SISTEMA DE MONITORIZACION Y TELECONTROL DE GENERADORES DE ENERGIA INTEGRADOS POR PANELES DE EFECTO FOTOVOLTAICO.

El sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico,

está formado por un interfaz electrónico, denominado equipo monitor serie, (400) instalado en cada una de las conexiones en serie que integran los generadores, comprendiendo:- Subsistema conexión, conformado por una conexión (1.04) serie del generador, comprendiendo equipo telerruptor serie (300), que monitoriza protecciones y actuaciones preordenadas, equipo monitor serie (400), que convierten las señales eléctricas en digitales y valores medidos continuadamente en cada panel, elemento auxiliar de protección de descargadores (500) y por fusibles (600), equipo de parámetros físicos (700), con sensores.- Subsistema Inversor, que comprende equipo monitor auxiliar (800) vinculado al Inversor (I) y equipo monitor auxiliar (900) vinculado al tarifador (T).- Subsistema de control, formado por centro de control local (1000) y un centro de control remoto (1100) situado enuna ubicación remota donde se vuelca y analizan varios generadores

Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico.

Objeto de la invención

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico.

En particular, el objeto de la invención es disponer de un sistema eficaz de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrado por módulos o paneles de efecto fotovoltaico, y que este sistema, mediante la medida individualizada de los diferentes parámetros de cada panel y en las distintas fases de producción y transporte, aumente la eficiencia energética del generador y su rentabilidad económica, siendo estas fases: monitorización de cada panel en función de los parámetros físicos; par tensión e intensidad y factor de potencia, totales en la conexión serie obtenidos de la suma aritmética de los valores de tensión, lectura de los valores de entrada en continua a la entrada del conversor, fase de alterna en la salida del conversor, tarifado y elementos de seguridad.

El sistema aporta, mediante los distintos subsistemas que lo integran y los equipos que recogen los parámetros de rendimiento de los paneles, esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.

En concreto, la invención aporta la novedad de un sistema capaz, mediante el cual es posible medir y analizar de forma continuada, los datos de producción de cada módulo o panel que integra un generador de energía que utiliza los paneles descritos anteriormente, estableciendo la relación directa en función de los parámetros ambientales y meteorológicos que inciden en el rendimiento de cada panel de la instalación, analizando la eficiencia de las distintos elementos y subsistemas del generador.

Este análisis permite contrastar el rendimiento del generador en función de parámetros y variables a partir de la unidad básica, el panel de efecto fotovoltaico, y actuar desde el centro de control aumentando la eficiencia energética.

Es frecuente la agrupación de este tipo de generadores con potencias elevadas, siendo la importancia económica de los mismos lo suficientemente relevante para la incorporación del sistema objeto de la invención.

Campo de aplicación de la invención

El campo de aplicación de la presente invención se encuentra comprendido dentro del sector industrial dedicado a la producción de energías denominadas renovables, así como al dedicado a las telecomunicaciones en general, especialmente a la implementación y aplicación de sistemas de telecontrol y monitorización.

El sector de la técnica al que hace referencia la invención es el de las instalaciones de generación de energía a partir de paneles de efecto fotovoltaico para la conversión en alterna e inyección a red, acumulación, o uso por otros procesos de generación.

Antecedentes de la invención

Se conoce, en general, la necesidad creciente de aplicar sistemas mediante los que sea posible llevar a cabo operaciones de control y rendimiento sobre instalaciones generadoras de energía formadas o integradas por módulos o paneles solares como los de efecto fotovoltaico, situadas en posiciones remotas de los centros de estudio y análisis.

Este tipo de operaciones, dirigidas desde un determinado puesto de control, normalmente, están destinadas a realizar mediciones de producción total sin posibilidad de monitorizar la unidad básica del generador, el módulo o panel solar.

Así, se conocen ya en la técnica sistemas que permiten conocer los datos de producción de las instalaciones fotovoltaicas, al igual que sistemas para máquinas dispensadoras de productos, máquinas de juego, y otras similares.

Como ejemplo, se puede citar la patente nº P9501282, relativa a un "Sistema de telecontrol y adquisición de datos aplicable a instalaciones fotovoltaicas", que adquiere parámetros físicos y de rendimiento, pero sin la capacidad de analizar el rendimiento panel a panel del generador y de relacionar cada uno de los elementos asociados al anillo de campo o bus de campo una vez microprocesada la información y canalizada al Centro de Control.

El sistema propuesto en la presente invención aporta la novedad de recoger los datos de producción de cada panel mediante una electrónica de control situada en la caja de conexiones del panel o en la conexión en serie de los paneles, no conociéndose al día de hoy de ningún sistema con la capacidad de realizarlo a excepción del propuesto y motivo de la invención.

