Sensor de corriente de retorno para módulos solares conectados en paralelo.

Dispositivo para inyectar en una red de corriente (2) energía eléctrica procedente de una pluralidad de cadenas(5) que comprenden cada una varios módulos fotovoltaicos (4) conectados en serie,

con unas conducciones de bus(8, 9) con conexiones para cada cadena para conectar las cadenas (5) en paralelo entre sí a las conducciones debus (8, 9), con un sensor de corriente (10) para cada cadena (5) que capta por lo menos si fluye una corriente deretorno hacia la cadena (5) y con un convertidor (12) que comprende un sistema de control (11), y que inyecta laenergía eléctrica procedente de las conducciones de bus (8, 9) en la red de corriente (2), donde mediante el sistemade control (11) se puede ajustar la tensión del sistema del convertidor (12) que cae entre las conducciones de bus(8, 9), caracterizado porque cada sensor de corriente (10) le comunica al sistema de control (11) del convertidor(12) si fluye una corriente de retorno a la cadena (5) que está conectada, y donde el sistema de control (11) delconvertidor (12) reduce la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) para detener lacorriente de retorno, donde después de reducir la tensión del sistema entre las conducciones de bus (8, 9), lasrestantes cadenas (5) siguen suministrando energía eléctrica que es inyectada por el convertidor (12) en la red decorriente (2) mientras la tensión reducida del sistema entre las conducciones de bus (8, 9) sea suficiente paraefectuar una inyección de energía eléctrica en la red de corriente (2).

Sensor de corriente de retorno para módulos solares conectados en paralelo CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un dispositivo para inyectar en una red de corriente energía eléctrica procedente de una pluralidad de cadenas que comprenden cada una varios módulos fotovoltaicos conectados en serie, con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1, así como a una planta fotovoltaica dotada de un dispositivo de este tipo. El dispositivo proporciona las unidades que se requieren, además de las cadenas y de su cableado, para inyectar en una red de corriente la energía eléctrica procedente de las cadenas. Esta clase de dispositivos distintos a las cadenas y su cableado, suelen ser suministrados para una planta fotovoltaica frecuentemente por otras empresas especializadas.

El concepto técnico de cadena se basa en el hecho de que generalmente se conectan en serie varios módulos fotovoltaicos para aumentar la tensión de salida de un generador fotovoltaico con respecto a la tensión elemental de un módulo fotovoltaico. En la presente descripción se emplea el concepto de cadena de hecho principalmente para una conexión pura en serie de módulos fotovoltaicos. Pero salvo donde esto no esté excluido explícitamente, una cadena también puede contener una conexión en paralelo de módulos fotovoltaicos, si bien dentro del marco de la presente invención esto no se prefiere.

La red de corriente en la cual se inyecta mediante un dispositivo conforme a la invención o en la que se inyecta corriente procedente de una planta fotovoltaica conforme a la invención es generalmente una red de corriente alterna monofásica o trifásica. Pero también se puede tratar de una red de corriente alterna pública.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En una planta fotovoltaica usual se conectan en paralelo una pluralidad de cadenas de módulos fotovoltaicos para alcanzar la potencia eléctrica deseada con una tensión limitada. Al hacerlo, es preciso proteger las distintas cadenas contra la aparición de corrientes de retorno, es decir de corrientes que presenten un sentido del flujo inverso en comparación con las corrientes generadas durante el funcionamiento reglamentario de los módulos fotovoltaicos de la cadena respectiva. En principio solo puede aparecer una corriente de retorno si es diferente la tensión en bornas abiertas o tensión de vacío de las cadenas conectadas en paralelo. Normalmente esto se evita en el caso de cadenas de igual longitud, es decir compuestas por un número igual de módulos solares, lo cual representa el caso normal. Incluso al desconectar los módulos solares de una cadena individual no aparece una corriente de retorno apreciable a través de esta cadena ya que la desconexión no tiene influencia apreciable sobre la tensión en bornas. La aparición de corrientes de retorno presupone más bien la presencia de un fallo, por ejemplo como consecuencia de un cortocircuito de uno o varios módulos solares de una cadena, debido al cual cae la tensión en bornas abiertas de las cadenas conectadas en paralelo con aquella. Debido a la estructura interna de diodos de los módulos solares, una corriente de retorno solamente puede fluir a través de la cadena defectuosa, que según la intensidad de corriente da lugar a un intenso calentamiento e incluso a la destrucción de los módulos solares de esta cadena. El cortocircuito del módulo fotovoltaico puede estar provocado por el cortocircuito de una o varias células del módulo fotovoltaico o por una doble derivación a tierra de un módulo fotovoltaico o de su cableado. Si bien estos fallos son muy improbables, es decir que en la práctica ocurren muy raras veces, sin embargo es preciso tomar medidas ya que entrañan un alto potencial de daños y riesgos, puesto que pueden quedar dañados todos los módulos fotovoltaicos de la cadena afectada, y debido al calentamiento local pueden aparecer además daños secundarios. Se trata por lo tanto de la exigencia de evitar la aparición de corrientes de retorno a través de algunas cadenas individuales conectadas en paralelo en una planta fotovoltaica.

