ES2382647A1 - System and procedure for the diagnosis of faults in photovoltaic installations. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Sistema y procedimiento para el diagnóstico de fallos en instalaciones fotovoltaicas System and procedure for the diagnosis of failures in photovoltaic installations
SECTOR TÉCNICO TECHNICAL SECTOR
La presente invención pertenece al campo técnico de la generación de energía eléctrica, en concreto, al campo de las instalaciones fotovoltaicas. The present invention belongs to the technical field of electric power generation, specifically, to the field of photovoltaic installations.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
En la actualidad el proceso de diagnóstico de fallos en centrales fotovoltaicas consiste en, una vez detectada una pérdida de potencia, caracterizar la central. Para ello existen procedimientos internacionalmente reconocidos para la caracterización eléctrica de los principales elementos que componen una central fotovoltaica. Un caso concreto es el definido en el siguiente estándar de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) que sirve para caracterizar generadores fotovoltaicos: At present, the process of diagnosing faults in photovoltaic plants consists of, once a loss of power has been detected, to characterize the plant. For this there are internationally recognized procedures for the electrical characterization of the main elements that make up a photovoltaic plant. A specific case is defined in the following standard of the International Electrotechnical Commission (IEC) that serves to characterize photovoltaic generators:
• IEC 61829. Crystalline silicon photovoltaic (PV) array – On-site measurement of I-V characteristics. TC/SC 82. Edition 1.0 (1995-03) • IEC 61829. Crystalline silicon photovoltaic (PV) array - On-site measurement of I-V characteristics. TC / SC 82. Edition 1.0 (1995-03)
Sin embargo, la aplicación de esta norma para la caracterización de una central fotovoltaica en su conjunto conlleva una serie de dificultades. However, the application of this standard for the characterization of a photovoltaic plant as a whole entails a series of difficulties.
En primer lugar, es necesaria la presencia de personal experto en la central, suponiendo esto un coste elevado, al que hay que añadir el coste energético por la paralización de la central durante las pruebas. In the first place, the presence of expert personnel in the plant is necessary, assuming a high cost, to which the energy cost must be added due to the stoppage of the plant during the tests.
En segundo lugar, este personal debe hacer uso de equipamiento técnico avanzado, como trazadores de curvas tensión-corriente, cámaras termográficas, multímetros y sensores calibrados. Estos equipos son costosos y, en muchos casos, requieren una fabricación específica ya que no están disponibles en el mercado, especialmente los trazadores de curvas tensión-corriente. Secondly, these personnel must make use of advanced technical equipment, such as voltage-current curve plotters, thermographic cameras, multimeters and calibrated sensors. These equipments are expensive and, in many cases, require specific manufacturing since they are not available in the market, especially voltage-current curve plotters.
En tercer lugar hay que añadir la incertidumbre generada por los equipos de medida y, sobre todo, en la extrapolación a condiciones estándar de medida, la cual puede llegar a ser de un 5% y solo se puede realizar en ciertas condiciones meteorológicas, como bien indica la normativa IEC 60891. Y a esta incertidumbre hay que añadir la incertidumbre del sensor de referencia, fácilmente por encima del 3%. Thirdly, we must add the uncertainty generated by the measuring equipment and, above all, in extrapolation to standard measurement conditions, which can be up to 5% and can only be performed in certain weather conditions, as well The IEC 60891 standard indicates. And to this uncertainty the uncertainty of the reference sensor must be added, easily above 3%.
Y, por último, añadir el tiempo necesario para llevar a cabo la caracterización de toda una central que puede estar constituida por 300.000 módulos repartidos en 350 hectáreas o la incomodidad, y asimismo el tiempo, de llevar a cabo ese mismo proceso en una cubierta donde los espacios para el tránsito son mínimos o inexistentes. And, finally, add the time necessary to carry out the characterization of an entire plant that may consist of 300,000 modules spread over 350 hectares or the discomfort, and also the time, of carrying out the same process on a roof where Transit spaces are minimal or non-existent.
En el contexto de la presente invención, son conocidas las patentes EP1403649 y US20110088744. In the context of the present invention, patents EP1403649 and US20110088744 are known.
La patente EP1403649 presenta un método para el diagnóstico de generadores fotovoltaicos defectuosos de una instalación fotovoltaica. No obstante, este método diagnostica fallos en todo el generador, como una sombra, pero no indica el módulo exacto donde existe el fallo. Además, requiere del uso de sensores de referencia introduciendo la incertidumbre mencionada. EP1403649 presents a method for diagnosing defective photovoltaic generators of a photovoltaic installation. However, this method diagnoses faults throughout the generator, such as a shadow, but does not indicate the exact module where the fault exists. In addition, it requires the use of reference sensors by introducing the mentioned uncertainty.
La patente US20110088744 muestra un método para detectar fallos en módulos mediante la temperatura de los diodos de cada módulo. Sin embargo, pueden existir fallos en los módulos sin que el diodo entre en conducción, y, por tanto, sin que varíe su temperatura, pasando éstos inadvertidos. Además, no diagnostica el fallo sino que solo detecta y sigue siendo necesario recorrer toda la instalación midiendo la temperatura en cada diodo y es necesario un equipo de medida como una cámara termográfica. US20110088744 shows a method to detect module failures by means of the temperature of the diodes of each module. However, there may be failures in the modules without the diode driving, and, therefore, without changing its temperature, passing these unnoticed. In addition, it does not diagnose the fault but only detects and it is still necessary to go through the entire installation measuring the temperature in each diode and a measuring device such as a thermal imager is necessary.
Además, existen equipos que llevan a cabo el seguimiento del punto de máxima potencia a nivel de módulo, optimizadores de potencia y microinversores, y que tienen la posibilidad de tomar medidas de tensión y corriente de cada módulo, permitiendo ver si algún módulo rinde por debajo de los demás. Sin embargo, ninguno de estos sistemas lleva a cabo un procedimiento inteligente para diagnosticar el tipo de fallo y básicamente se limitan a indicar que módulo rinde por debajo de lo esperado y el porcentaje de pérdidas, haciendo necesaria la presencia de un experto para determinar la naturaleza del fallo. In addition, there are teams that carry out the monitoring of the maximum power point at the module level, power optimizers and microinverters, and that have the possibility of taking voltage and current measurements of each module, allowing to see if any module performs below of others. However, none of these systems carry out an intelligent procedure to diagnose the type of failure and basically limit themselves to indicating which module performs below expected and the percentage of losses, making the presence of an expert necessary to determine the nature of the fault.
No obstante, era deseable un sistema y un procedimiento que ofreciera un diagnóstico de fallos fiable y a nivel de módulo, elimine el uso de equipos técnicos avanzados y no haga necesaria la presencia de un experto, reduciendo así el coste del diagnóstico. La presente invención se desarrolla con el fin de mejorar las limitaciones existentes en el estado de la técnica en este sector. However, a system and procedure that would provide a reliable and module-level fault diagnosis was desirable, eliminate the use of advanced technical equipment and do not make the presence of an expert necessary, thus reducing the cost of diagnosis. The present invention is developed in order to improve the limitations existing in the state of the art in this sector.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica. Por un lado, elimina necesidad de llevar a cabo una caracterización completa de la central fotovoltaica por un experto, los costos de esta caracterización y de los equipos necesarios para la misma, la necesidad de parar la central durante el proceso de medida y la incertidumbre asociada a la extrapolación a condiciones estándar de medida y a los sensores de referencia. Por otro lado, permite un diagnóstico remoto de los fallos en la central fotovoltaica y las pérdidas ocasionadas por los mismos. The present invention solves the problems existing in the state of the art. On the one hand, it eliminates the need to carry out a complete characterization of the photovoltaic plant by an expert, the costs of this characterization and the necessary equipment for it, the need to stop the plant during the measurement process and the associated uncertainty to extrapolation to standard measurement conditions and reference sensors. On the other hand, it allows a remote diagnosis of the failures in the photovoltaic plant and the losses caused by them.
El procedimiento y sistema de diagnóstico de fallos presenta una serie de ventajas sobre las patentes y métodos mencionados en el estado de la técnica. Entre ellas, se destacan las siguientes: The procedure and fault diagnosis system has a number of advantages over the patents and methods mentioned in the prior art. Among them, the following stand out:
- • •
- Permite el diagnóstico remoto de fallos, eliminando la necesidad de un experto “in-situ”. It allows remote fault diagnosis, eliminating the need for an “in-situ” expert.
- • •
- Elimina la necesidad de caracterizar la central completa para su diagnóstico. Eliminates the need to characterize the complete central for diagnosis.
- • •
- Elimina el uso de costosos equipos de medida, como las cámaras termográficas y los trazadores de curvas tensión-corriente. Eliminates the use of expensive measuring equipment, such as thermal imaging cameras and voltage-current curve plotters.
- • •
- Sus resultados sirven para alertar al usuario de la instalación de donde está el fallo, las pérdidas que causa y como proceder a su arreglo. Its results serve to alert the user of the installation of where the fault is, the losses it causes and how to proceed to fix it.
El sistema para el diagnóstico de fallos en instalaciones fotovoltaicas comprende: The system for diagnosing faults in photovoltaic installations includes:
- --
- Medios para medir el voltaje de un conjunto de módulos fotovoltaicos en un intervalo de tiempo. Means for measuring the voltage of a set of photovoltaic modules in a time interval.
- --
- Medios para medir la intensidad de una pluralidad de módulos fotovoltaicos en un intervalo de tiempo. Means for measuring the intensity of a plurality of photovoltaic modules in a time interval.
- --
- Medios de procesamiento para calcular la potencia normalizada de cada uno de los módulos del conjunto de módulos fotovoltaicos a partir de la potencia máxima de cada módulo medida en un intervalo de tiempo. Dichos medios de procesamiento comparan el valor de potencia normalizado de un módulo con un umbral de potencia normalizada para diagnosticar un fallo en dicho módulo fotovoltaico. Processing means for calculating the standardized power of each of the modules in the photovoltaic module set from the maximum power of each module measured in a time interval. Said processing means compares the normalized power value of a module with a normalized power threshold to diagnose a failure in said photovoltaic module.
Análogamente, el procedimiento de diagnóstico de fallos en instalaciones fotovoltaicas incluye los siguientes pasos: Similarly, the fault diagnosis procedure in photovoltaic installations includes the following steps:
- --
- Medir el voltaje de un conjunto de módulos fotovoltaicos en un intervalo de tiempo. Measure the voltage of a set of photovoltaic modules in a time interval.
- --
- Medir la intensidad de una pluralidad de módulos fotovoltaicos en un intervalo de tiempo. Measure the intensity of a plurality of photovoltaic modules in a time interval.
- --
- Calcular la potencia normalizada de cada uno de los módulos del conjunto de módulos fotovoltaicos a partir de la potencia máxima de cada módulo medida en un intervalo de tiempo. Calculate the normalized power of each of the modules in the photovoltaic module set from the maximum power of each module measured in a time interval.
- --
- Comparar el valor de potencia normalizado de un módulo con un umbral de potencia normalizada para diagnosticar un fallo en dicho módulo fotovoltaico. Compare the standardized power value of a module with a standardized power threshold to diagnose a failure in said photovoltaic module.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura1: Describe una topología donde se coloca el equipo convertidor de corriente continua a alterna de forma centralizada. Figure 1: Describe a topology where the DC to AC converter equipment is placed centrally.
Figura2: Describe otra topología donde se coloca el equipo convertidor de corriente continua a alterna por cada equipo seguidor del punto de máxima potencia. En esta figura se detallan además otros componentes como la unidad remota 9 Figure 2: Describe another topology where the DC to AC converter equipment is placed for each equipment that follows the maximum power point. This figure also details other components such as remote unit 9
o una unidad de procesamiento 8 válidas para la topología de la figura anterior. or a processing unit 8 valid for the topology of the previous figure.
Figura 3: Potencias normalizadas de cinco módulos. Se puede observar como en los momentos que no hay fallos en ningún módulo las potencias normalizadas son prácticamente iguales en todos los módulos. Figure 3: Standardized powers of five modules. It can be seen that at times when there are no faults in any module, the standard powers are practically the same in all modules.
Figura 4: Efecto de sombras sobre la potencia normalizada de un módulo. Se puede observar que la primera sombra, de un obstaculo lejano, es de mucha menos duración que la última, de un obstaculo al lado del módulo. Figure 4: Effect of shadows on the normalized power of a module. It can be seen that the first shadow, of a distant obstacle, is of much less duration than the last, of an obstacle next to the module.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
A continuación se describe con referencia a las figuras un modo de realización que no ha de considerarse limitativo del alcance de la presente invención. An embodiment that is not to be considered as limiting the scope of the present invention is described below with reference to the figures.
