambiente se obtiene la Ecuación 5:Substituting in Equation 3 the total thermal resistance by the individual sum of the encapsulated junction, encapsulated-radiator and radiator-ambient and clearing the temperature difference between the junction and the ambient, Equation 5 is obtained:

PD = (Tj - Ta) / (Rj-c + Rc-s + Rs-a) PD = ( Tj - Ta) / ( Rj-c + Rc-s + Rs-a)

Las resistencias térmicas tanto de la unión con el encapsulado como del encapsulado con el radiador las proporciona el fabricante en la hoja de características, en este caso concreto los valores son 0.22 °C/W y 0.05 °C/W respectivamente. The thermal resistances of both the junction with the encapsulation and the encapsulation with the radiator are provided by the manufacturer in the data sheet, in this specific case the values are 0.22 °C/W and 0.05 °C/W respectively.

Finalmente, el único valor que no se tiene y resulta necesario para dimensionar el radiador a instalar que cumpla con las exigencias descritas por el fabricante, y por lo tanto asegurar un buen funcionamiento térmico, es la resistencia térmica entre el radiador y el ambiente, Rs-a. Finally, the only value that is not available and is necessary to size the radiator to be installed that meets the requirements described by the manufacturer, and therefore ensure good thermal performance, is the thermal resistance between the radiator and the environment, Rs -a.

Desarrollando la Ecuación 5 se tiene:Developing Equation 5 we have:

T] - TA > PD ■ (R]C + RCS + RSA) T] - TA > PD ■ ( R]C + RCS + RSA)

sustituyendo los datos y tomando una temperatura ambiente desfavorable de 40°C:Substituting the data and taking an unfavorable ambient temperature of 40°C:

144°C - 40°C > 31W ■ (0,220CW + 0,050CW + RSA) 144°C - 40°C > 31W ■ (0.22 0CW + 0.05 0CW + RSA)

se obtiene una valor de resistencia térmica del radiador de RSA < 3.08 °C/W. Por motivos económicos y para un mejor sobredimensionamiento, el radiador a instalar para el semiconductor IGBT se selecciona con una resistencia térmica de 2,5°C/W, inferior y por lo tanto ventajoso, del necesario teóricamente para esta realización concreta.a value of thermal resistance of the radiator of RSA < 3.08 °C/W is obtained. For economic reasons and for better oversizing, the radiator to be installed for the IGBT semiconductor is selected with a thermal resistance of 2.5°C/W, lower, and therefore advantageous, than is theoretically necessary for this specific embodiment.

Convertidor (22)Converter (22)

La parte de control del dispositivo interruptor 6 es la que menor tensión va a tener y está formada por el microcontrolador 20, el relé de estado sólido 21 y el convertidor CC-CC 22 que aquí se detalla. La alimentación puede realizarse mediante batería o mediante conexión directa a un ordenador, ambas a través de puerto USB; este tipo de puertos funcionan con una tensión de 5V, inferior a la que se necesita en los terminales de control del interruptor IGBT, por lo tanto, para llegar a estos niveles de tensión y poder controlar el componente principal del dispositivo interruptor 6, se tiene que hacer uso de un convertidor CC-CC 22. Los convertidores CC-CC son unos dispositivos que convierten una fuente de continua en otra fuente de continua de diferente nivel de tensión, por lo tanto, a efectos podría considerarse como un transformador en corriente alterna ya que se utilizan para subir o bajar el voltaje. Existen diferentes tipologías de convertidores CC-CC según eleven o reduzcan la tensión con respecto a la de su entrada, por ejemplo, existen reductores, elevadores, reductor-elevador. En este diseño particular se hace uso de un convertidor elevador, o también conocido como “step up” o “Boost’, que se encargará de elevar la tensión desde los 5V que proporciona la salida del microcontrolador 20 hasta los 15 V que se precisan en los terminales de control del IGBT 23. El convertidor CC/CC 22 utilizado permite una tensión de entrada y de salida de, respectivamente: Vⁱⁿe {3,5 - 12} V y V^oute {1.2 - 24 } V. The control part of the switch device 6 is the one with the lowest voltage and is made up of the microcontroller 20 , the solid-state relay 21 and the DC-DC converter 22 detailed here. Power can be supplied by battery or by direct connection to a computer, both via USB port; These types of ports work with a voltage of 5V, lower than what is needed in the control terminals of the IGBT switch, therefore, to reach these voltage levels and be able to control the main component of the switch device 6 , we have to make use of a DC-DC converter 22 . DC-DC converters are devices that convert a DC source into another DC source of a different voltage level, therefore, for purposes it could be considered as an alternating current transformer since they are used to raise or lower the voltage. There are different types of DC-DC converters depending on whether they raise or reduce the voltage with respect to its input, for example, there are reducers, boosters, reducer-boost. In this particular design, a boost converter is used, or also known as "step up" or "Boost", which will be responsible for raising the voltage from the 5V provided by the output of the microcontroller 20 to the 15V required in the control terminals of the IGBT 23 . The DC/DC converter 22 used allows an input and output voltage of, respectively: V ⁱⁿ e {3.5 - 12} V and V ^out e {1.2 - 24 } V.

