SISTEMA PARA LA MEDICIÓN DE LA CURVA TENSIÓN-CORRIENTE EN MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.

Sistema para la medición de la curva tensión-corriente en módulos fotovoltaicos. Campo de la invención La presente invención está relacionada con las técnicas empleadas en Ingeniería Eléctrica y Electrónica para medir y estimar el comportamiento de módulos fotovoltaicos, y más particularmente, está relacionada con un sistema para la medición de la curva de tensión-corriente (I-V) de módulos fotovoltaicos. Antecedentes de la invención Solamente la medida de la curva I-V permite conocer con precisión los parámetros eléctricos de un dispositivo fotovoltaico como por ejemplo, células, módulos y sistemas fotovoltaicos. Esta medida proporciona información muy relevante para el diseño, diagnóstico, instalación, monitorización y mantenimiento de sistemas fotovoltaicos Algunos sistemas utilizan una fuente de luz artificial para excitar el dispositivo, mientras en otros se prefiere realizar la medida en exteriores con luz natural pues reproduce más fielmente las condiciones reales de funcionamiento del módulo evitando problemas derivados de la no homogeneidad y la no estabilidad propias de los simuladores solares. En el estado del arte, existen numerosos métodos y se han descrito varios sistemas para medir la curva I-V de dispositivos fotovoltaicos. En todos ellos el dispositivo se conecta a una carga y se hace variar cierto parámetro de dicha carga mientras se registra la tensión en bornes del dispositivo y la corriente que fluye por el mismo. Dichos métodos pueden ser clasificados según el tipo de carga en cinco categorías: i) basados en una resistencia variable, ii) basados en una carga capacitiva, iii) basados en una carga electrónica; iv) basados en convertidores DC-DC; y, v) basados en una fuente de alimentación de 4-cuadrantes. Resistencia Variable: En este método, una resistencia variable se conecta a los terminales del módulo fotovoltaico, su valor de resistencia se modifica paso a paso desde prácticamente cero hasta un valor muy elevado, con el objetivo de recorrer todos los puntos de trabajo del dispositivo desde el punto de cortocircuito hasta el punto de circuito abierto. Este método sólo es aplicable para módulos de poca potencia ya que no es fácil encontrar resistencias de mucha potencia. Carga capacitiva: este método consiste en usar la energía suministrada por el módulo para cargar un gran condensador. Durante el transitorio de carga del condensador el módulo recorre distintos valores de tensión de forma que si se registran valores de tensión y corriente en dicho transitorio se obtiene una curva I-V. La desventaja de este método es que se requieren condensadores de gran capacidad. Carga electrónica: En este método, se usa un transistor como carga; la resistencia entre el drenador y la fuente se modula mediante la tensión puerta-fuente. La mayor parte de la potencia generada por el módulo tiene que ser disipada por el transistor, lo que limita la aplicación del método a media potencia. Convertidores DC-DC: Este método usa la propiedad de los convertidores DC-DC de emular una resistencia. Se pueden controlar mediante el ciclo de servicio del convertidor. Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes: Una fuente de alimentación de cuatro cuadrantes es un sistema capaz tanto de suministrar potencia como de disipar potencia; en otras palabras, puede funcionar tanto como fuente como sumidero. Cuando la variación del parámetro se hace paso a paso, cada par de medidas de tensión y de corriente corresponden al mismo estado estacionario del dispositivo no siendo necesario que ambas medidas se realicen de forma simultánea. Sin embargo, la variación paso a paso no es posible con todo tipo de carga y además requiere un tiempo de barrido excesivo, en cualquier caso no aceptable para medir en exteriores, donde las condiciones de irradiancia pueden variar rápidamente. En estos casos es necesario implementar un barrido continuo en el que las medidas de tensión y de corriente se realizan sobre una variación transitoria del dispositivo. En este caso se deben realizar las medidas de tensión y de corriente de forma perfectamente simultánea para que correspondan con el mismo punto de trabajo del dispositivo. En el arte previo pueden encontrarse algunos documentos que describen la medición de la curva de tensión corriente, tanto con simulador solar como en exteriores, usando distintos tipos de carga, aunque en general no se hace mención alguna a la forma en la que se sincronizan las medidas de tensión y de corriente (en realidad lo que se suele medir es la caída de tensión en una resistencia en serie con el dispositivo). En este particular, se pueden citar las patentes US 4,129,823; US 4,184,111 y US 4,205,265 donde se emplean registradores X-Y para obtener la curva tensión-corriente usando la señal de tensión como abscisa y la señal de corriente como ordenada. De forma similar, en el documento US 4,080,571 se emplean dos canales de un osciloscopio para obtener y visualizar la curva I-V. 2 ES 2 353 545 A1 Por su parte, los documentos US 6,946,858 B2 y US 7,411,408 B2 proponen el uso de una tarjeta de procesamiento analógico-digital con múltiples canales para capturar los pares I-V. El principal problema de esta solución es que este tipo de tarjetas tienen muy limitado el rango de entrada en tensión, por lo que sólo se pueden medir células o módulos de muy poca tensión (además no todas las tarjetas con múltiples canales realizan medidas simultáneas de los mismos). En el documento US 6,876,187 B2 se propone como alternativa a la solución anterior el uso de dos multímetros controlados por computador, pero sin hacer mención especial a la forma en la que estos se sincronizan. En el artículo de Hecktheuer et al. titulado Methodology for photovoltaic modules characterization and shading effects analysis se propone