Se describe un procedimiento y un sistema que lo implementa que permite el diagnóstico automático de los fallos de una central fotovoltaica con dos tipos de topología diferente, con optimizadores de potencia o micro-inversores. Ambas topologías incluyen, por lo menos, un generador fotovoltaico, compuesto por módulos 1 conectados entre sí en serie y/o paralelo, equipos seguidores del punto de máxima potencia 2 cada módulo o cada pocos módulos, medidores de tensión 7 y corriente 6 en cada equipo seguidor del punto de máxima potencia 2, una electrónica de comunicaciones en cada equipo seguidor para el envío de datos, un sistema de recepción y almacenamiento de datos y un microprocesador programable 8 para el procesado de los mismos. La diferencia entre ambos sistemas radica en colocar el equipo convertidor de corriente continua a alterna 4, también llamado inversor, de forma centralizada, o por cada equipo seguidor del punto de máxima potencia. La presente invención se puede utilizar indistintamente para cualquiera de las dos topologías. Para una mayor claridad de las dos topologías, éstas se muestran en las figuras 1 y 2. It describes a procedure and a system that implements it that allows the automatic diagnosis of the failures of a photovoltaic plant with two different types of topology, with power optimizers or micro-inverters. Both topologies include at least one photovoltaic generator, consisting of modules 1 connected in series and / or parallel to each other, follow-up equipment of the maximum power point 2 each module or every few modules, voltage meters 7 and current 6 in each maximum power point follow-up equipment 2, a communications electronics in each follow-up equipment for sending data, a system for receiving and storing data and a programmable microprocessor 8 for processing them. The difference between the two systems lies in placing the DC to AC converter equipment 4, also called an inverter, centrally, or for each equipment following the maximum power point. The present invention can be used interchangeably for any of the two topologies. For greater clarity of the two topologies, these are shown in Figures 1 and 2.
El procedimiento consta de dos fases. La primera fase consiste en medir simultáneamente y constantemente las condiciones de operación de cada módulo fotovoltaico 1, concretamente tensión y corriente, en el punto 1 de las figuras 1 y 2 y almacenar los valores en una base de datos o similar. La segunda fase consiste en obtener, a partir de las medidas anteriores, un diagnóstico de los fallos presentes en el sistema fotovoltaico. The procedure consists of two phases. The first phase consists of simultaneously and constantly measuring the operating conditions of each photovoltaic module 1, specifically voltage and current, in point 1 of figures 1 and 2 and storing the values in a database or similar. The second phase consists in obtaining, from the previous measurements, a diagnosis of the faults present in the photovoltaic system.
La primera fase está basada en la utilización de un sensor de voltaje 7 y un sensor de corriente 6 en cada The first phase is based on the use of a voltage sensor 7 and a current sensor 6 in each
módulo 1 o conjunto de módulos con seguimiento del punto de máxima potencia 2 y una electrónica de comunicación module 1 or set of modules with maximum power point tracking 2 and a communication electronics
para enviar estos valores a un sistema centralizado de almacenamiento de datos 9. to send these values to a centralized data storage system 9.
El envío de los datos se realizará por PLC (power line communication) para así evitar el cableado de The data will be sent by PLC (power line communication) to avoid wiring
monitorización. Para ello la tarjeta de comunicación deberá modular la señal al formato correspondiente. En el sistema monitoring For this, the communication card must modulate the signal to the corresponding format. In the system
centralizado existirá un equipo demodulador que a su vez almacenará los datos en una base de datos o similar. centralized there will be a demodulator team that in turn will store the data in a database or similar.
La segunda fase consiste en el procesado de los datos para diagnosticar los fallos en cada módulo. Para ello, The second phase consists of the processing of the data to diagnose the failures in each module. For it,
un microprocesador 8 deberá leer los datos y procesarlos cada cierto tiempo, por ejemplo, cada día. El procesado de A microprocessor 8 must read the data and process it from time to time, for example, every day. The processing of
datos engloba las siguientes etapas. Data encompasses the following stages.
a) Calcular la potencia de cada módulo 1 durante cada periodo de tiempo como la multiplicación entre la tensión, V, y la corriente, I, de cada periodo. a) Calculate the power of each module 1 during each period of time as the multiplication between the voltage, V, and the current, I, of each period.
b) Normalizar las potencias de cada módulo 1 del punto a) para cada periodo respecto a la potencia máxima de todos los módulos durante cada periodo. Estos valores están todos comprendidos entre 0 y 1. Si no existen fallos todos los valores son iguales a 1. Un ejemplo de potencias normalizadas se muestra en la figura 3. b) Normalize the powers of each module 1 of point a) for each period with respect to the maximum power of all modules during each period. These values are all between 0 and 1. If there are no faults, all values are equal to 1. An example of standard powers is shown in Figure 3.
c) Determinar que existe un fallo en un módulo 1 durante un cierto periodo de tiempo si durante ese periodo el valor normalizado obtenido en el punto b) es menor que un umbral cercano a 1, por ejemplo 0,98. Aunque los módulos sean exactamente iguales y no halla fallo, debido al equipo seguidor de máxima potencia y a los equipos de medida las potencias medidas no serán exactamente iguales, por ello se da un margen de error. c) Determine that there is a fault in a module 1 for a certain period of time if during that period the normalized value obtained in point b) is less than a threshold close to 1, for example 0.98. Although the modules are exactly the same and there is no fault, due to the maximum power follow-up equipment and the measuring equipment the measured powers will not be exactly the same, so there is a margin of error.
d) determinar si el fallo presente en cada módulo 1 es continuo, es decir ocurre durante la mayor parte del día, por ejemplo el 95% de los periodos del punto c) son menores que 1. Si no existe fallo continuo se considera que el módulo solo tiene fallo temporal, que se caracteriza por una pérdida progresiva de potencia y una recuperación progresiva posterior, siendo el intervalo de fallo mayor para los obstáculos cercanos. Este efecto se puede ver en la figura 2. d) determine if the fault present in each module 1 is continuous, that is, it occurs during most of the day, for example 95% of the periods in point c) are less than 1. If there is no continuous failure, it is considered that the module has only temporary failure, which is characterized by a progressive loss of power and a subsequent progressive recovery, the failure interval being greater for nearby obstacles. This effect can be seen in Figure 2.
e) Comparar la potencia mínima normalizada con un umbral de potencia normalizada, por ejemplo 0,85, para validar el fallo temporal. e) Compare the minimum normalized power with a normalized power threshold, for example 0.85, to validate the temporary failure.
f) Comparar el tiempo de duración del fallo con un umbral temporal, por ejemplo quince minutos, para determinar si el fallo es cercano o lejano. El movimiento de una sombra a lo largo del día se asemeja a un movimiento circular uniforme y la velocidad de la sombra equivale a la velocidad tangencial, la cual es mayor cuan mayor es el radio del círculo, en este caso la distancia del objeto que proyecta la sombra al módulo o módulos fotovoltaico(s). Por tanto, cuanto más alejado esté el obstáculo del generador fotovoltaico menor tiempo estará el generador sombreado. Menor que el umbral es fallo temporal lejano y mayor que el umbral es fallo temporal cercano. Si el tiempo de caída es menor que un minuto y el punto mínimo igual a cero es fallo temporal total. f) Compare the duration of the fault with a time threshold, for example fifteen minutes, to determine if the fault is near or far. The movement of a shadow throughout the day resembles a uniform circular motion and the velocity of the shadow equals the tangential velocity, which is greater the greater the radius of the circle, in this case the distance of the object it projects the shadow to the photovoltaic module (s). Therefore, the further the obstacle is from the photovoltaic generator, the shorter the shaded generator will be. Less than the threshold is far temporary failure and greater than the threshold is near temporary failure. If the fall time is less than one minute and the minimum point equal to zero is total temporary failure.
Durante los periodos de fallo temporal la tensión y corriente de cada módulo toma valores difíciles de determinar. Por ello, para el diagnóstico de los siguientes fallos, aquellos de los apartados h), i), j) y k), solo se analizan los periodos cuando no existe fallo temporal. During periods of temporary failure, the voltage and current of each module takes values that are difficult to determine. Therefore, for the diagnosis of the following failures, those of sections h), i), j) and k), only the periods are analyzed when there is no temporary failure.
g) Normalizar la corriente y tensión de cada módulo, para cada periodo, con respecto a los valores de los módulos sin fallos. g) Normalize the current and voltage of each module, for each period, with respect to the values of the modules without failures.
h) Considerar que existe riesgo de punto caliente cuando la tensión es menor en el módulo analizado, por ejemplo un 10%, que en el resto y la corriente es sustancialmente similar . Los puntos calientes son elmayor riesgo que corren los módulos fotovoltaicos y causan daños irreparables en los mismos. Éstos se dan cuando una o varias células trabajan en polarización inversa, disipando potencia en vez de generándola, debido a una sombra o suciedad localizada. Al trabajar en polarización inversa su tensión es negativa y por tanto la tensión de todo el módulo es inferior a lo normal. Es muy importante localizar estos fallos de inmediato para que no degeneren en un fallo irreparable. Esto se consigue gracias al procedimiento aquí descrito. h) Consider that there is a risk of hot spot when the voltage is lower in the module analyzed, for example 10%, than in the rest and the current is substantially similar. Hot spots are the greatest risk that photovoltaic modules run and cause irreparable damage to them. These occur when one or more cells work in reverse polarization, dissipating power instead of generating it, due to a shadow or localized dirt. When working in reverse polarization its voltage is negative and therefore the voltage of the entire module is lower than normal. It is very important to locate these faults immediately so that they do not degenerate into an irreparable failure. This is achieved thanks to the procedure described here.
i) Considerar que existe suciedad localizada cuando la tensión es mayor y la corriente es menor. i) Consider that localized dirt exists when the voltage is higher and the current is lower.