Explicación de la invención

El sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico que la invención propone se configura, pues, como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen de lo ya conocido en el estado actual de la técnica, adecuadamente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Así, tal como se ha mencionado, el sistema propuesto en la presente invención aporta la novedad de recoger los datos de producción de cada panel mediante una electrónica de control situada en la caja de conexiones del panel o en la conexión en serie de los paneles, lo cual se consigue utilizando un cable monitor conectado al panel, analizando la curva de rendimiento de cada panel de un generador en función de los parámetros físicos y eléctricos, bien en el denominado tiempo real o en un periodo de tiempo programado en función registrador, compartiendo o aportando los datos a otros subsistemas o elementos vinculados al anillo o bus de campo.

El sistema soluciona la optimización de un generador de estas características; detección de señales de alarmas, controles de medida y producción, y la entrega procesada al inversor de corriente continua en alterna, mejorando la curva de rendimiento en función de los datos aportados al bus de campo por el equipo monitor, núcleo de la invención.

Para ello, y de forma concreta, el sistema preconizado comprende como núcleo un módulo que denominaremos equipo monitor serie, y que es una unidad de monitorización que adquiere de cada panel solar la señal eléctrica, adaptándola, procesando y almacenando los valores medidos en los módulos de memoria. Esta unidad bien puede estar conectada a la caja de conexiones del panel fotovoltaico, integrado en el mismo o a una caja de conexiones donde se agrupan varios paneles, denominada generalmente caja de conexionado serie.

El sistema contempla, además, la existencia de distintos equipos monitores distribuidos por el generador, y otros auxiliares, los cuales monitorizan los paneles solares que se encuentran conexionados en las series del generador y los distintos elementos, partes o subsistemas del generador utilizando distintas máscaras; puertos de datos, sensores, sondas o entradas de lecturas analógicas y digitales, que capturan las señales eléctricas producidas, los datos físicos de los elementos que forman el generador, y los datos físicos ambientales, disponiendo el generador de un anillo de comunicaciones que conecta los distintos equipos monitores, y transportando los parámetros mediante el protocolo adecuado a un centro de control.

Este sistema permite conocer el rendimiento y eficiencia energética de cada subsistema y elemento que integra el generador, bien en tiempo real, o el registro temporizado de los valores medidos.

La invención desarrolla un sistema que incorpora el citado tipo de medios de control industrial, mediante el que resulta posible conocer en un centro de control local, en una primera fase, los datos correspondientes a las lecturas capturadas de cada subsistema y un segundo proceso remoto o bien sobre varios generadores ubicados desde una posición remota en un centro de control remoto o central.

En este bus o anillo de comunicaciones se encuentran otros equipos de monitorización vinculados al antedicho equipo monitor serie, que monitorizan la seguridad, los parámetros meteorológicos y físicos de las distintas partes que forman el generador, tales como: un equipo telerruptor serie, que monitoriza y actúa sobre los elementos de seguridad, un equipo monitor de parámetros físicos, que captura mediante los sensores adecuados los...

1. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, del tipo conexionados en serie, bien para volcar a la red de distribución una vez convertida en alterna, o en isla acumulando esta energía, caracterizado porque el hecho de comprender un interfaz electrónico, denominado equipo monitor serie, (400) instalado en cada una de las conexiones en serie que integran dichos generadores, donde una vez conectado eléctricamente, y mediante las conexiones de monitorización en paralelo, se miden de forma continuada los valores de tensión e intensidad de cada panel o módulo (M) conectado en la serie, obteniendo su valor de potencia, para lo cual, comprende los siguientes subsistemas y elementos pasivos o auxiliares:

- Subsistema de conexión serie del generador, conformado por una conexión (1.04) serie del generador, que paralelamente al conexionado eléctrico en serie de los ramales de módulos (M), dispone del conexionado de datos que el equipo monitor serie (400), mediante los módulos electrónicos que lo integran obtienen y digitalizan las señales eléctricas para su posterior tratamiento, y en que de la conexión serie de los módulos, obtenemos las señales eléctricas a monitorizar, comprendiendo al menos un equipo telerruptor serie (300), que monitoriza protecciones y actuaciones preordenadas por el equipo monitor serie (400), o un centro de control; al menos un equipo monitor serie (400), integrado por diversos módulos de electrónica que convierten las señales eléctricas en digitales y valores medidos continuadamente en cada panel o módulo que integra la conexión serie, siendo estos valores la tensión, la intensidad y el valor de potencia; al menos un elemento auxiliar de protección de descargadores (500) como protección contra la descarga de rayo, cuya señal digital una vez activada es leída por el equipo monitor serie (400); al menos un elemento de protección por fusibles (600) contra la descarga de sobreintensidad, cuya señal digital una vez activada es leída por el equipo monitor serie (400); al menos un equipo de parámetros físicos (700), vinculado a un equipo monitor serie (400) que dispone de sensores y módulos electrónicos que le permiten leer los valores de forma continuada: temperatura ambiente, temperatura del panel, radiación global, célula calibrada, humedad ambiente, velocidad del viento, dirección del viento, ángulo al eje horario, ángulo azimutal.