Para evitar las corrientes de retorno se conoce en el producto Sunny String Monitor (http:/download.sma.de/ smaprosa/ dateien/ 7356/SSM-UDE091221.pdf, ) Catálogo de Productos: Sunny Family 2009/2010 pág. 82) de proteger las distintas cadenas dentro del marco de su conexión en paralelo mediante fusibles de cadena que separen una cadena defectuosa de las restantes cadenas conectadas en paralelo. En el caso de dispararse un fusible de cadena a causa de un fallo en la cadena correspondiente se emite una advertencia que identifique la cadena defectuosa. Esta clase de fusibles de cadena van siendo cada vez más complejos y correspondientemente más caros, dada la tendencia hacia unas tensiones de salida de las distintas cadenas cada vez mayores, que actualmente alcanzan valores superiores a 1000 voltios. El empleo de protecciones fusibles usuales entraña además una pérdida de potencia permanente. Esta también aparece si en lugar de fusibles se prevén diodos que bloqueen la corriente de retorno para las distintas cadenas. Para la vigilancia permanente de las distintas cadenas en cuanto a fallos menores o mermas de potencia que sean indicio de un fallo lento o que se está aproximando, el producto Sunny String Monitor presenta sendos sensores de corriente para varias cadenas. Este sensor de corriente capta la magnitud de la corriente generada por la cadena respectiva. Para la vigilancia de los fallos de las cadenas conectadas en paralelo se evalúan de forma colectiva las corrientes que durante el funcionamiento fluyen de todas las cadenas, es decir que se evalúan las magnitudes relativas de las corrientes que fluyen de las distintas cadenas.

El producto Sunny String Monitor está previsto para ser utilizado junto con un ondulador para inyectar la energía eléctrica de las cadenas en una red de corriente alterna, donde un sistema de control controla un puente rectificador de tal modo que la tensión del sistema presente entre las conducciones de uso a las cuales están conectadas las cadenas en una conexión en paralelo se ajusta con vistas a obtener la máxima potencia eléctrica de las cadenas. Esta forma de proceder se conoce como seguimiento MPP (Maximum Power Point) , en el que se ajusta la potencia eléctrica máxima de las cadenas generalmente dentro de un campo de tensiones de sistema básicamente posibles, la llamada ventana MPP.

Por el documento WO 2007/048421 A2 se conoce una planta fotovoltaica que presenta las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1, y un dispositivo que puede emplearse para su establecimiento, que presenta las características del preámbulo de la reivindicación independiente 2. Aquí está previsto adicionalmente que en una línea de conexión de cada una de las cadenas figure un conmutador mecánico que se abre en el caso de un fallo en el que aparezca una corriente de retorno, para separar la cadena respectiva de las conducciones de bus. Para proteger este conmutador mecánico contra daños debidos a un trayecto de chispas que se forme entre sus contactos, está previsto un conmutador semiconductor entre las conducciones de bus para cortocircuitar estas de modo pasajero al abrir y también en el caso de un eventual cierre del conmutador.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

La invención se basa en el objetivo de presentar un dispositivo con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1 así como una planta fotovoltaica equipada con un dispositivo de esta clase, que con un gasto mínimo de aparatos esté en condiciones de dominar los riesgos que surgen al aparecer corrientes de retorno a través de cadenas individuales.