Estrictamente, es una suciedad localizada pequeña ya que en este caso todas las células del módulo Strictly, it is a small localized dirt since in this case all the cells of the module
reducen su corriente para igualarse a la que tiene la suciedad localizada y, por tanto, aumenta la tensión reduce their current to match that of localized dirt and, therefore, increase the voltage
debido al desplazamiento del punto de trabajo en la curva I-V. Si la suciedad localizada es grande esa due to the displacement of the work point in the I-V curve. If the localized dirt is large that
célula se pondrá en inversa y habrá riesgo de punto caliente. cell will be reversed and there will be a risk of hot spot.
j) Considerar que existe suciedad generalizada cuando la tensión es igual y la corriente es menor. En este j) Consider that there is generalized dirt when the voltage is equal and the current is lower. In this
caso no existe desplazamiento del punto de trabajo en la curva I-V. El efecto es igual que una bajada de In case there is no displacement of the work point in the I-V curve. The effect is the same as a drop in
irradiancia y, por tanto, solo se reduce la corriente. irradiance and, therefore, only the current is reduced.
k) Considerar que existe degradación cuando la corriente y la tensión son menores de lo normal. Son varios k) Consider that there is degradation when the current and voltage are less than normal. They are several
los estudios que demuestran que la degradación de un módulo influye en la corriente y la tensión. Studies that show that the degradation of a module influences current and voltage.
Dentro del fallo continuo también puede haber un fallo temporal. Para ello: Within the continuous failure there may also be a temporary failure. For it:
l) Calcular la pérdida de potencia media debida al fallo continuo, mediante la división de la potencia l) Calculate the average power loss due to continuous failure, by dividing the power
normalizada del módulo con la potencia normaliza máxima de todos los módulos para cada periodo y standardized module with the maximum normalized power of all modules for each period and
haciendo la media. Esto da un valor menor que uno. doing the average. This gives a value less than one.
m) Eliminar la componente de pérdida continua, dividiendo la potencia normalizada del módulo por el valor m) Eliminate the continuous loss component, dividing the module's normalized power by the value
obtenido en l). obtained in l).
n) Llevar a cabo los pasos c) a e) del procedimiento de diagnóstico. n) Carry out steps c) to e) of the diagnostic procedure.
Por ejemplo, según el procedimiento descrito se puede diagnosticar un punto caliente, el cual es muy perjudicial para la instalación, durante un día normal de funcionamiento, sin parar la generación y sin la necesidad de analizar las curvas tensión-corriente de los módulos o usar la cámara termográfica, como es habitual. For example, according to the procedure described, a hot spot can be diagnosed, which is very harmful for the installation, during a normal day of operation, without stopping the generation and without the need to analyze the voltage-current curves of the modules or use the thermal imager, as usual.
El procedimiento descrito supone que todos los módulos fotovoltaicos 1 funcionan igual en ausencia de fallos. Sin embargo, es usual que módulos de la misma serie de fabricación presenten características distintas. Además, el fabricante suele tomar medidas iniciales de cada módulo, las cuales muestran estas diferencias. Es por ello deseable tener en cuenta estas diferencias para una mayor precisión del procedimiento. Para ello, se pueden normalizar los valores iniciales de cada módulo dados por el fabricante respecto al valor máximo, mínimo o medio de todos los módulos. The procedure described assumes that all photovoltaic modules 1 work the same in the absence of failures. However, it is usual for modules of the same manufacturing series to have different characteristics. In addition, the manufacturer usually takes initial measurements of each module, which show these differences. It is therefore desirable to take these differences into account for greater accuracy of the procedure. For this, the initial values of each module given by the manufacturer can be normalized with respect to the maximum, minimum or average value of all modules.
Como ya se ha mencionado antes, el procedimiento comparativo que aquí se expone exige que en todo periodo haya por lo menos un módulo sin fallos. Esto puede ser un problema para los fallos de suciedad generalizada y degradación, que suelen afectar a todos los módulos por igual, especialmente la suciedad generalizada. Para ello se pueden instalar dos sensores, uno de temperatura y otro de irradiación solar, y, durante días claros y a las horas centrales del día, llevar a cabo una extrapolación a condiciones estándar de medida y comparar con los valores del fabricante. As mentioned before, the comparative procedure described here requires that in every period there be at least one module without failures. This can be a problem for generalized dirt and degradation failures, which usually affect all modules equally, especially generalized dirt. For this, two sensors can be installed, one of temperature and the other of solar irradiation, and, during clear days and at the central hours of the day, carry out an extrapolation to standard measurement conditions and compare with the manufacturer's values.
Como en todo proceso, en éste existe una incertidumbre sobre la precisión de la detección y el diagnóstico de fallos. A fin de poder presentar un diagnóstico fiable se puede llevar a cabo una comparativa de los fallos en días sucesivos. Normalmente, en días sucesivos, donde la posición del sol es prácticamente la misma los obstáculos fijos proyectarán una sombra que producirá el mismo efecto sobre los módulos. Además, si no ha llovido entre medias, las suciedades generaran las mismas pérdidas y el riesgo de punto caliente, si este es debido a suciedades, seguirá e incluso aumentará. Entonces, según se va comparando con días anteriores y se obtienen los mismos fallos la fiabilidad de la predicción aumenta. Se puede ir aumentando, por ejemplo, desde un 25% hasta un 100% en cuatro días sucesivos. As in any process, there is uncertainty about the accuracy of detection and fault diagnosis. In order to be able to present a reliable diagnosis, a comparison of the failures can be carried out in successive days. Normally, on successive days, where the position of the sun is practically the same, the fixed obstacles will cast a shadow that will produce the same effect on the modules. In addition, if it has not rained in between, the dirt will generate the same losses and the risk of hot spot, if this is due to dirt, it will continue and even increase. Then, as compared with previous days and the same failures are obtained, the reliability of the prediction increases. It can be increased, for example, from 25% to 100% in four successive days.
Además existe la posibilidad de emitir alertas al operador del sistema fotovoltaico si existe un fallo, el tipo de fallo, la gravedad y la forma más adecuada de resolverlo. Para ciertos fallos será necesario acudir al experto para posibles reclamaciones, pero un gran número de fallos podrán ser resueltos por el operador o propietario, con el ahorro que ello conlleva. There is also the possibility of issuing alerts to the operator of the photovoltaic system if there is a fault, the type of failure, the severity and the most appropriate way to solve it. For certain failures it will be necessary to go to the expert for possible claims, but a large number of failures may be resolved by the operator or owner, with the savings that this entails.
Esta invención también permite estimar las pérdidas ocasionadas por cada fallo para alertar de la gravedad del mismo. Para ello, y siguiendo con la filosofía comparativa, se calcula la diferencia entre el valor de potencia entregada por los módulos sin fallos y el módulo con fallo para cada periodo dentro de cada fallo. Y es importante recalcar que se calcula con el máximo de cada periodo ya que un módulo no defectuoso durante un periodo lo puede ser más adelante en el mismo día. La suma de las pérdidas energéticas en cada periodo durante los periodos de cada fallo, representa las pérdidas debidas a cada fallo. This invention also allows estimating the losses caused by each failure to warn of its severity. For this, and following the comparative philosophy, the difference between the power value delivered by the modules without failures and the module with failure for each period within each fault is calculated. And it is important to emphasize that it is calculated with the maximum of each period since a non-defective module during a period can be later in the same day. The sum of the energy losses in each period during the periods of each failure represents the losses due to each failure.
En resumen, una realización preferida consiste en elaborar un sistema de diagnóstico de fallos para generadores fotovoltaicos que consta de: un generador fotovoltaico, varios seguidores del punto de máxima potencia 2, uno por cada módulo 1 o pocos módulos 1, sensores de tensión 7 y corriente en la salida 6 de cada seguidor del punto de máxima potencia 2, una electrónica de comunicación para la transmisión de los datos, una memoria física para el almacenamiento de datos, un microprocesador que realice el procedimiento descrito y una interfaz de usuario para alertar de los posibles fallos en la instalación. In summary, a preferred embodiment consists in developing a fault diagnosis system for photovoltaic generators consisting of: a photovoltaic generator, several followers of the maximum power point 2, one for each module 1 or few modules 1, voltage sensors 7 and current at the output 6 of each follower of the maximum power point 2, a communication electronics for data transmission, a physical memory for data storage, a microprocessor that performs the described procedure and a user interface to alert of Possible installation failures.
Adicionalmente se pueden añadir las células de referencia de temperatura e irradiación para un diagnóstico más preciso de los fallos de degradación y suciedad generalizada, aunque no son necesarias. Additionally, temperature and irradiation reference cells can be added for a more accurate diagnosis of degradation failures and generalized dirt, although they are not necessary.
APLICACIÓN INDUSTRIAL INDUSTRIAL APPLICATION
Como ya se ha mencionado anteriormente la aplicación de este procedimiento se da en sistemas fotovoltaicos con seguimiento del punto de máxima potencia distribuido (optimizadores de potencia y microinversores). Preferiblemente, estos sistemas incluyen sensores de voltaje y corriente y una electrónica de comunicaciones, aunque también cabe la posibilidad de añadirlos a posteriori. Cabe mencionar que normalmente todos los optimizadores de potencia yAs already mentioned above, the application of this procedure occurs in photovoltaic systems with monitoring of the point of maximum distributed power (power optimizers and microinverters). Preferably, these systems include voltage and current sensors and communications electronics, although it is also possible to add them later. It should be mentioned that normally all power optimizers and
10 microinversores que salen al mercado incluyen los sensores y la electrónica de comunicaciones. Con los datos medidos por los equipos se pueden ejecutar los procedimientos de diagnóstico de fallos. 10 microinverters that go on the market include sensors and communications electronics. With the data measured by the equipment, fault diagnosis procedures can be executed.
Claims (26)
- --
- medios para medir el voltaje (7) de un conjunto de módulos fotovoltaicos (1) en un intervalo de tiempo, means for measuring the voltage (7) of a set of photovoltaic modules (1) in a time interval,
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- medios para medir la intensidad (6) de una pluralidad de módulos fotovoltaicos (1) en un intervalo de tiempo, means for measuring the intensity (6) of a plurality of photovoltaic modules (1) in a time interval,
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- medios de procesamiento (8) configurados para calcular la potencia normalizada de cada uno de los módulos del conjunto de módulos fotovoltaicos (1) a partir de la potencia máxima de cada módulo medida en un intervalo de tiempo, con dichos medios procesamiento configurados además para comparar el valor de potencia normalizado de un módulo processing means (8) configured to calculate the normalized power of each of the modules of the set of photovoltaic modules (1) from the maximum power of each module measured in a time interval, with said processing means also configured to compare the standardized power value of a module
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- riesgo de punto caliente, hot spot risk,
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- suciedad localizada, localized dirt,
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- suciedad generalizada, generalized dirt,
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- degradación, degradation,
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- medir el voltaje (7) de un conjunto de módulos fotovoltaicos (1) en un intervalo de tiempo, measure the voltage (7) of a set of photovoltaic modules (1) in a time interval,
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- medir la intensidad (6) de una pluralidad de módulos fotovoltaicos (1) en un intervalo de tiempo, measure the intensity (6) of a plurality of photovoltaic modules (1) in a time interval,
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- calcular la potencia normalizada de cada uno de los módulos del conjunto de módulos fotovoltaicos (1) a partir de la potencia máxima de cada módulo medida en un intervalo de tiempo, calculate the normalized power of each of the modules in the photovoltaic module assembly (1) from the maximum power of each module measured in a time interval,
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- comparar el valor de potencia normalizado de un módulo (1) con un umbral de potencia normalizada para diagnosticar un fallo en dicho módulo fotovoltaico (1). compare the normalized power value of a module (1) with a normalized power threshold to diagnose a failure in said photovoltaic module (1).
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- riesgo de punto caliente, hot spot risk,
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- suciedad localizada, localized dirt,
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- suciedad generalizada, generalized dirt,
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- degradación, degradation,
- Categoría Category
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
- X Y Y X Y Y
- US 2011066401 A1 (YANG ET AL) 17.03.2011, resumen; párrafo [0037]; párrafos [0042 -0059]; párrafos [0065 -0071]; párrafo [0145]; párrafo [0149]; párrafo [0151]; figura 4, figuras 11 -12. US 2009222224 A1 (LEWIS ET AL.) 03.09.2009, párrafos [0006 -0008]; 1-4,12-16,24-25 5-11,17-23 5-11,17-23 US 2011066401 A1 (YANG ET AL) 03.17.2011, summary; paragraph [0037]; paragraphs [0042-0059]; paragraphs [0065-0071]; paragraph [0145]; paragraph [0149]; paragraph [0151]; Figure 4, Figures 11-12. US 2009222224 A1 (LEWIS ET AL.) 03.09.2009, paragraphs [0006-0008]; 1-4,12-16,24-25 5-11,17-23 5-11,17-23
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 09.05.2012 Date of realization of the report 09.05.2012
- Examinador M. L. Alvarez Moreno Página 1/5 Examiner M. L. Alvarez Moreno Page 1/5
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 5-11,17-23 1-4, 12-16, 24-25 SI NO Claims Claims 5-11.17-23 1-4, 12-16, 24-25 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-25 SI NO Claims Claims 1-25 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- US 2011066401 A1 (YANG et al) 17.03.2011 US 2011066401 A1 (YANG et al) 03.17.2011
- D02 D02
- US 2009222224 A1 (LEWIS et al.) 03.09.2009 US 2009222224 A1 (LEWIS et al.) 03.09.2009
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