- Subsistema Inversor, que comprende al menos un equipo monitor auxiliar (800) vinculado al Inversor (I) y un equipo monitor auxiliar (900) vinculado al tarifador (T) que, una vez conectados eléctricamente los ramales o conexiones en paralelo de las series a las entradas de corriente continua del inversor y conectado el tarifador a la fase de corriente alterna del generador, monitorizan de forma continuada y mediante el protocolo adecuado, el puerto de comunicaciones del elemento inversor, adquiriendo los valores facilitados por el fabricante, y mediante entradas digitales auxiliares, el valor activado o no activado de los elementos auxiliares de protección del conductor en las entradas C1 y C2 del inversor en la fase de continua y en la fase de alterna; igualmente el equipo monitor auxiliar (900) del tarifador monitoriza de forma continuada el puerto de comunicaciones del tarifador mediante el protocolo adecuado, adquiriendo los valores facilitados por el fabricante.

- Y Subsistema de control, que comprende un centro de control local (1000) que cuenta con la estructura de equipos informáticos, aplicaciones informáticas y base de datos relacional, materializando los datos monitorizados de los equipos monitores conectados al bus o anillo de campo (1.03); y un centro de control remoto (1100) situado en una ubicación remota donde se vuelca y analizan varios generadores.

2. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el equipo monitor serie (400) comprende:

- Módulo adaptador de las señales eléctricas (EMS 1) que captura de los módulos.

- Módulo convertidor de señales analógicas (EMS 2).

- Módulo microcontrolador (EMS 3), con entradas/salidas analógicas y digitales, conectadas mediante un bus interno (EMS 4) a los distintos módulos.

- Módulo bus de comunicaciones interno (EMS 4) que conecta de forma bidireccional los distintos módulos del equipo monitor serie (400).

- Módulo adaptador de niveles de tensión y corriente (EMS 5).

- Módulo extensión de memoria (EMS 6).

- Módulo conector (EMS 7) para el teclado (420) y leds (421).

- Módulo relé1 (EMS 8) que permite actuar sobre un elemento exterior, tipo contactor.

- Módulo relé2 (EMS 9) que permite actuar sobre un elemento exterior, tipo contactor.

- Módulo adaptador (EMS 10) de señal eléctrica a señal digital, que captura y registra las señales externas de las protecciones pasivas y actuaciones de la serie con valor 0 o 1.

- Módulo bus de comunicaciones (EMS 11), que une el equipo con el centro de control local (1000) y resto de elementos del bus de campo (103).

- Módulo amperímetro (EMS 12) que mide de forma continuada la intensidad que circula en los paneles de la serie monitorizada.

- Módulo de medida de temperaturas (EMS 13) compuesto por dos o más termómetros.

- Módulo conector de pantalla (EMS 14) que permite a un usuario visualizar el estado en una pantalla (422) de texto.

- Módulo conector (EMS 15) para el frontal de teclado (420) y leds (421).

- Módulo puerto serie (EMS 16) de comunicaciones y conector asociado de tipo RS232 bidireccional.

- Módulo conector de ampliación (EMS 17) a doce señales del mismo tipo y rango al módulo EMS1.

3. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que el equipo telerruptor serie (300) comprende:

- Módulo bus de comunicaciones (ETS 1) de dos hilos aislado galvánicamente y con formato físico RS485.

- Módulo bus de comunicaciones interno (ETS 2).

- Módulo transistor (ETS 3) que actúa sobre una bobina (B2) de la unidad contactor (C1), integrada, excitándola y actuando sobre un balancín del contactor desplazándolo hacia la posición (2) mediante la acción del campo magnético, mediante el pestillo existente en la posición (2) enclava mecánicamente, cierra la serie y permite el paso de la corriente generada en los módulos.

- Módulo transistor (ETS 4) que actúa sobre una bobina (B1) de la unidad contactor (C1), excitándola y actuando sobre el pestillo, enclavándolo mecánicamente en la posición 1 abriendo la serie y no permitiendo el paso de la corriente generada en los módulos por los conductores (+) y (-), dejando el sistema en cortocircuito.

- Módulo amperímetro (ETS 5) que monitoriza de forma continuada el valor de intensidad que circula por el polo mas positivo (+) de la serie.

- Módulo amperímetro (ETS 6) mide de forma continuada el valor de intensidad que circula por el conductor de menor tensión o (-) de la serie.

- Módulo adaptador (ETS 7) de las señales recibidas de las conexiones de (3.71 a 3.78) a señales digitales que nos permitirán monitorizar si la posición del contactor se encuentra en 1 o en 2.

- Módulo microcontrolador (ETS 8), con entradas y salidas analógicas y digitales conectadas a los distintos módulos del equipo telerruptor serie (300).

- Módulo de alimentación (ETS 9), adaptador de niveles de tensión y corriente.

- Módulo (c1), contactor con doble enclavamiento mecánico o doble pestillo.

- Módulo (M1), excita eléctricamente la bobina 1, moviendo el contactor (Cl) a la posición 1.

- Módulo (M2), excita eléctricamente la bobina 2, moviendo el contactor (Cl) a la posición 2.

- Módulo (t), realiza la función de prueba del equipo telerruptor serie (300), provocando una derivación sobre uno de los conductores y accionándose el contactor, abriendo la serie y pasando a la posición de cortocircuito, 1.

4. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el equipo de parámetros físicos (700) comprende:

- Módulo de conexionado (EPF 1) para los sensores.

- Módulo bus de comunicaciones interno (EPF 2) que permite la conexión e intercambio de los datos entre los módulos del equipo.

- Módulo microcontrolador (EPF 3) que dispone de las entradas analógicas.

- Módulo reloj (EPF 4) que emite la señal que sincroniza el microcontrolador con los distintos módulos.

- Módulo de memoria (EPF 5), anexo a la propia memoria del microcontrolador (EPF 3).

- Módulo de comunicaciones (EPF 6) bidireccional de dos hilos, aislado galvánicamente y con formato físico RS485.

5. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el equipo monitor auxiliar (800) vinculado al inversor (I) y el equipo auxiliar (900) vinculado al tarifador (T) comprenden:

- Módulo de alimentación (EC 1)

- Módulo relé de actuación (EC 2)

- Módulo puerto de comunicaciones (EC 3)

- Módulo control de señales (EC 4)

- Módulo microcontrolador (EC 5)

- Módulo adicional de memoria (EC 6)

- Módulo bus de comunicaciones interno (EC 7).

6. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el centro de control local (1000) cuenta con conexión al centro de control remoto (1100) y comprende:

- Entradas (9.01) del bus de campo (1.03)

- Convertidor (9.02) de tipo RS485/232 y aplicación LPGE "librerías de protocolo del Generador", une físicamente el bus de datos del generador y los distintos equipos de monitorización asociados al centro de control local. La aplicación informática LPGE, regula los criterios de acceso al anillo o bus de datos del generador por parte de las aplicaciones monitor del generador (9.03) y monitor de actuaciones del generador (9.05). La aplicación LPGE, monitoriza continuadamente el bus o anillo de la planta, así como con las aplicaciones monitor del generador y monitor de actuaciones del generador.

- Monitor del Generador (9.03), accede al bus mediante la aplicación LPGE y emite los comandos de petición para la recepción de los datos adquiridos por los equipos de monitorización asociados o vinculados al anillo o bus de la planta.

- Concentrador de red (9.04). Equipo que une físicamente mediante cable de red los distintos equipos, permitiendo compartir los datos entre las distintas aplicaciones informáticas y conectando al encaminador de red (9.12), comunicar de forma bidireccional con el Centro de Control Remoto.

- Monitor de actuaciones del generador (9.05).

- Servidor de mensajería del generador (9.06). Aplicación informática que informa y distribuye al resto de las aplicaciones del contenido del cuerpo del mensaje.

- Analizador del Generador (9.07). Aloja la configuración de la planta en una base de datos y realiza el seguimiento y eficiencia del rendimiento del generador según los datos medidos por los distintos equipos de monitoriza- ción.

- Unidad de copias de seguridad (9.08). Realiza la copia del sistema y su configuración de forma temporizada y automática.

- Bases de Datos de Generador (9.09) y (9.10). Aloja la base de datos relacional del generador.

- Operario del sistema (9.11). Equipo o equipos asignados al operario del sistema.

- Equipo de rutas o encaminador de red (9.12).

7. Sistema de monitorización y telecontrol de generadores de energía integrados por paneles de efecto fotovoltaico, según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el centro de control remoto (1100), dispone de una copia en espejo de cada generador ubicado en una zona distinta o remota; y porque comprende:

- Equipo de acceso a la red (10.01). Lanza túneles de comunicaciones con los generadores remotos.

- Concentrador de red (10.02). Une físicamente los distintos equipos del centro de control, compartiendo las aplicaciones los datos.

- Monitor del centro remoto (10.03).

- Monitor de actuaciones centro remoto (10.04).

- Servidor de mensajería centro remoto (10.05).

- Analizador Central (10.06).

- Unidad de copias de seguridad (10.07).

- Bases de Datos (10.08) y (10.09).

- Operario del sistema (10.10).