SOLUCIÓN

El objetivo de la invención se resuelve por medio de un dispositivo para inyectar en una red de corriente energía eléctrica procedente de una pluralidad de cadenas, que presente las características de la reivindicación independiente 1 y mediante una planta fotovoltaica equipada con un dispositivo de esta clase y con las características de la reivindicación 2. Unas formas de realización preferentes del nuevo dispositivo y de la nueva planta fotovoltaica se definen en las reivindicaciones dependientes.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con la invención está previsto para cada cadena un sensor de corriente que capta por lo menos si fluye una corriente de retorno y que comunica al sistema de control la existencia de una corriente de retorno. En este caso una corriente de retorno significa una corriente significativa que presenta, en comparación... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para inyectar en una red de corriente (2) energía eléctrica procedente de una pluralidad de cadenas

(5) que comprenden cada una varios módulos fotovoltaicos (4) conectados en serie, con unas conducciones de bus (8, 9) con conexiones para cada cadena para conectar las cadenas (5) en paralelo entre sí a las conducciones de bus (8, 9) , con un sensor de corriente (10) para cada cadena (5) que capta por lo menos si fluye una corriente de retorno hacia la cadena (5) y con un convertidor (12) que comprende un sistema de control (11) , y que inyecta la energía eléctrica procedente de las conducciones de bus (8, 9) en la red de corriente (2) , donde mediante el sistema de control (11) se puede ajustar la tensión del sistema del convertidor (12) que cae entre las conducciones de bus (8, 9) , caracterizado porque cada sensor de corriente (10) le comunica al sistema de control (11) del convertidor

(12) si fluye una corriente de retorno a la cadena (5) que está conectada, y donde el sistema de control (11) del convertidor (12) reduce la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) para detener la corriente de retorno, donde después de reducir la tensión del sistema entre las conducciones de bus (8, 9) , las restantes cadenas (5) siguen suministrando energía eléctrica que es inyectada por el convertidor (12) en la red de corriente (2) mientras la tensión reducida del sistema entre las conducciones de bus (8, 9) sea suficiente para efectuar una inyección de energía eléctrica en la red de corriente (2) .

2. Planta fotovoltaica (1) con un dispositivo según la reivindicación 1 y con una pluralidad de cadenas (5) que comprenden cada una varios módulos fotovoltaicos (4) conectados exclusivamente en serie, y que están conectadas en paralelo entre sí a las conexiones del dispositivo.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema de control (11) reduce la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) , dentro de una ventana MPP actual.

4. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque el sistema de control (11) reduce hasta cero la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) , en la medida en que no se pueda detener de otro modo la corriente de retorno.

5. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 4, caracterizado porque el sistema de control (11) pone en cortocircuito la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) , si no se puede detener de otro modo la corriente de retorno.

6] Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque el sistema de control (11) separa al convertidor (12) de la red de corriente (2) , descarga un condensador tampón (19) situado a la entrada del convertidor (12) y pone en cortocircuito la tensión del sistema presente entre las conducciones de bus (8, 9) por medio de los conmutadores (18) de un puente ondulador (17) del convertidor (12) .

7. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores de corriente (10) están previstos en varias unidades de conexión (6) que se han de disponer descentralizadas.

8. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque en una unidad central (7) que incluye el convertidor (12) están previstas conexiones para líneas de conexión (15) a las conducciones de bus (8, 9) desde las unidades de conexión (6) que se han de situar de modo descentralizado.

9. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores de corriente (10) comunican al sistema de control (11) la corriente de retorno por medio de unas líneas de comunicación o por vía inalámbrica.

10. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores de corriente (10) comunican la corriente de retorno cuando esta rebasa un valor límite predeterminado.

11. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores de corriente (10) miden la magnitud de la corriente que fluye desde la cadena (5) y la transmiten a una instalación de supervisión.

12. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores de corriente (10) miden las corrientes que fluyen desde las cadenas (5) , en cuanto a magnitud y sentido.

13. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por no estar previstos diodos para las distintas cadenas (5) .

14. Dispositivo o planta fotovoltaica (1) según la reivindicación 13, caracterizado porque no están previstos fusibles de protección contra la sobretensión para las distintas cadenas (5) .

15. Utilización de un dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores 1 y 3 a 14 para inyectar en una red de corriente (2) energía eléctrica, procedente de una pluralidad de cadenas (5) que comprenden cada una varios módulos fotovoltaicos (4) conectados en serie.