Circuito snubber (24)Snubber circuit (24)

Una red "snubber” es un conjunto de componentes pasivos y/o activos que se incorporan en un circuito de electrónica de potencia para la protección de los dispositivos de conmutación. El objetivo principal de este tipo de circuitos es el de absorber la energía de los elementos reactivos del circuito durante los procesos de conmutación, controlando parámetros como la amortiguación de las oscilaciones transitorias, control en los cambios de tensión o intensidad y la protección contra sobretensiones, de esta manera se incrementa la fiabilidad de los semiconductores al reducirse la degradación que sufren debido a los aumentos de potencia disipada y de la temperatura de la unión del semiconductor. El correcto diseño y dimensionamiento de este circuito mejoran el rendimiento de los transistores, la eficiencia y reducen las interferencias EMI. También posibilitan el funcionamiento en frecuencias de conmutación mayores y reducen la disipación de potencia. Existen varias configuraciones para los circuitos "snubber”, por ejemplo, un circuito RCD (resistencia, condensador, diodo), o RC (resistencia, condensador), entre otros. En una realización de la invención, los valores de capacidad y resistencia para el circuito RC se sobredimensionan para mayor seguridad. A modo de ejemplo, estos valores asignados para el conjunto de condensador (25) y resistencia (26) en paralelo con el IGBT son Csnubber = 1 y.F y Rsnubber = 150 ü. A "snubber" network is a set of passive and/or active components that are incorporated into a power electronics circuit for the protection of the switching devices. The main objective of this type of circuit is to absorb the energy of the reactive elements of the circuit during the switching processes, controlling parameters such as damping of transient oscillations, control of changes in voltage or intensity and protection against overvoltages, thus increasing the reliability of semiconductors by reducing the degradation they suffer due to increases in power dissipation and semiconductor junction temperature Proper design and sizing of this circuit improves transistor performance, efficiency and reduces EMI interference It also enables operation at higher switching frequencies and reduce power dissipation There are several configurations for the snubber circuits, for example, an RCD (resistor, capacitor, diode) or RC (resistor, capacitor) circuit, among others. In one embodiment of the invention, the capacitance and resistance values for the RC circuit are oversized for safety. By way of example, these assigned values for the set of capacitor (25) and resistor (26) in parallel with the IGBT are Csnubber = 1 and F and Rsnubber = 150 ü.

Si se desea reducir las pérdidas o ajustar la amplitud de la oscilación, lo mejor es cambiar el valor de Csnubber (25). Se puede usar un valor menor para tener menores pérdidas, pero se tendrá un valor mayor de oscilación. O se puede usar un valor mayor de Csnubber para obtener menor oscilación, pero con más pérdidas en Rsnubber (26). Usando un valor de Rsnubber entre la mitad o el doble del valor calculado, en la mayoría de los casos se mantiene una excelente amortiguación. El uso de estos circuitos "snubber1’ es fundamental para solventar los problemas de resonancia y cumplir con los límites de emisiones establecidos por las normas. Este tipo de circuitos aparentemente puede parecer que no hacen nada pero un buen dimensionado de ellos contribuye en la reducción de las EMI de conmutación en las fuentes de alimentación o en los convertidores de potencia.If you want to reduce losses or adjust the amplitude of the oscillation, it is best to change the value of Csnubber (25). You can use a lower value to have lower losses, but you will have a higher oscillation value. Or you can use a larger value of Csnubber to get less oscillation, but with more losses in Rsnubber (26). Using an Rsnubber value between half or twice the calculated value maintains excellent damping in most cases. The use of these "snubber1" circuits is essential to solve resonance problems and comply with the emission limits established by the regulations. This type of circuit may apparently seem to do nothing, but a good dimensioning of them contributes to the reduction of switching EMI in power supplies or power converters.

Batería solar de alimentaciónsolar battery power

La alimentación del dispositivo interruptor de la presente invención puede realizarse, como se ha descrito anteriormente, de dos formas diferentes, bien a través de un ordenador o bien a través de una batería de alimentación externa. Ambas alimentaciones se realizan a través de un cable USB que se conecta a un puerto hembra empotrado y estanco instalado en uno de los laterales de la caja envolvente del dispositivo. Lo más cómodo es realizarla a través de una batería externa porque no exige tener el dispositivo cerca físicamente del ordenador encargado del posterior procesado de imágenes. En este caso, la batería que se utiliza en una de las realizaciones es de gran capacidad, concretamente 26800 mAh, para poder realizar medidas de electroluminiscencia durante más de una jornada laboral y sin tener que parar a cargarla. Adicionalmente la batería cuenta con unas pequeñas células solares que ayudan a que la descarga de la batería sea más lenta y por lo tanto una autonomía mayor.The switching device of the present invention can be powered, as described above, in two different ways, either through a computer or through an external power supply battery. Both feeds are made through a USB cable that connects to a recessed and watertight female port installed on one of the sides of the device's surrounding box. The most comfortable is to do it through of an external battery because it does not require having the device physically close to the computer in charge of subsequent image processing. In this case, the battery used in one of the embodiments has a large capacity, specifically 26,800 mAh, to be able to carry out electroluminescence measurements for more than a working day and without having to stop to charge it. Additionally, the battery has small solar cells that help the battery discharge more slowly and therefore a greater autonomy.

A partir de la información de variación de luminiscencia, el panel fotovoltaico queda caracterizado completamente y puede conocerse su estado e identificar cualquier malfuncionamiento en él. Por un lado, la intensidad relativa de la señal está asociada directamente con el estado del panel, en la medida en que cuanto más "luminosa” resulta la imagen, más luminiscencia se está emitiendo y mejor es el estado del panel. Además, se pueden observar zonas en las que hay variaciones de la señal emitida que se corresponden con diferentes tipos de defectos como roturas, zonas aisladas eléctricamente y otros, que pueden aparecer en los paneles solares.From the luminescence variation information, the photovoltaic panel is fully characterized and its status can be known and any malfunction in it can be identified. On the one hand, the relative intensity of the signal is directly associated with the state of the panel, to the extent that the "lighter" the image is, the more luminescence it is emitting and the better the state of the panel. observe areas in which there are variations of the emitted signal that correspond to different types of defects such as breaks, electrically isolated areas and others, which may appear in the solar panels.

En la presente descripción, el término conectar, aplicado a la interconexión de elementos, se entenderá como que dos elementos se encuentran conectados directamente o se encuentran conectados a través de otros elementos intermedios.In the present description, the term connect, applied to the interconnection of elements, will be understood as meaning that two elements are directly connected or are connected through other intermediate elements.

La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones. The present invention is not to be limited to the embodiment described herein. Other configurations can be made by those skilled in the art in view of the present description. Accordingly, the scope of the invention is defined by the following claims.

Claims

1. Photovoltaic module inspection system, where the system is characterized by comprising:

- a power supply (7) connectable to a photovoltaic module by means of a power circuit, configured to inject a current that brings the photovoltaic module (9) to a polarized state;

- current control means (6) of the power supply (7), comprising:

- a solid state relay (21), switchable between a conduction state and a cut state;

- a microcontroller (20) configured to receive switching commands from a remote computer and send the received switching commands to the solid state relay;

- a DC boost converter (22), connected to an output of the solid-state relay, configured to, when the relay switches to conduction state, raise an input voltage up to at least a threshold voltage; and - a high-power electronic switch (23), arranged at the output of the boost converter, configured to switch between a conduction state that closes the supply circuit when it receives a gate voltage equal to or greater than the threshold voltage and a state cutoff that opens the power supply circuit when it receives a gate voltage lower than the threshold voltage; and - electroluminescence measurement means, configured to detect a variation of electroluminescence (8) emitted by the photovoltaic module, as a result of the polarized state caused by the current injected by the power supply when the current control means close the circuit power, through the high power electronic switch; and determining an operating state of the photovoltaic module based on the electroluminescence variation obtained.

2. System according to claim 1, where the current control means further comprise a damped Snubber circuit (24) comprising a series set of capacitor and resistor connected in parallel with the high-power electronic switch.

3. System according to any of the preceding claims, where the electroluminescence measurement means comprise a filter (3), an InGaAs sensor chamber (4) sensitive to near infrared and a computer (5) with electroluminescence image processing software.

4. System according to any of the preceding claims, where the current control means further comprise a low-consumption wireless communications module interconnected with the microcontroller, where the wireless communications module is a ZIGBEE module.

5. System according to any of the preceding claims, where the high power electronic switch is an IGBT transistor.

6. System according to any of the preceding claims that further comprises a solar battery connectable to the microcontroller and to the boost converter to provide 5V power.

7. System according to any of the preceding claims, which also comprises an enclosing casing, which houses the current control means (6) of the power supply, where the enclosing casing has at least one ventilation grille and a grommet USB for power.

8. System according to any of the preceding claims, where the current control means (6) also comprise two cooling fans.

9. System according to any of the preceding claims, where the current control means (6) also comprise an oversized radiator to compensate for the temperature increase caused by the power dissipated by the electronic switch in the conduction state.