un sistema de medida de curva I-V de módulos en exteriores usando una fuente de alimentación de cuatro cuadrantes y un par de multímetros conectados a la computadora principal para capturar los pares tensión-corriente. La sincronización se implementa mediante el protocolo GPIB que permite el disparo simultáneo de medidas en varios dispositivos mediante una única instrucción. Sin embargo, con este mecanismo de sincronización no se consigue la lectura perfectamente simultánea de ambos multímetros y no es aplicable cuando la tensión del dispositivo varía varias decenas de voltio en un segundo. Tal como se observa, cuando se usan dispositivos distintos (p.e. dos multímetros) para medir los pares tensióncorriente, se hace necesario utilizar algún tipo de sincronización que hasta el momento no ha sido desarrollada de forma satisfactoria por los sistemas anteriormente referenciados. Sumario de la invención Con el objeto de superar las desventajas del arte previo, se provee un sistema para la medición de la curva tensióncorriente en módulos fotovoltaicos, el sistema de la presente invención comprende en términos generales y en asociación: una fuente de alimentación programable de cuatro cuadrantes conectada al módulo fotovoltaico; un medidor de corriente en serie entre la fuente de alimentación y el módulo fotovoltaico mediante un primer par de hilos; un medidor de tensión conectado con el módulo en paralelo mediante un segundo par de hilos; un generador de onda cuadrada conectado a el medidor de corriente y al medidor de tensión para sincronizar las medidas de tensión y de corriente; finalmente un controlador en comunicación con la fuente de alimentación, el medidor de corriente, el medidor de tensión y el generador de onda cuadrada que configura y coordina los distintos elementos del sistema y almacena las curvas I-V. De forma particular, el controlador programa la fuente de alimentación para que genere una rampa a su salida que haga variar el punto de trabajo del módulo pasando entre otros por su punto de cortocircuito, su punto de máxima potencia y su punto de circuito abierto, mientras que los medidores de tensión y de corriente miden de forma simultánea cada vez que detectan un pulso de la señal de salida del generador de onda cuadrada. En una realización, tanto el medidor de corriente como el medidor de tensión tienen una memoria interna y registran en ella las medidas realizadas y se encuentran en comunicación con el controlador para que, una vez finalizada la rampa, este último recoja las correspondientes medidas y almacene la curva en una base de datos. En una realización más, la medición de la corriente se hace mediante una resistencia tipo shunt conectada en serie entre el módulo y la fuente de alimentación. La corriente que fluye por el módulo es proporcional a la caída de tensión en bornes de la resistencia y se mide mediante un medidor de tensión adicional. En una realización adicional, considerando que el sistema es preferiblemente para módulos fotovoltaicos instalados en exteriores,...

1. Sistema (10) para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico (30), caracterizado porque comprende: a) una fuente de alimentación programable (20) de cuatro cuadrantes conectada a dicho módulo fotovoltaico (30); b) un medidor de corriente (40) conectado en serie, mediante un primer par de hilos (41, 42), entre la fuente de alimentación y el modulo fotovoltaico; c) un medidor de tensión (50) conectado en paralelo con el modulo, mediante un segundo par de hilos (51, 52); d) un generador de onda cuadrada (60) conectado a el medidor de corriente y al medidor de tensión para sincronizar las medidas de tensión y de corriente; y, e) un controlador (70) en comunicación con la fuente de alimentación (20), el medidor de corriente (40), el medidor de tensión (50) y el generador de onda. cuadrada (60). 2. Sistema para la medición de la curva tensión-corriente para un módulo fotovoltaico, según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de alimentación (20) genera una rampa que hace variar el punto de trabajo del módulo fotovoltaico pasando por su punto de cortocircuito, su punto de máxima potencia y su punto de circuito abierto. 3. Sistema para la medición de la curva tensión-corriente para un módulo fotovoltaico, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el controlador (70) es una computadora en comunicación operativa con la fuente de alimentación (20)) mediante una interfaz tipo bus GPIB. 4. Sistema para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la tensión y corriente se miden de forma simultánea. 5. Sistema para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la corriente se mide mediante una resistencia tipo shunt (43) conectada en serie entre el módulo y la fuente de potencia. 6. Sistema para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el medidor de corriente (40) almacena los datos de la medición y se encuentra en comunicación con el controlador para que este descargue y registre los valores medidos por el medidor de corriente. 7. Sistema para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el medidor de tensión (50) almacena los datos de la medición y se encuentra en comunicación con el controlador para que este último descargue y registre los valores medidos por el medidor de tensión. 8. Sistema para la medición de la curva tensión corriente para un módulo fotovoltaico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende adicionalmente un medidor de temperatura (81); un medidor de irradiancia (82); y, un módulo de conversión analógico-digital (83) en comunicación con el medidor de temperatura (81) y el medidor de irradiancia (82) para registrar la temperatura de módulo e irradiancia, donde el módulo de adquisición de datos (83) está en comunicación con el controlador (70). 6 ES 2 353 545 A1 7 ES 2 353 545 A1 8 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA